C++探索之旅 | 第一部分第三課：你的第一個C++程序

做者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）。 轉載請註明出處。 原文：www.jianshu.com/p/d44bd24ce…

---

《C++探索之旅》全系列

內容簡介

---

1. 前言
2. 命令行的奇幻世界
3. 建立第一個項目
4. 解釋第一個項目
5. 註釋及代碼整潔之道
6. 總結
7. 第一部分第四課預告

1. 前言

---

上一課是 C++探索之旅 | 第一部分第二課：C++編程的必要軟件 。

通過上兩課以後，咱們已經知道了什麼是編程，編程的語言，編程的必要軟件，C++ 是什麼。

咱們也安裝了適合本身的 IDE（Integrated Development Environment，就是「集成開發環境」的意思）。

除了使用 IDE 以外（IDE 集成了文本編輯器，編譯器，調試器，運行程序，等），也能夠選擇另外一種難一些的方式：本身用某一種文本編輯器來編寫 C++ 代碼，用 g++（GNU 項目的 C++ 的編譯器）來編譯程序，而後用命令行來運行程序。

推薦幾個不錯的文本編輯器：Vim，Emacs，Sublime Text，Atom，VS Code（如今 VS Code 很是火，經過安裝各類插件能夠成爲 IDE），等。

以上幾個文本編輯器，我都用過。Sublime 只用了一會，Vim 和 Emacs 用得比較多，Atom 也不錯，微軟出的 VS Code 也挺好的。

我之前寫了一篇專門介紹 Emacs 的文章， Emacs，最強編輯器，沒有之一 。固然，這個標題有點誇張了，哈哈。其實我如今工做中仍是用 Vim 比較多。

這一課咱們就來介紹命令行程序，用 IDE 或 文本編輯器編寫第一個 C++ 程序，以及講解 C++ 程序的基本原理吧。

2. 命令行的奇幻世界

---

這個標題是否是有點玄乎：命令行還有奇幻可言？什麼是命令行？

咱們會一一解釋。

也許提及編寫第一個程序，你們會很激動，期待幹一番大事業。

可是，遺憾的是，咱們這一課可不會帶你們開始編寫《星際爭霸》這樣的遊戲（固然個人實力也遠遠夠不上... 那須要一個專業團隊耗費不少年才能完成），也不會來寫一個瀏覽器，或者視頻播放器，等等。

咱們會「慢條斯理」地前進，由於咱們要作到的是「踏實」，由於即便是編寫《星際爭霸》的暴雪團隊中的編程精英，也是從最基礎的編程知識學起的。

首先，咱們來講一說什麼是命令行程序。

咱們須要知道，有兩種類型的程序：命令行程序 和 圖形界面程序。

圖形界面程序

---

簡單來講，圖形界面程序就是「顯示窗口的程序」。

有過 Windows 使用經驗的朋友確定對這樣的程序不陌生，由於就連微軟的 Windows 操做系統的 "Windows"（window 是英語「窗、窗戶」的意思，windows 是 window 的複數）這個英語單詞的意思就是「視窗」，Windows 操做系統其實應該翻成「視窗操做系統」。

因此咱們平時也就是在操做形形色色的「窗口」，好比 Chrome 瀏覽器，火狐瀏覽器，QQ，微信，迅雷，視頻播放器，等等。想想，是否是這些程序都有一個「窗口」做爲最外邊的框架？咱們能夠打開窗口，關閉窗口，調節窗口大小，操做窗口內部的按鈕，等等。

這樣的程序，專業術語叫作 GUI 程序。GUI 是 Graphic User Interface 的首字母縮略詞，表示「圖形用戶界面」。

例以下圖中，咱們能夠看到咱們所熟知的 Office Word 軟件：

命令行程序

---

注意：真正的命令行界面應該是徹底沒有圖形的，就是一個只能輸入命令，並且一般是黑色背景，白色字體的「大黑洞」。 咱們如下舉例的時候所說的命令行程序，其實大可能是在圖形界面內建立一個窗口，此窗口內就像是命令行界面的屏幕同樣，一般稱爲「終端」（Terminal）。

在 Unix 或者 Linux 系統下（能夠看個人另外一個系列教程 Linux探索之旅 ），命令行程序相對 Windows 和 macOS 來講用得更多一些。

Windows 裏面也有命令行程序，就是你們可能使用過的 cmd.exe 程序（在 Windows 下按 【Windows 鍵（鍵盤左下角有微軟圖標的按鍵）+ 字母鍵 R 】， 而後輸入 cmd，回車，就能夠調出），它實際上是微軟 的 Windows 系統基於 Windows 上的命令解釋程序，相似於微軟的 DOS 操做系統。以下圖：

macOS 裏也有 Unix 範式的命令行解釋器：

看了 Windows 和 macOS 下的命令行程序，再來看一下咱們 Linux（用 Ubuntu 這個 Linux 發行版來作例子）的命令行程序：

雖然說終端或者命令行界面看起來比圖形界面「難看」，你們會說「土啊」... 畢竟這年頭，你們都喜歡「高顏值」的圖形界面程序麼。

可是不可諱言，命令行程序是有其獨到的優點的。若是命令行沒點絕活，哪能受到咱們程序員的青睞。

命令行有以下優點：

1. 可實現圖形界面不具備的功能：Linux 的不少程序是面向命令行的，沒有圖形前端，只能用命令行使用。

2. 可以使用超級用戶權限：一些須要超級用戶權限的操做只能在命令行下運行。

3. 高效快速：可藉助正則表達式實現批量處理，還能向程序發送參數。

4. 安全性高：可減小因錯誤操做或者權限問題致使的風險。

不少程序員要的就是這個 feel，倍兒爽~

命令行程序中，咱們只能使用鍵盤輸入命令，鼠標通常是沒什麼做爲的。文字信息是按從上到下，從左到右的順序顯示。

咱們的首期目標：命令行程序

---

咱們將從命令行程序開始，一點點學習 C++ 的各樣知識點。

我知道，雖然掃了在座各位的興致，命令行界面顏值不夠高，可是相對圖形界面卻更容易建立，特別對於初學編程的朋友來講。

固然了，以後的課程咱們能夠在學習完了 C++ 的基本知識點後，用 Qt 這個 C++ 庫來編寫圖形界面的程序，會有不少好玩的程序等待咱們去實現。

不過你們也不要怕，咱們並不須要通過堅苦卓絕的「八年抗戰」纔可以資格編寫圖形界面的程序。

好了，說了這麼多「廢話」，咱們能夠正式開始 C++ 編程了。

3. 建立第一個項目

---

在上一課中，咱們介紹了幾個主流 的 C/C++ 編程 IDE ：CLion，CodeBlocks，Visual Studio，Xcode，Eclipse，VS Code（雖然是代碼編輯器，可是能夠經過安裝插件成爲輕量級的 IDE）。

上一課裏咱們演示瞭如何用 CodeBlocks 和 Xcode 建立一個 C++ 項目，沒有演示如何用 VS 建立 C++ 項目，那麼這一課就來演示如何在 Visual Studio 中建立第一個 C++ 項目，並編譯運行。

以後再演示不使用 IDE，而純使用 g++ 命令（對於 Linux 下的用戶來講，最好使用這個方式，比用 IDE 能夠學到更多東西）來編譯，並用命令行來運行。

---

Visual Studio 建立 C++ 項目

我是用 Visual Studio 2012 來演示。其餘版本的 VS，可能菜單的命名或某些選項窗口會不同，但基本操做應該是相似的。

首先，新建一個項目，有兩種方法，你能夠在初始打開 VS 時，點擊以下圖中的「新建項目」：

或者（比較提倡這種方法，由於不必定每次建立新項目都是剛打開 VS 時）選擇 「文件 -> 新建 -> 項目」 ：

用以上兩種方式，均可以調出如下窗口：

選擇默認的 Visual C++ 的 Win32 控制檯程序就行了，項目名字能夠不改，不過我這裏改爲了 HelloWorld。點擊「肯定」，能夠看到下圖：

點擊「下一步」，出現下圖：

不須要修改，默認配置就好，點擊「完成」。咱們的項目就建立好了：

能夠看到咱們的主要的文件：HelloWorld.cpp。

Windows 生成的 main 函數名字和通常的不太同樣，叫 _tmain。反正和咱們平時的 main 函數是相似的。

咱們添加咱們須要的代碼，以後完整的代碼是這樣：

// HelloWorld.cpp : 定義控制檯應用程序的入口點。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 在屏幕上顯示"Hello World!"
    cout<<"Hello World!"<<endl;
    return 0;
}
複製代碼

至此，咱們的主要程序就寫好了。咱們來編譯運行吧。

首先，編譯代碼。點擊 生成->生成解決方案 （也能夠按快捷鍵 F7）：

稍等片刻，VS 的下方會顯示：

顯示「生成：成功」，則表示咱們的程序編譯成功了。

接下來運行程序，點擊 調試 -> 開始執行（不調試）（也能夠按 Ctrl + F5）：

程序運行的結果是輸出「Hello World!」，以下圖：

經過簡單的幾個步驟、短短的幾行代碼，就建立了咱們的第一個 C++ 程序，並實現了「Hello World! 」輸出。用 C++ 編程就這麼簡單！

命令行建立 C++ 項目

---

看過了用 IDE 來建立 C++ 程序的實例，咱們來學習一下對於初學者，特別是沒接觸過 Linux（一個操做系統，如今主流的操做系統有 Windows，macOS 和 Linux）命令行的朋友來講比較複雜的方式。若是你徹底沒有 Linux 或 Unix 基礎，能夠跳過此節，就用 IDE 也行。固然你也能夠經過搜索一些知識來完成這一節。

首先，把以前的主要程序用文本編輯器（隨便你用那個文本編輯器，Nano，Gedit，Vim，Emacs，Sublime Text，Atom，VS Code，等）編寫，而後保存爲 HelloWorld.cpp 這個文件。

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
   cout << "Hello world!" << endl;
   return 0;
}
複製代碼

而後，咱們在 Linux 系統下啓動終端（Terminal），通常能夠在「應用->附件->終端」，點擊啓動。

或者像 Ubuntu 這樣的 Linux 發行版，能夠同時按 Ctrl + Alt + T 這三個鍵來快捷啓動終端，終端是長這個樣子的：

下面演示的命令，是在 Ubuntu 系統下執行的：

1. 安裝 g++ 編譯器（用於編譯 C++ 程序）：

sudo apt-get install g++
複製代碼

2. 進入 HelloWorld.cpp 這個文件所在的目錄：

cd "HelloWorld.cpp 這個文件所在的路徑"
複製代碼

個人 HelloWorld.cpp 文件就存放在家目錄下，因此直接用 cd ~ 或 cd 命令就能夠。

3. 編譯程序：

g++ HelloWorld.cpp -o HelloWorld
複製代碼

上面的 -o 參數裏的 o 是 output（英語「輸出」的意思）的縮寫，就是說「用 g++ 編譯 HelloWorld.cpp 這個 C++ 文件，生成的可執行程序名字是 HelloWorld」。

4. 運行程序：

./HelloWorld
複製代碼

若是你在第 3 步編譯的時候不用 -o 參數來指定生成的可執行程序名字，g++ 會爲你設置一個默認的名字，可能會叫 a.out。以下圖所示：

4. 解釋第一個項目

---

雖然咱們建立了一個項目，可是這個項目很簡單，只有一個主要文件，就是 HelloWorld.cpp，它的主要內容以下：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}
複製代碼

對於第一次接觸編程的朋友，可能這個最基礎的代碼也是難以理解。

因此咱們纔要一塊兒來學習如何閱讀這段代碼。

先從第一行開始吧：

#include <iostream>
複製代碼

這一行很特別，咱們會在源代碼開頭的地方見到這樣的以 # 號開頭的語句。像這樣特別的行，稱爲「預編譯指令」。

這個術語聽起來有點複雜。預編譯指令會在編譯開始的時候，被一種叫作「預編譯器」的程序所讀取。

其實編譯器爲咱們作不少事情，以後的課程會詳細來講明。

可是這一行究竟是什麼意思呢？

這裏的 # 號是預編譯指令開始的標誌，沒有什麼特別的含義，後面接着的 include 是英語「包含」的意思，因此這句話的意思就是在咱們的程序裏包含 iostream 這個文件，這個文件在 C++ 的系統的庫裏已經存在了，這些文件被稱爲庫文件。

iostream 是英語 Input Output Stream（輸入輸出流）的簡稱。一般，電腦的輸入流是鍵盤和鼠標，輸出流是屏幕。

因此 iostream 這個標準庫頭文件裏面就定義了操做輸入輸出流相關的全部函數等。

以後的課程，當咱們要編寫圖形界面程序時，咱們會使用 Qt 這個 C++ 的第三方庫。而咱們會在程序裏引入 Qt 這個頭文件的內容，以下：

#include <Qt>
複製代碼

固然了，咱們每次能夠 include 好多個頭文件。

命名空間：namespace

---

接着咱們看到第二句話：

using namespace std;
複製代碼

這又是什麼呢？

咱們來介紹一下命名空間（namespace）的概念：

命名空間告訴編譯器去哪裏找咱們所調用的東西。

聽着有點暈？命名空間有什麼用呢？

例如，你用 #include 語句引入了好多個庫，而這些庫裏有的函數是重名的。假設在 iostream 庫中咱們定義了 DoSomething 這個函數，而在 Qt 這個第三方庫中也定義了相同名字的函數，也叫 DoSomething。那編譯器就不知道用哪一個庫裏面所定義的 DoSomething 函數了。

using 是英語「使用」的意思，因此這句話的意思就是「使用 std 命名空間的東西」。

std 這個命名空間是很經常使用的，由於它指明瞭「標準命名空間」（std 是 standard 的縮寫，表示「標準」）。咱們的 iostream 就是屬於 std 命名空間的。

接着，咱們看到了下面的語句：

int main() {
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}
複製代碼

以上咱們所看到的語句塊，被稱爲函數（function）。其實 C++ 語言的程序基本就是由函數來構成的。目前咱們的程序只有一個函數。

咱們如今還不會講不少函數的細節，由於那是之後【函數】那一課的內容，如今還早。可是咱們會大致說一下函數的組成。

第一行包含了函數的名字，是第二個單詞：main。main 表示「主要的」，因此這裏的函數被稱爲 main 函數，也就是主函數。main 函數是一個特殊的函數，C++ 的程序執行老是從 main 函數開始。

一個函數有開始和結束，使用大括號 {} 來標識。因此咱們的 main 函數包含如下兩行代碼

cout << "Hello World!" << endl;
return 0;
複製代碼

這些在函數裏的行也有名字，被稱爲「指令」（instruction）。每一條指令都會讓電腦作特定的事情。一個函數大致來講是用來集中必定數目的指令。好比咱們能夠建立一個函數叫作「打開文件」，這個函數會讓電腦爲你打開某個文件。

函數的優點就是當你寫好了這個函數以後，你只須要使用（專業術語叫作 「調用」）「打開文件」這個函數，電腦就會爲你執行函數裏面的指令。你不須要每次在要實現「打開文件」功能的地方都重複寫那些指令。

函數能夠大大節約代碼空間，增長利用率，提升效率。

這一行指令

cout << "Hello World!" << endl;
複製代碼

使得屏幕顯示 Hello World! 這一句話。

它由三部分組成：

1. cout ：在標準輸出（此處是屏幕）上顯示信息。
2. "Hello World!" ：要顯示的內容。
3. endl ：表示換行。

當你的程序執行到這一行時，就在屏幕上顯示相應的信息，而後換行。

cout 相似 C 語言的 printf 函數，是 C++ 裏面負責標準輸出的。不過又有不一樣，咱們能夠看到 cout 後面不是加括號，而是鏈接了 << 這個特殊的符號。

暫時咱們不深刻，由於 cout 其實不是一個函數，cout 是一個 ostream 類的對象（關於類和對象，咱們以後的課程會講解），它有一個成員運算符函數 operator<< （涉及到 C++ 的運算符重載的技術，之後的課程會講）。（這一句指令暫時不須要理解，只須要知道這句話的做用）。

cout 的定義是在 iostream 庫的 std 命名空間中，如今你知道

#include <stdio.h>

using namespace std;
複製代碼

這兩句話的重要性了吧？若是沒有引入 iostream 這個庫而且不指明使用哪一個命名空間的話，那咱們的 main 函數就不能調用 std 的 cout。

假如你沒加

using namespace std;
複製代碼

這一句話，那麼調用 cout 時需要加上 std:: 這樣的前綴：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}
複製代碼

而第二個指令

return 0;
複製代碼

大致上說來就是表示函數結束了，而且返回 0 值。return 是英語「返回」的意思。

爲何咱們的 main 函數返回 0，而不是返回其餘值呢？

實際上，每一個 C++ 語言的程序結束時都會返回一個值，0 表示一切正常結束，其餘的值表示異常。

這裏咱們只是簡單介紹了函數的概念，關於函數的細節請看以後的課程。

5. 註釋及代碼整潔之道

---

在結束這一課前，咱們必須再來說一下註釋（comment）。不論什麼編程語言，咱們均可以在源代碼裏添加註釋。C++ 語言固然不例外。

註釋，究竟是什麼啊 ？

簡單地說，註釋就是在你程序之中用來標註這個程序的做用，某一行代碼的做用等等的文字。註釋真的很重要，由於即便是一個計算機天才，也要在程序中作一些註解。

註釋有以下做用：

• 在以後閱讀本身寫的代碼時不至於迷失方向。不能否認，在從新閱讀以前寫的代碼時，咱們經常會忘記這個函數是幹什麼的，那個地方爲何要這樣寫。特別是代碼量很大，幾千幾萬行甚至更多時，若是沒有註釋，那閱讀起來會很費力。

• 若是你把你的代碼給別人閱讀，註釋能夠節省對方理解你的代碼的時間。

要在代碼中插入註釋，有幾種形式：

• 若是你的註釋比較短，在一行裏就能寫完，那能夠用 //... 這樣的形式。

• 若是你的註釋跨越好幾行，那能夠用 /* ... */ 的形式。

咱們能夠對以前的代碼添加註釋，變成以下：

#include <iostream> // 引入 iostream 這個庫 （爲了使用 cout）

using namespace std;  // 指明要使用的命名空間

/*
主函數 main
全部的 C++ 程序都從 main 函數開始
*/

int main() {
    cout << "Hello, World!\n" << endl;  // 在屏幕上顯示 "Hello, World!"，而且換行
    return 0;  // 結束 main 函數，也就是結束程序
}
複製代碼

能夠看到，雖然程序行數變多了，但註釋卻使咱們的代碼變得易讀不少。

編譯代碼的時候，編譯器會忽略全部的註釋。這些註釋不會出如今最終的程序裏，只是爲程序員本身和閱讀程序的其餘人服務的。

記住： 註釋要起到引導閱讀代碼的做用，以便理清頭緒。可是不要在太過淺顯易懂的地方添加註釋。

引用 IBM 公司的一句格言： 「若是一個程序，在你僅僅看完它的註釋以後，你不能瞭解它的做用，那麼把這個程序扔了吧。」 -- 大公司就是這麼嚴格，這麼任性。

代碼整潔之道

---

其實咱們的程序徹底能夠寫成這樣，也是正確的，能夠編譯運行，輸出 Hello World! 。

#include <iostream>
using namespace std; int main()
{
cout << "Hello world!"<< endl; return 0; }
複製代碼

由於編譯器並不介意你的程序是否是「規範」。

但這樣的程序問題是什麼呢？

「亂七八糟」，能夠這麼形容。由於這樣的程序風格使得別人很不容易閱讀你的代碼，甚至過了一段時間可能你本身也會摸不着頭腦。

若是你去面試，寫出這樣的程序，那九成是不會被錄取的。除非你參加「國際 C 語言亂碼大賽（IOCCC）」。

因此一開始就養成良好的代碼風格是很重要的。

推薦你們去看林銳編寫的 《高質量 C++/C 編程指南》 。

其實我我的更喜歡直接參考 Google 公司的 C++ 代碼規範：google.github.io/styleguide/…

6. 總結

---

1. 有兩種程序：命令行程序 和 圖形界面程序。

2. 剛開始學編程，實現命令行程序更簡單。因此咱們從命令行程序開始學習。

3. 一個 C++ 程序老是有 main 函數：這是程序運行的入口。

4. cout 能夠在屏幕上顯示信息。

5. 咱們能夠給程序添加註釋，以詳述其做用。C++ 中的註釋有兩種形式：// 註釋 或者 /* 註釋 */ 。

7. 第一部分第四課預告

---

今天的課就到這裏，一塊兒加油吧！

下一課咱們學習：C++探索之旅 | 第一部分第四課：內存，變量和引用

---

我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）運營者，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。 熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。 人生格言：「向着標杆直跑」