《白话C++》第3章 感受(一) 3.1 Hello world 经典版

第3章. 感受(一)

Hello world!,Hello C++，我们来了！

3.1. Hello world 经典版

很多人都知道了，一个真正的程序员，总是愿意把自己的第一次——我是说“感受”——献给是“Hello world”。

著名的C语言的教程书：《The C Programming Language》，作者是C语言的两位创始人(K&R)，他们把“Hello world”作为第一个范例程序，从此这几乎成为道上的规矩了。

“Hello world”的目的之一，是通过简短的代码，让学习者以最小代价对“程序长什么样”有个整体认识。目的之二，往往也是用来检验编程环境是否正确，所以要学习本章，请您首先确保已经依据2.1节完成Code::Blocks的安装。

〖小提示〗：C之前，还有B

“Hello world”范例因C语言而成为编程学习的传统，但据说它并不是最初出现在C语言的教程书上，其实C语言的作者之一，早先在贝尔实验时写过内部技术文件《Introduction to the Language B》时，就开始用上这个范例。作为一名程序员，了解语言的发展史，是一件很有意义的事，大家何不用这个小例子，作为一个回溯计算机编程语言史的起点呢？

3.1.1. 向导－控制台项目

Code::Blocks提供了“控制台项目向导”，可以方便地创建出一个控制台程序的“架子”，而这个“架子”的内容，其实就是“Hello world”程序。

〖小提示〗：Project，是“工程”，也是“项目”

一个程序，往往由多个源文件组成，为了方便管理这些源文件的编辑、编译、调试等过程，通常会用一个“项目”来管理它。

这里“项目”在英文时在，对应称为“Project”。不过像我，还有一些较早书籍，一直将其“Project”翻译为“工程”。这至少有两样好处：

其一，不会与“Item”这个常用词混淆；

其二，软件开发过程中管理存在“项目管理”（负责人为“项目经理”），这里面的“项目”，在英文里也是Project，可是，它跟我们这里的所指的项目，其实并不搭边。

 

本文考虑良久，仍然尊重当前国内比较广泛使用的作法，采用“项目”这个翻译，但在此提示各位了解其中内涵。

现在我们学习如何通过向导创建一个控制台应用，并且直接编译、运行它。

步骤1：Code::Blocks主菜单“文件”→“新建”→“项目…” 弹出如下对话框中，开始“Console Application”。

（图 7 开始“Console Application”向导）

步骤2：如果出现向导的“欢迎界面”，直接点击下一步。

步骤3：出现用于选择语言的对话框，选择“C++”，下一步。

步骤4：出现选择文件夹的对话框，在“项目标题”中输入“HelloWorld”。两单词连写，不包括双引号。本步操作结果将会在“我的文档”中“CodeBlocks Projects”目录下，新建一个名称为“HelloWorld”的目录。

步骤5：出现编译器选项对话框。在“编译器”中选择“GNU GCC Compiler”。其下则默认“Debug”与“Release”两个编译目标都是默认选中的，不必改变，通常我们都需要调试和发行两个版本，就算是一个Hello Word的简单程序。按下“完成”。

步骤6：必要时按下“Shift + F2”，出现“Management”侧边栏，如下图：

（图 8 项目管理器）

步骤7：双击上图所示的main.cpp，将打开该文件。暂时我们还并不需要修改它。

步骤8：主菜单“构建”→“构建”。或者，用热键Ctrl+F9，完成编译。

步骤9：再按Ctrl + F10，运行。（9、10步也可以通过工具栏实现，请读者自行熟悉）。下面是运行结果图：

步骤10：其中“Hello world！”是我们程序的输出。下面的内容是Code::Blocks为了方便我们调试而增加的内容（本来该程序运行后，就直接退出），包括显示了程序运行用时，以及提示“按任意键退出”。

3.1.2. 初识代码

参考上一小节步骤7、步骤8，进入代码编辑窗口，我们看到以下内容。为了描述方便，我们为它加上行号。

001 #include <iostream>

003 using namespace std;

005 int main()
006 {
007     cout << "Hello world!" << endl;
008     return 0;
009 }
 

• 编译指示

001行代码是一句“编译指示”，它的具体含意，我们随后就讲。编译指示总是在新的一行中，以#开始，并且最后没有使用“分号”结束，比如：

#include <iostream>

编译指示是编译过程所需要的一些信息，它们影响一个程序是否能被正确的编译，并不在程序运行期造成影响。

• 声明性语句

C++代码中，多数内容是语句，其中有一类语句在作用上完全等同“编译指示”：它们同样仅影响编译过程，在编译结果中并不生成对应的指令。仅因约定成俗，我们也把它们称为“C++语句”，本书则称之为“声明性语句”，以示区分。

本例中，003行是一句声明性语句：

using namespace std;

该句的具体含意，我们随后就讲。

这类语句的语法格式上，和普通语句没有明显区别。

• 可执行语句

007和008是两行可执行的语句。

cout << "Hello world!" << endl;

return 0;

编译之后，这些语句会生成对应的计算机指令，用于程序执行。

• 函数空壳

剩下没提到的代码，是一个“C++函数”的空架子：

005 int main() 006 { 007
008 
009 }

int 和 main()的含义，我们随后讲到。之后是一对“花括号{}”，这是函数体必须的空架子。一个函数体中，通常会包含有一些语句，在本例子，就是007与008两行“可执行语句”。

• 大小写区分

C++是一门区分大小字的编程语言。请特别注意本例子所有关键代码，都是小写字母。

3.1.3. 头文件

9行代码，其中两行为空行，纯粹为了排版上的美观，如何做到往控制台输出一行“Hello world!”呢？

很容易注意到第007行代码：

cout << "Hello world!" << endl;

这一行中，我们不认识“cout”和“endl”，还有两个“<<”，它是两续的两个“小于号”组成的操作符。事实上，正是依赖它们，才把那句“Hello world!”输出屏幕。以我们的硬件知识，可能我们根本不知道如何往有关屏幕输出的硬件设备（比如显卡）输出内容，是cout、<<、endl这些几个乐于助人的“工友”，帮助了我们。

这位“工友”来自哪里？当我们需要时，我们如何找到他们？生活中，当你需要一些你自己不擅长的事务，比如家电坏了需要维修、或者需要搬家，或者下水道堵了想要找人疏通，你是如何寻求帮助呢？

有人说：“通过贴在电梯里的小广告啊”，这样说也太有辱C++的神圣了。这里想引出的一个生活中的事物是“名片”。

“张速通” 身怀绝技，特别擅长疏通下水道，但如果他成天只闷在自己家里，那谁也不会找他。于是他印制了大量名片，名片上写明他的专长，及联系方式。有一天“丁爱堵” 上街时，也收到他发出的一张名片（说来说去怎么还是有点街头小广告）。再有一天“丁爱堵”家不幸发生下水道堵塞，于是他通过名片，找到了小张，最终实现“调用/Call”小张的功能来实现疏通下水道的任务。

我们说过，高级语言往往为我们提供了大量的现成的功能，这些功能往往存在一些代码库里。“cout、<<、endl”等等，正是来自C++的某个库。

当我们在C++程序要调用到某一现有的功能时，我们首先要确定这个功能放在哪个库里；但是光找到“库”还不够，放在“库”中的功能有一大堆，你要哪一个呢？这就需要“名片”了。

C++语言中的功能代码，通常以“函数”或“类”的形式提供。这二者都需要“定义”。所谓“定义”者，就是相当于函数或类的“真身”。但是，“真身”往往只有一位，这时候就需要“声明”。所有“声明”，就是类似写上一句话：“有一个函数或类，它叫什么名字，它大致能做什么事。你们谁要是需要我，就找我吧”。因此，我们把C++中的“声明”对应到生活中的“名片”。

那么，C++的“头文件”是什么呢？

C++语言中的“头文件”，你可以把它理解为一个“名片夹”，也就是说C++的头文件中，往往是若干个（函数或类）声明的集合。比如你想装修房子，于是装修公司给了您一个名片夹，那里面有这么些人的名片：“李粉刷”、“林电工”、“陈水管”、“吴防盗”……方便吧？

没错，头文件是一个“名片夹”，并且这些夹里名片所指征的功能，通常是有一定的关联的。

现在请看第一行代码：

#include <iostream>

• <iostream>

iostream 就是一个头文件。名字中，i表示input／输入；o表示output／输出，结合stream／流，就是指这个头文件中，声明了大量和“输入输出流”有关的功能。“cout、<<、endl”，就是这个“输入输出流”头文件中，声明的三位工友。

iostream被<>包着。C++中，头文件可以被两种符号包住，另一种是双引号，比如：

#include “mystream.h”

二者的区别在于，尖括号表示优先到位于编译系统预先定义的目录内找这个头文件；而双引号表示优先到当前项目的定义目录内。

iostream其实是C++标准库里的文件，当然属于“预定义”的目录。C++标准库在我们当初安装Code::Blocks时被自动安装了，它就在Code::Blocks的安装路径下的MinGW/include/c++/3.4.5/下。

 

〖现场作业〗:查找标准库目录

请大家亲自去查出iostream文件在您的机器上的安身之处。然后检查它的扩展名是什么。

通常C++头文件的扩展名可以是：.hxx，.h，.hpp等。其中仅有.h格式和C语言保持兼容。不过，标准库的头文件比较特殊，它们的扩展名就是没有扩展名。

• #include

#include 是一个固定格式，当需要引用另外一个头文件，其语法格式就是在代码的新行处，写上：

#include <头文件>

或者

#include “头文件”

当然，学究一点的语法是没有中间的空格(我们并不推荐)，比如：

#include<头文件>

 

〖重要〗：include 原则

include一个头文件，给当前源文件带来，只是增加了“声明”内容。并不会真正把“定义”的内容“夹带”进来。然而，和生活的“名片”不同，C++的头文件还可以include其它头文件，层层引用，必然造成编译速度的降低。因此我们的原则是，争取做到：“真用，才引用”。

嗯，说实在，我觉得自己办公桌上的一堆名片确实有些太乱了。

3.1.4. 标准输出cout

再次看007行代码：

cout << "Hello world!" << endl;

此时，我们知道cout、<<、endl。都是通过代码中第一行#include <iostream>引入，不过，它们具体都是什么含义呢？

• cout

读成：C – out，音：“西，奥特” （我的英语老师不会来我这里学习编程，我确信！）

cout是C++库中一个对象，它代表“标准输出设备”，对于一台PC，标准输出通常就是它的屏幕。对于控制台程序，标准输出又特指当前的控制台窗口。

• <<

<< 是一个操作符号，可以读成“流输出符”，或者简称为“输出符”。

什么叫“操作符”？像“加、减、乘、除”就是四个操作符。在C++中，这四者分别用“+、-、*、/”表示。<< 虽然是两个连续尖括号（而不是书名号：“《”），但也仅表示一个“操作符”，之所以不是一个尖括号，那是因为“<”，难道不是小学生熟悉的“小于号”吗？

“减号(-)”是个一个二元操作符，表示它需要两个操作数。比如：3 - 2，表示将3减去2。

“流输出符(<<)”也是一个二元操作符，它实现的操作是，将右边的东西，输出（打印）到左边的东西上。通常，左边的东西，必须是一个“流”。

cout << “Hello world!”，表示将 ”Hello world!”这句话，输出（打印）到cout上去。

• endl

endl 在C++标准库中，被定义为一个函数。它负责在屏幕上输出一个换行。

 

〖现场作业〗：学习使用endl

将007行改为：

cout << "Hello world!" << endl << “Hello universe!” << endl;

观察屏幕输出内容中的换行效果。

• 小结

理解了“cout、<<、endl”；我想您一定看懂了007行代码了。

大家可以试着将“Hello world!”引号中的内容改为“Hello C++”，然后重新编译、运行。（请暂时不要改成汉字，有关汉字的问题，我们下一节详谈。）

〖危险〗：全角与半角字符

同样是“逗号(,)”，大家注意到了吗？中文输入法输入下的逗号要比英文状态下的它的兄弟粗一些。更明显的还有双引号。通常我们中文状态下输入的字符，称为“全角字符”，而英的称为“半角”字符。 在上述代码中，包括英文字母、数字、空格（没错，如果您不小输入一个全角空格，可能会让你抓狂）、标点符号，都是半角字符。比如代码中Hello world!两端的引号。 通常，你所使用的输入法程序，会轻松地帮你完成全角与半角的切换，在Windows下，热键应该是“Ctrl + .”。

3.1.5. 名字空间

我们已经知道，cout和endl等都来自C++标准库的定义。cout是一个对象的名字，而endl是一个函数（严格说是模板函数）的名字。

C++中对某一物体的命名，和现实生活一样，需要尽量避免重名。假设我们公司新来一个家伙，他的名字也叫“南郁”的话，那么我肯定心里有些不爽。个人的不爽还是其次，主要同名会造成很多指代不清的麻烦。

然而重名有时是难免的。C++编程时也是如此。想象一个团队合写一个“小区‘四害’杀防管理系统”的软件。你负责用户操作界面模块，小丁负责“四害”数据定义模块。写着写着，你需要定义“鼠标”， 而他需要定义“耗子”，于是很可能就有重复的名字叫“mouse”了。

重名怎么办？如果新来的那个家伙是在市场部，而我在研发部，那么公司里人，可能在必要时，会称呼我为“研发部的南郁”，称他为“市场部的南郁”。

程序代码也是如此，可以加上一个“名字空间/namespace”，凡是在这个空间里的定义的事物，他们都拥有一个相同的“名字前缀”。

cout 和 endl其实都位于名字空间“std”之内——事实上，整个C++标准库，都位于std这个名字空间之中。

所以，cout完整的名字，其实是：std::cout。同样，endl其实是std::endl。即：前缀由名字空间加上“::”（两个连续的冒号）。既然如此，007行代码，完整版的写法是：

std::cout << "Hello world!" << std::endl;

C++允许我们用：using namespace XXX; 这条“声明性指定”，以减少编码时的打字量。这就是003行代码的作用：

using namespace std;

〖轻松一刻〗：你需要名字空间吗？

最近我的一位姓“李”的女同事，她先生姓“奚”，他们刚生个女儿，取名：“奚李花啦”（没错，这是C语言的风格，为名字添上怪怪的前缀）。这样的名字我想是不需要什么名字空间了。不过有许许多多的人，在13亿的人群中，我们都需要“名字空间”，并且其实我们一直都拥有着不止一个的名字空间，以“小强”为例：

籍贯：某某省某某市::小强；

职务：总经理::小强

头衔：著名歌手::小强

物种：德国小蠊::小强

3.1.6. 函数

前面提过，C／C++中有很多功能代码，都是以“函数”的形式存在“库”中。（另一种重要形式是C++的“类”。）

其实不仅仅是“库”里面的代码，平常我们写一个程序，也会习惯把一些相对固定的功能代码，写成“函数”的形式。特别是在以“面向过程”的思路写程序时，经常一个“过程”就对应一个“函数”。由于在现实中，我们（以“面向过程”的思路）解决问题时，我们的习惯就是“大事化小，小事化了”。对应到（以“面向过程”的思路）写程序时，就是“大函数化小”，“小函数化了” 。

结果类型 函数名称 (函数参数列表)

{

          具体实现过程的代码

}

• “函数名称”，通常就是您要做的事情的名称，或者动作的名称。
• “函数参数列表”，是指做这件事时，您需要哪些数据。
• “结果类型”，做完一件事以后，通常需要告诉做事者一个结果，但需要指定结果的类型。

C++语言定义一个“特别关键的单词”，用来在做事过程中，随时返回结果，这个“关键的词”，是：“return”。

平常生活中，大家天天都要吃饭吧？如果要用C++伪代码形式的“函数”来描述“吃饭”的话，那么，它的定义大致如下：

饱或不饱 吃 （饭）

{

          吃饭的具体实现;

         return 是否吃饱;

}

函数名称：吃。

函数参数：饭。

函数返回类型：吃饱了吗？

〖轻松一刻〗：吃饭是一件大事！

“吃饭”值得写成函数吗？这个问题我也很犹豫。吃，再简单不过的事了，似乎完全不值得写一个函数来封装……也许是我心理有阴影吧：小时候在饭桌上，每当我要说话，父母就会很严厉地批评：“吃饭比天还要大！不许说话！”

根据“大事化小，小事化了”的指导原则，我决定把“吃饭”函数先化解成以下小事：

• “张嘴”
• “嚼食”
• “说话”（弥补我童年吃饭不能说话的心酸）
• “下咽”

在这四件事中，我发现“嚼食”可以继续化解，所以它被列为一个新的函数，其它的，都“小事化了”。于是需要一个新函数：“嚼食”。为了简化代码，暂且假设我们不关心“嚼食”的结果（也就是说，不管嚼得烂不烂，我们都将下咽）。

无结果 嚼食 （饭）

{

       我嚼我嚼我嚼嚼嚼嚼嚼嚼……

}

最终“吃饭”函数长这样子：

饱或不饱 吃 （饭）

{

       张嘴;

       嚼食（饭);

      下咽;

       return 是否吃饱;

}

 

现在来进一步整理一下“函数”的作用：

第一、 学会写函数，我们就可以程序中自己写一些函数供自己使用。如果我们是几个人共同学一个软件的话，那么团队之间，大家互相调用彼此的函数，是一件再正常不过的事了。

第二、 有些功能，我们自己实现不了，这时就需要考虑从C++库中找找有没有现成的，比如一些数学上复杂的算法，我们可以通过C++标准库，或boost库中math模块中查找。还有一些是操作系统才能完成的事，比如建立或删除一个文件夹，我们同样可以从相关的库中找到这些函数。

第三、 有一个特殊的函数，叫做“主函数/main function”。它是专门供操作系统“倒过来”调用的C++程序的函数，也称为程序的入口函数。

3.1.7. 主函数

请看005～009行的代码：

005 int main() 006 { 007     cout << "Hello world!" << endl;
008     return 0;
009 }

你应该认出来，这是一个函数。

〖现场作业〗：辨认函数定义

请针对以上代码，回答以下问题：

1、 函数名称、参数列表、结果类型各是什么？

2、 这个函数做了一件什么事？

3、 返回结果是什么？

4、 通过Google搜索int 在C++中表示什么数据类型。

这个函数名为“main”，它就是“主函数”，或者“入口函数”。也就是C++程序中，专门等待操作系统调用的函数。

“等待操作系统调用……”，具体含意是？

想象我们写了一个程序，安装到用户的硬盘上，并且在其电脑桌面上创建了一个程序的快捷图标。

某年某月的某一天，用户把鼠标移动到那个图标上，图标的心扑通扑通地跳，终于用户双击图标了！图标觉得自己好幸福啊，因为用户的这个举动，其实就是在说：“操作系统啊我的大管家，我对这个图标所代表的程序有兴趣了，请你运行一下这个程序吧！”

操作系统接受这一事件的请求，于是它在磁盘上找到那个程序，然后开始启动这个程序。如何启动呢？

步骤1：把这个程序从电脑磁盘上搬到电脑内存里。（我管这个过程叫做程序的“投生”，磁盘是死的阴间，内存才是活的人生）

步骤2：找到事先约定的，这个程序的入口点。然后从这个入口开始执行程序里的一条条指令。（程序＝指令的组合，你还记得吗？）

〖重要〗：“main函数”并非程序的第一件事！

有时候初学者会认为main函数就是C++程序运行时所做的第一件事。这是个误解。别忘了，程序启动时，首先做的是“投生”。“投生”其实是程序进入内存前后的一个初始化过程，在这个过程中，许多事情，就已经发生了……虽然人类的活动或许应该从“亚当、夏娃”的出现作为起始点，但其实上帝在造人之前，这个世界已经过去5个工作日了。

主函数的“参数列表”形式，有两种版本，其一就这里所使用的：空，即不需要参数，另一种形式，我们后面课程中会讲到。

主函数的返回值是int。int在C++代表整数类型(integer)。在本例子，这个函数只是简单地，不管三七二十一返回0。在此处，0的意思，就是告诉操作系统：“平安无事，本程序寿终正寝”。

〖轻松一刻〗：“病毒程序”

操作系统对于电脑用户来说，像个“大管家”；对于程序来说，几乎就是“上帝”。多数程序都是上帝良民：接受上帝的管理。有一天，一个叫潘多拉的程序员觉得很无聊，他打开一个了盒子，于是这世上有了“病毒程序”。“病毒程序”最大的特征，就是想尽办法避开操作系统管理。

这就是我们第一个程序，谈了一堆，中间的概念与比喻……多乎哉？不多也。第一时间理解它们吧。

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