Schreiben Sie Ihr erstes C++-Programm

Einführung

In diesem Lab lernen Sie, wie Sie Ihr erstes C++-Programm schreiben. Sie beginnen damit, den GCC (GNU Compiler Collection)-Compiler zu installieren und die erforderlichen Umgebungsvariablen auf Ubuntu 22.04 zu konfigurieren. Dann erstellen Sie eine neue C++-Quelldatei, schreiben die grundlegende Programmstruktur und verwenden die cout-Anweisung, um die Nachricht "Hello World" auszugeben. Sie lernen auch, wie Sie das Programm kompilieren und ausführen, wie Sie einzeilige und mehrzeilige Kommentare hinzufügen, endl und \n für Zeilenumbrüche verwenden und häufige Syntaxfehler wie fehlende Semikolons beheben.

Skills Graph

Installation des GCC-Compilers und Konfiguration der Umgebungsvariablen auf Ubuntu 22.04

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie den GCC (GNU Compiler Collection)-Compiler für C++ installieren und die erforderlichen Umgebungsvariablen auf Ubuntu 22.04 konfigurieren. GCC ist für das Kompilieren und Ausführen von C++-Programmen unerlässlich.

Zunächst öffnen wir das Terminal in der WebIDE. Dies können Sie tun, indem Sie auf das Terminal-Symbol unten auf dem Bildschirm klicken oder die Tastenkombination (normalerweise Strg+`) verwenden.

Wir beginnen damit, die Paketliste zu aktualisieren, um sicherzustellen, dass wir die neuesten Informationen über verfügbare Pakete haben:

sudo apt update

Beispielausgabe:

Hit:1 http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/ubuntu jammy InRelease
Hit:2 http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/ubuntu jammy-updates InRelease
Hit:3 http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/ubuntu jammy-backports InRelease
Hit:4 http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/ubuntu jammy-security InRelease
Reading package lists... Done
Building dependency tree... Done
Reading state information... Done
157 packages can be upgraded. Run 'apt list --upgradable' to see them.

Als nächstes installieren wir den GCC-Compiler und die zugehörigen Entwicklungstools:

sudo apt install -y build-essential

Beispielausgabe:

Reading package lists...
Building dependency tree...
Reading state information...
build-essential is already the newest version.
0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 22 not upgraded.

Um die Installation zu überprüfen und die GCC-Version zu prüfen, führen Sie aus:

g++ --version

Beispielausgabe:

g++ (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0
Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

Der GCC-Compiler befindet sich normalerweise bereits im System-Pfad (PATH), sodass keine zusätzliche Konfiguration erforderlich ist.

Erstellen einer neuen C++-Quelldatei mit der Endung.cpp

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie eine neue C++-Quelldatei mit der Endung .cpp erstellen. In C++ werden Quelldateien mit der Endung .cpp verwendet, um anzuzeigen, dass sie C++-Code enthalten. Wir verwenden den Dateiexplorer und den Texteditor der WebIDE, um unsere erste C++-Quelldatei zu erstellen.

Zunächst navigieren Sie im Terminal in das Verzeichnis ~/project:

cd ~/project

Öffnen Sie jetzt den Dateiexplorer der WebIDE. Sie sehen eine Seitenleiste mit einer Liste von Dateien und Ordnern. Suchen Sie nach einem Symbol, das es Ihnen ermöglicht, eine neue Datei zu erstellen – es könnte wie ein "+"-Zeichen oder die Option "Neue Datei" aussehen.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste im Dateiexplorer und wählen Sie "Neue Datei". Wenn Sie dazu aufgefordert werden, benennen Sie die Datei hello.cpp. Die Endung .cpp ist von entscheidender Bedeutung, da sie dem Compiler und den Entwicklungstools mitteilt, dass dies eine C++-Quelldatei ist.

Beispiel für die Dateierstellung im Terminal (zur Referenz):

touch hello.cpp

Klicken Sie auf die neu erstellte Datei hello.cpp, um sie im Texteditor der WebIDE zu öffnen. Sie sehen eine leere Datei, die für Ihren ersten C++-Code bereit ist.

Die Endung .cpp ist wichtig, weil:

• Sie die Datei als C++-Quellcode-Datei identifiziert
• Entwicklungstools und Compilern hilft, den Dateityp zu erkennen
• C++-Dateien von anderen Programmiersprachen-Dateien wie .c (C), .java (Java) oder .py (Python) unterscheidet

An diesem Punkt ist Ihre hello.cpp-Datei bereit, um C++-Code zu schreiben. In den nächsten Schritten lernen Sie, wie Sie ein einfaches C++-Programm in dieser Datei schreiben.

Schreiben der grundlegenden Programmstruktur mit der int main()-Funktion

In diesem Schritt lernen Sie die grundlegende Struktur eines C++-Programms kennen, wobei der Schwerpunkt auf der main()-Funktion liegt. Jedes C++-Programm muss eine main()-Funktion haben, die der Einstiegspunkt ist, an dem das Programm beginnt, auszuführen.

Öffnen Sie die hello.cpp-Datei in der WebIDE, die Sie im vorherigen Schritt erstellt haben. Wir fügen nun die grundlegende Programmstruktur hinzu:

#include <iostream>

int main() {
    // Your code will go here
    return 0;
}

Hinweis: Es wird empfohlen, den Code per Hand einzugeben, um bessere Lernergebnisse zu erzielen. Achten Sie auf die geschweiften Klammern { } und Semikolons ;, da sie in der C++-Syntax von entscheidender Bedeutung sind. Vergessen Sie nicht die Leerzeichen und Einrückungen, andernfalls kann die Schrittüberprüfung fehlschlagen.

Lassen Sie uns diese grundlegende Struktur analysieren:

1. #include <iostream>: Dies ist eine Präprozessordirektive, die die Ein- und Ausgabe-Strombibliothek einbindet. Sie ermöglicht es uns, Ein- und Ausgabeoperationen wie das Ausgeben von Text auf dem Bildschirm durchzuführen.
2. int main(): Dies ist die Deklaration der Hauptfunktion
   • int gibt an, dass die Funktion einen ganzzahligen Wert zurückgibt
   • main() ist der Standard-Einstiegspunkt für C++-Programme
   • Die leeren Klammern () zeigen an, dass die Funktion keine Argumente akzeptiert
3. Geschweifte Klammern { }: Definieren den Funktionskörper, in dem Ihr Code geschrieben wird
4. return 0;: Gibt an, dass das Programm erfolgreich abgeschlossen wurde
   • Das Zurückgeben von 0 teilt dem Betriebssystem mit, dass das Programm ohne Fehler ausgeführt wurde
   • Dies ist eine Standardpraxis in C++-Programmen

Die WebIDE speichert Ihre Änderungen automatisch, während Sie tippen. Alternativ können Sie die Datei manuell über die Speicheroption des Editors speichern.

Wenn Sie mehr über die WebIDE erfahren möchten, lesen Sie den WebIDE Guide.

Einige wichtige Punkte, die Sie sich merken sollten:

• Jedes C++-Programm muss eine main()-Funktion haben
• Die main()-Funktion ist der Punkt, an dem die Programmausführung beginnt
• Die Anweisung return 0; wird normalerweise verwendet, um anzuzeigen, dass das Programm erfolgreich ausgeführt wurde

Sie können sich die main()-Funktion wie den Startpunkt einer Reise vorstellen. Genau wie eine Autofahrt an einem bestimmten Ort beginnt, beginnt auch ein C++-Programm seine Ausführung an der main()-Funktion.

Verwenden von cout zum Ausgeben der "Hello, World!"-Nachricht

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie cout verwenden, um die Nachricht "Hello, World!" auf dem Bildschirm auszugeben. cout ist Teil der C++-Standard-Eingabe/Ausgabe-Bibliothek und wird zur Anzeige von Ausgaben verwendet.

Öffnen Sie die hello.cpp-Datei in der WebIDE und ändern Sie die main()-Funktion, um den folgenden Code einzufügen:

#include <iostream>

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

Lassen Sie uns die neue Codezeile analysieren:

• std::cout: Dies ist das Standard-Ausgabestromobjekt
  • std:: zeigt an, dass wir den Standard-Namensraum (namespace) verwenden
  • cout steht für "Konsolenausgabe"
• <<: Der Stream-Einfügeoperator, der zum Senden von Daten an den Ausgabestrom verwendet wird
• "Hello, World!": Die Textnachricht, die wir ausgeben möchten
• std::endl: Fügt eine neue Zeile hinzu und leert den Ausgabepuffer
  • Stellt sicher, dass die Nachricht sofort angezeigt wird
  • Verschiebt den Cursor in die nächste Zeile

Wenn Sie die Datei speichern, stellen Sie sicher, dass Sie die gesamte oben gezeigte Struktur einschließen.

Einige wichtige Punkte über cout:

• Es wird verwendet, um Text, Zahlen und andere Datentypen auf dem Bildschirm auszugeben
• Der <<-Operator kann verkettet werden, um mehrere Elemente auszugeben
• std::endl wird verwendet, um nach dem Ausgeben eine neue Zeile zu erstellen

Sie können sich cout wie ein Megaphon vorstellen, das Ihre Nachricht an die Welt verkündet. Der <<-Operator hilft Ihnen, die Nachricht zu laden, und std::endl stellt sicher, dass alle sie deutlich hören.

Kompilieren des Programms mit dem Befehl g++ hello.cpp -o hello

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie Ihr C++-Programm mit dem g++-Compiler kompilieren. Die Kompilierung ist der Prozess, bei dem Ihr menschenlesbarer C++-Quellcode in ein ausführbares Programm umgewandelt wird, das der Computer ausführen kann.

Öffnen Sie das Terminal in der WebIDE. Stellen Sie sicher, dass Sie sich im Verzeichnis ~/project befinden:

cd ~/project

Jetzt kompilieren wir die zuvor erstellte hello.cpp-Datei mit dem g++-Befehl:

g++ hello.cpp -o hello

Lassen Sie uns diesen Befehl analysieren:

• g++: Der GNU C++-Compiler
• hello.cpp: Die Quelldatei, die Sie kompilieren möchten
• -o hello: Gibt den Namen der ausführbaren Datei an
  • -o ist eine Option, mit der Sie die Ausgabe-Datei benennen können
  • hello ist der Name der ausführbaren Datei, die Sie erstellen werden

Beispielausgabe:

## No output means successful compilation

Wenn die Kompilierung erfolgreich ist, werden keine Fehlermeldungen angezeigt. Der Compiler erstellt eine ausführbare Datei namens hello im gleichen Verzeichnis.

Um die Kompilierung zu überprüfen, können Sie die Dateien im Verzeichnis anzeigen:

ls

Beispielausgabe:

hello  hello.cpp

Sie sollten jetzt zwei Dateien sehen:

• hello.cpp: Ihre Quelldatei
• hello: Das kompilierte ausführbare Programm

Einige wichtige Hinweise zur Kompilierung:

• Wenn es Fehler in Ihrem Code gibt, wird g++ Fehlermeldungen anzeigen
• Überprüfen und beheben Sie immer alle Kompilierungsfehler, bevor Sie versuchen, das Programm auszuführen
• Die -o-Option ist optional, aber es ist eine gute Praxis, Ihrer ausführbaren Datei einen sinnvollen Namen zu geben

Sie können sich die Kompilierung wie die Übersetzung eines Buches von einer Sprache in eine andere vorstellen. Der g++-Compiler übersetzt Ihren menschenlesbaren C++-Code in eine Sprache, die der Computer verstehen und ausführen kann.

Ausführen des Programms mit dem Befehl./hello

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie das gerade kompilierte ausführbare Programm ausführen. Nachdem Sie Ihr C++-Programm kompiliert haben, können Sie es mit dem Befehl ./ gefolgt vom Namen der ausführbaren Datei ausführen.

Stellen Sie sicher, dass Sie sich im Verzeichnis ~/project befinden:

cd ~/project

Um das Programm auszuführen, das Sie im vorherigen Schritt kompiliert haben, verwenden Sie den folgenden Befehl:

./hello

Das ./ teilt dem System mit, dass es nach der ausführbaren Datei im aktuellen Verzeichnis suchen soll, und hello ist der Name der von Ihnen erstellten ausführbaren Datei.

Beispielausgabe:

Hello, World!

Lassen Sie uns analysieren, was passiert:

• ./ bedeutet "im aktuellen Verzeichnis"
• Das Programm liest die Anweisungen in Ihrer kompilierten ausführbaren Datei
• Es gibt die Nachricht aus, die Sie in Ihrem C++-Quellcode definiert haben
• Nach dem Ausgeben beendet das Programm die Ausführung

Einige wichtige Hinweise zur Ausführung:

• Verwenden Sie immer ./ vor dem Namen der ausführbaren Datei, wenn Sie ein Programm im aktuellen Verzeichnis ausführen
• Das Programm muss Ausführungsrechte haben (die g++ automatisch verleiht)
• Wenn Sie keine Ausgabe sehen, überprüfen Sie noch einmal, ob Sie das Programm korrekt kompiliert haben

Sie können sich das Ausführen eines Programms wie das Starten eines Autos vorstellen. Die Kompilierung ist das Vorbereiten des Autos, und das Ausführen des Programms ist das Drehen des Schlüssels und das Fahren.

Wenn Sie das Programm mehrmals ausführen möchten, können Sie einfach den Befehl ./hello wiederholen.

Hinzufügen von einzeiligen und mehrzeiligen Kommentaren

In diesem Schritt lernen Sie, wie Sie Kommentare in Ihren C++-Code einfügen. Kommentare sind Notizen in Ihrem Code, die erklären, was der Code tut. Sie werden vom Compiler ignoriert und helfen, Ihren Code lesbarer zu machen.

Öffnen Sie die hello.cpp-Datei in der WebIDE und ändern Sie sie, um verschiedene Arten von Kommentaren einzufügen:

#include <iostream>

// This is a single-line comment
// It explains what the program does

/*
This is a multi-line comment
You can write multiple lines of explanation
Without worrying about adding // to each line
*/
int main() {
    // Print a greeting message
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // Inline comment explaining the output

    /*
    You can also use multi-line comments
    in the middle of your code if needed
    */
    return 0;  // Return success status to the operating system
}

Lassen Sie uns die Arten von Kommentaren analysieren:

1. Einzeilige Kommentare:

   • Beginnen mit //
   • Reichen bis zum Ende der Zeile
   • Ideal für kurze Erklärungen

2. Mehrzeilige Kommentare:

   • Beginnen mit /*
   • Enden mit */
   • Können sich über mehrere Zeilen erstrecken
   • Nützlich für längere Erklärungen

3. Inline-Kommentare:

   • Am Ende einer Codezeile hinzugefügt
   • Erklären die spezifische Codezeile

Kompilieren und führen Sie das Programm aus, um zu überprüfen, ob es weiterhin funktioniert:

g++ hello.cpp -o hello
./hello

Beispielausgabe:

Hello, World!

Einige wichtige Punkte über Kommentare:

• Kommentare machen Ihren Code verständlicher
• Sie helfen anderen Programmierern (und Ihnen selbst), den Zweck des Codes zu verstehen
• Der Compiler ignoriert Kommentare vollständig
• Verwenden Sie Kommentare, um zu erklären, "warum" etwas gemacht wird, nicht "was" gemacht wird

Sie können sich Kommentare wie Zettel in einem Buch vorstellen. Sie bieten zusätzlichen Kontext und Erklärungen, ohne den eigentlichen Text zu ändern.

Verwenden von endl und \n für Zeilenumbrüche

In diesem Schritt lernen Sie zwei Methoden kennen, um in C++-Ausgaben Zeilenumbrüche zu erzeugen: std::endl und das Zeilenumbruchzeichen \n. Beide Methoden helfen Ihnen, Ihre Ausgabe auf mehrere Zeilen zu verteilen.

Öffnen Sie die hello.cpp-Datei in der WebIDE und ändern Sie sie, um Zeilenumbrüche zu demonstrieren:

#include <iostream>

int main() {
    // Using std::endl for line breaks
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    std::cout << "Welcome to C++ Programming!" << std::endl;

    // Using \n for line breaks
    std::cout << "Using newline character:\n";
    std::cout << "Line 1\n";
    std::cout << "Line 2\n";

    // Mixing both methods
    std::cout << "Mixing methods: " << std::endl;
    std::cout << "Line with endl\n";
    std::cout << "Line with newline character" << std::endl;

    return 0;
}

👆 LabEx-Tipp: Klicken Sie auf "Explain Code" (Code erklären) unten rechts im Codeblock, um mit Labby AI zu chatten und die Codezeilen zu klären.

Lassen Sie uns die Methoden für Zeilenumbrüche analysieren:

1. std::endl:

   • Fügt eine neue Zeile hinzu
   • Leert den Ausgabepuffer (stellt eine sofortige Ausgabe sicher)
   • Teil der <iostream>-Bibliothek
   • Wird mit std::cout verwendet

2. \n (Zeilenumbruchzeichen):

   • Einfache Methode, um eine neue Zeile zu erzeugen
   • Weniger aufwändig als std::endl
   • Funktioniert in vielen Programmierkontexten
   • Leert nicht den Ausgabepuffer

Kompilieren und führen Sie das Programm aus:

g++ hello.cpp -o hello
./hello

Beispielausgabe:

Hello, World!
Welcome to C++ Programming!
Using newline character:
Line 1
Line 2
Mixing methods:
Line with endl
Line with newline character

Wichtige Punkte:

• Sowohl std::endl als auch \n erzeugen neue Zeilen
• std::endl ist umfassender, aber etwas langsamer
• \n ist schneller und weniger aufwändig
• Sie können diese Methoden kombinieren

Sie können sich Zeilenumbrüche wie Absatzumbrüche in einem Buch vorstellen. Sie helfen, Ihre Ausgabe zu organisieren und zu strukturieren.

Beheben von häufigen Syntaxfehlern wie fehlenden Semikolons

In diesem Schritt lernen Sie über häufige Syntaxfehler in C++ kennen, mit einem Schwerpunkt auf fehlenden Semikolons. Semikolons sind in C++ von entscheidender Bedeutung, da sie das Ende von Anweisungen markieren.

Erstellen Sie in der WebIDE eine neue Datei namens syntax_errors.cpp:

cd ~/project
touch syntax_errors.cpp

#include <iostream>

int main() {
    // Common syntax error: Missing semicolon
    std::cout << "This line has an error"  // Missing semicolon here!
    std::cout << "This line will not compile" << std::endl;

    // Correct version with semicolons
    std::cout << "This line is correct" << std::endl;
    std::cout << "All statements end with a semicolon" << std::endl;

    return 0;  // Don't forget the semicolon here too!
}

Versuchen Sie, das Programm zu kompilieren:

g++ syntax_errors.cpp -o syntax_errors

Beispiel für einen Kompilierungsfehler:

syntax_errors.cpp: In function ‘int main()’:
syntax_errors.cpp:5:42: error: expected ‘;’ before ‘std’
    5 |     std::cout << "This line has an error"  // Missing semicolon here!
      |                                          ^
      |                                          ;
    6 |     std::cout << "This line will not compile" << std::endl;
      |     ~~~

Wichtige Punkte zu Semikolons:

• Jede Anweisung in C++ muss mit einem Semikolon ; enden.
• Semikolons geben dem Compiler an, wo eine Anweisung endet und eine andere beginnt.
• Fehlende Semikolons verursachen Kompilierungsfehler.
• Häufige Stellen, an denen Semikolons vergessen werden:
  • Nach cout-Anweisungen
  • Nach return-Anweisungen
  • Am Ende von Variablendeklarationen

Lassen Sie uns die Fehler beheben:

1. Fügen Sie fehlende Semikolons hinzu.
2. Stellen Sie sicher, dass jede Anweisung mit ; endet.

Kompilieren Sie die korrigierte Version:

g++ syntax_errors.cpp -o syntax_errors
./syntax_errors

Wenn die Kompilierung erfolgreich ist, werden keine Fehlermeldungen angezeigt.

Sie können sich Semikolons wie Punkte in einem Satz vorstellen. Sie markieren das Ende eines vollständigen Gedankens in Ihrem Code.

Zusammenfassung

In diesem Lab (Praktikum) lernen Sie, wie Sie den GCC (GNU Compiler Collection)-Compiler für C++ auf Ubuntu 22.04 installieren und die erforderlichen Umgebungsvariablen konfigurieren. Sie werden eine neue C++-Quelldatei erstellen, eine grundlegende Programmstruktur mit der int main()-Funktion schreiben und cout verwenden, um die "Hello World"-Nachricht auszugeben. Anschließend werden Sie das Programm mit dem Befehl g++ kompilieren und ausführen. Darüber hinaus lernen Sie, wie Sie einzeilige und mehrzeilige Kommentare hinzufügen, endl und \n für Zeilenumbrüche verwenden und häufige Syntaxfehler wie fehlende Semikolons beheben.

Nachdem Sie diese Schritte abgeschlossen haben, verfügen Sie über eine solide Grundlage für das Schreiben und Ausführen Ihres ersten C++-Programms sowie über ein Verständnis der grundlegenden Tools und Konzepte, die für die C++-Entwicklung auf Ubuntu 22.04 erforderlich sind.