编写你的第一个 C++ 程序

简介

在本实验中，你将学习如何编写第一个 C++ 程序。首先，你将在 Ubuntu 22.04 上安装 GCC (GNU Compiler Collection) 编译器并配置必要的环境变量。接着，你将创建一个新的 C++ 源代码文件，编写程序的基本结构，并使用 cout 语句打印「Hello World」消息。此外，你还将学习如何编译和执行程序，以及如何添加单行和多行注释、使用 endl 和 \n 进行换行，并修复诸如缺少分号之类的常见语法错误。

在 Ubuntu 22.04 上安装 GCC 编译器并配置环境变量

在这一步中，你将学习如何在 Ubuntu 22.04 上安装用于 C++ 的 GCC (GNU Compiler Collection) 编译器并配置必要的环境变量。GCC 对于编译和运行 C++ 程序至关重要。

首先，让我们在 WebIDE 中打开终端。你可以通过点击屏幕底部的终端图标或使用键盘快捷键（通常是 Ctrl+`）来完成。

我们先更新软件包列表，以确保获取到有关可用软件包的最新信息：

sudo apt update

输出示例：

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.

接下来，我们将安装 GCC 编译器及相关的开发工具：

sudo apt install -y build-essential

输出示例：

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.

要验证安装并检查 GCC 版本，请运行：

g++ --version

输出示例：

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.

GCC 编译器通常已经包含在系统 PATH 中，因此无需进行额外配置。

创建带有 .cpp 扩展名的新 C++ 源代码文件

在这一步中，你将学习如何创建一个带有 .cpp 扩展名的新 C++ 源代码文件。在 C++ 中，源代码文件使用 .cpp 扩展名，以表明它们包含 C++ 代码。我们将使用 WebIDE 的文件资源管理器和文本编辑器来创建我们的第一个 C++ 源代码文件。

首先，在终端中导航到 ~/project 目录：

cd ~/project

现在，打开 WebIDE 的文件资源管理器。你会看到一个包含文件和文件夹列表的侧边栏。找到允许创建新文件的图标——它可能看起来像一个「+」号或「New File」选项。

在文件资源管理器中右键点击并选择「New File」。当提示输入名称时，将其命名为 hello.cpp。.cpp 扩展名至关重要，因为它告诉编译器和开发工具这是一个 C++ 源代码文件。

终端中的文件创建示例（供参考）：

touch hello.cpp

点击新创建的 hello.cpp 文件，在 WebIDE 的文本编辑器中打开它。你将看到一个空白文件，准备好编写你的第一个 C++ 代码。

使用 .cpp 扩展名很重要，原因如下：

• 它将文件标识为 C++ 源代码文件
• 帮助开发工具和编译器识别文件类型
• 将 C++ 文件与其他编程语言文件（如 .c (C)、.java (Java) 或 .py (Python)）区分开来

此时，你的 hello.cpp 文件已准备就绪，可以开始编写 C++ 代码了。在接下来的步骤中，你将学习如何在此文件中编写一个基本的 C++ 程序。

使用 int main() 函数编写程序基本结构

在这一步中，你将了解 C++ 程序的基本结构，重点是 main() 函数。每个 C++ 程序都必须有一个 main() 函数，它是程序开始执行的入口点。

在 WebIDE 中打开你在上一步创建的 hello.cpp 文件。现在我们将添加程序的基本结构：

#include <iostream>

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

注意： 建议手动输入代码以获得更好的学习效果。请注意花括号 { } 和分号 ;，因为它们在 C++ 语法中至关重要。不要忘记空格和缩进，否则步骤验证可能会失败。

让我们剖析一下这个基本结构：

1. #include <iostream>：这是一个预处理指令，用于包含输入/输出流库。它允许我们使用输入和输出操作，例如打印到屏幕。
2. int main()：这是主函数声明
   • int 指定函数将返回一个整数值
   • main() 是 C++ 程序的标准入口点
   • 空括号 () 表示该函数不接受任何参数
3. 花括号 { }：定义函数体，你的代码将写在这里
4. return 0;：表示程序成功完成
   • 返回 0 告诉操作系统程序运行没有错误
   • 这是 C++ 程序中的标准做法

WebIDE 会在你输入时自动保存更改。或者，你可以使用编辑器的保存选项手动保存文件。

如果你想了解更多关于 WebIDE 的信息，请查看 WebIDE 指南。

需要记住的一些要点：

• 每个 C++ 程序都必须有一个 main() 函数
• main() 函数是程序执行开始的地方
• return 0; 语句通常用于指示程序执行成功

你可以将 main() 函数想象成旅程的起点。就像公路旅行从特定地点开始一样，C++ 程序从 main() 函数开始执行。

使用 cout 打印 Hello World 消息

在这一步中，你将学习如何使用 cout 在屏幕上打印「Hello, World!」消息。cout 是 C++ 标准输入/输出库的一部分，用于显示输出。

在 WebIDE 中打开 hello.cpp 文件，并修改 main() 函数以包含以下代码：

#include <iostream>

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

让我们剖析一下这行新代码：

• std::cout：这是标准输出流对象
  • std:: 表示我们正在使用标准命名空间
  • cout 代表「console output」（控制台输出）
• <<：流插入运算符，用于将数据发送到输出流
• "Hello, World!"：我们想要打印的文本消息
• std::endl：添加一个新行并刷新输出缓冲区
  • 确保消息立即显示
  • 将光标移动到下一行

保存文件时，请确保包含上述显示的完整结构。

关于 cout 的一些关键点：

• 它用于将文本、数字和其他数据类型打印到屏幕上
• << 运算符可以链式使用以打印多个项目
• std::endl 用于在打印后创建新行

你可以将 cout 想象成一个向世界宣布你消息的扩音器。<< 运算符帮助你加载消息，而 std::endl 确保每个人都能清晰地听到它。

使用 g++ hello.cpp -o hello 命令编译程序

在这一步中，你将学习如何使用 g++ 编译器编译你的 C++ 程序。编译是将人类可读的 C++ 源代码转换为计算机可以运行的可执行程序的过程。

在 WebIDE 中打开终端。确保你位于 ~/project 目录中：

cd ~/project

现在，让我们使用 g++ 命令编译你之前创建的 hello.cpp 文件：

g++ hello.cpp -o hello

让我们剖析一下这个命令：

• g++：GNU C++ 编译器
• hello.cpp：你想要编译的源代码文件
• -o hello：指定输出的可执行文件名
  • -o 是一个让你命名输出文件的选项
  • hello 是你将创建的可执行文件的名称

输出示例：

## No output means successful compilation

如果编译成功，将不会显示任何错误消息。编译器会在同一目录下创建一个名为 hello 的可执行文件。

要验证编译，你可以检查目录中的文件：

ls

输出示例：

hello  hello.cpp

现在你应该看到两个文件：

• hello.cpp：你的源代码文件
• hello：编译后的可执行程序

一些重要的编译说明：

• 如果你的代码中有任何错误，g++ 将显示错误消息
• 在尝试运行程序之前，请务必检查并修复任何编译错误
• -o 选项是可选的，但为你的可执行文件起一个有意义的名字是一个好习惯

你可以将编译想象成将一本书从一种语言翻译成另一种语言。g++ 编译器将你人类可读的 C++ 代码翻译成计算机可以理解和执行的语言。

使用 ./hello 命令执行程序

在这一步中，你将学习如何运行刚刚编译的可执行程序。编译 C++ 程序后，你可以使用 ./ 命令后跟可执行文件名来执行它。

确保你位于 ~/project 目录中：

cd ~/project

要运行你在上一步中编译的程序，请使用以下命令：

./hello

./ 告诉系统在当前目录中查找可执行文件，而 hello 是你创建的可执行文件的名称。

输出示例：

Hello, World!

让我们剖析一下发生了什么：

• ./ 的意思是「在当前目录中」
• 程序读取你编译后的可执行文件中的指令
• 它打印你在 C++ 源代码中定义的消息
• 打印后，程序退出

一些重要的执行说明：

• 在当前目录中运行程序时，请务必在可执行文件名之前使用 ./
• 程序必须具有执行权限（g++ 会自动提供）
• 如果你没有看到输出，请仔细检查你是否正确编译了程序

你可以将执行程序想象成启动汽车。编译是准备汽车，而运行程序则是转动钥匙并驾驶。

如果你想多次运行该程序，只需重复 ./hello 命令即可。

添加单行和多行注释

在这一步中，你将学习如何向 C++ 代码添加注释。注释是你代码中的说明，解释了代码的功能。它们会被编译器忽略，并有助于提高代码的可读性。

在 WebIDE 中打开 hello.cpp 文件，并修改它以包含不同类型的注释：

#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
}

让我们剖析一下注释的类型：

1. 单行注释：

   • 以 // 开头
   • 延伸到行尾
   • 非常适合简短的解释

2. 多行注释：

   • 以 /* 开头
   • 以 */ 结尾
   • 可以跨越多行
   • 对于较长的解释很有用

3. 行内注释：

   • 添加在代码行的末尾
   • 解释特定的代码行

编译并运行程序以验证它仍然有效：

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

输出示例：

Hello, World!

关于注释的一些关键点：

• 注释使你的代码更易于理解
• 它们帮助其他程序员（以及你自己）理解代码的目的
• 编译器完全忽略注释
• 使用注释来解释「为什么」这样做，而不是「做了什么」

你可以将注释想象成书中的便利贴。它们提供了额外的上下文和解释，而不会改变实际的文本。

使用 endl 和 \n 进行换行

在这一步中，你将学习在 C++ 输出中创建换行的两种方法：std::endl 和换行符 \n。这两种方法都可以帮助你格式化跨多行的输出。

在 WebIDE 中打开 hello.cpp 文件，并修改它以演示换行：

#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 提示： 点击代码块右下角的「Explain Code」（解释代码）与 Labby AI 聊天，获取代码说明。

让我们剖析一下换行方法：

1. std::endl：

   • 添加一个新行
   • 刷新输出缓冲区（确保立即打印）
   • 是 <iostream> 库的一部分
   • 与 std::cout 一起使用

2. \n（换行符）：

   • 创建新行的简单方法
   • 比 std::endl 更轻量
   • 在许多编程环境中都有效
   • 不会刷新输出缓冲区

编译并运行程序：

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

输出示例：

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

关键点：

• std::endl 和 \n 都可以创建新行
• std::endl 更全面但稍慢
• \n 更快且更轻量
• 你可以混合使用这些方法

你可以将换行符想象成书中的段落分隔符。它们有助于组织和结构化你的输出。

修复诸如缺少分号之类的常见语法错误

在这一步中，你将了解 C++ 中的常见语法错误，重点是缺少分号。分号在 C++ 中至关重要，因为它们标记了语句的结束。

在 WebIDE 中创建一个名为 syntax_errors.cpp 的新文件：

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!
}

尝试编译程序：

g++ syntax_errors.cpp -o syntax_errors

编译错误示例：

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;
      |     ~~~

关于分号的关键点：

• C++ 中的每个语句都必须以分号 ; 结尾
• 分号告诉编译器一条指令在哪里结束，另一条在哪里开始
• 缺少分号会导致编译错误
• 容易忘记分号的常见地方：
  • cout 语句之后
  • return 语句之后
  • 变量声明的末尾

让我们修复错误：

1. 添加缺失的分号
2. 确保每个语句都以 ; 结尾

编译更正后的版本：

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

如果成功，将不会出现错误消息。

你可以将分号想象成句子中的句号。它们标记了你代码中完整思想的结束。

总结

在本实验中，你学习了如何在 Ubuntu 22.04 上安装用于 C++ 的 GCC (GNU Compiler Collection) 编译器并配置必要的环境变量。你创建了一个新的 C++ 源代码文件，编写了带有 int main() 函数的程序基本结构，并使用 cout 打印了「Hello World」消息。随后，你使用 g++ 命令编译了程序并执行了它。此外，你还学习了如何添加单行和多行注释、使用 endl 和 \n 进行换行，并修复了诸如缺少分号之类的常见语法错误。

完成这些步骤后，你将为编写和运行第一个 C++ 程序打下坚实的基础，并理解在 Ubuntu 22.04 上进行 C++ 开发所需的基本工具和概念。