C++第1课：第一个C++程序

C++与C语言

C++以C语言为基础发展而来，最初设计目标是“带类的C”（C with Classes），后续逐步扩展为支持面向对象、泛型编程等多范式语言。C++几乎完整兼容C语言的语法和特性，大部分C程序可不修改（或少量调整）在C++环境下编译运行。
C++和C语言两者共享相同的基本数据类型、运算符、控制结构（如if-else/for/while）和函数调用机制，均支持指针操作和手动内存管理。
C语言是面向过程的编程语言，强调函数驱动的逻辑分解。C++是面向对象的语言，支持面向对象（类、继承、多态）、泛型编程（模板）、元编程等，提供更灵活的代码组织方式。
C语言适合嵌入式系统、操作系统内核等要求极致性能或直接硬件操作的场景。C++适用于大型软件（如游戏引擎、数据库）、需高复用性与扩展性的复杂系统。

C++初印象

C++诞生于20世纪80年代，由本贾尼・斯特劳斯特卢普（Bjarne Stroustrup）博士在 C 语言的基础上发展而来，它最初被称为 “带类的 C”，后来正式命名为 C++ 。C++ 不仅继承了 C 语言高效、灵活、可直接访问硬件等特性，还引入了面向对象编程（OOP）的概念，包括封装、继承和多态，使得代码的组织和维护更加容易，同时支持泛型编程，进一步提高了代码的可重用性。​
从特性上看，C++ 是一种静态类型的编程语言，在编译时就会检查数据类型，这有助于发现早期错误，提高程序的稳定性。它对内存的管理非常灵活，开发者既可以使用自动内存管理（如栈上的变量），也能手动控制内存分配和释放（使用 new 和 delete 操作符），这在一些对内存使用要求苛刻的场景下，如嵌入式系统开发，显得尤为重要。此外，C++ 的代码执行效率极高，经过编译器的优化，生成的机器码能够充分利用硬件资源，在高性能计算领域，如科学计算、金融分析等领域应用广泛。​
在系统编程领域，它是开发操作系统、设备驱动程序、编译器等底层软件的重要工具。以 Windows NT 内核为例，其中就有大量的代码是用 C++ 编写的，C++ 对硬件的直接访问能力和高效的执行效率，使得操作系统能够稳定、高效地运行。在游戏开发领域，C++ 更是占据着主导地位。像知名的游戏引擎虚幻引擎（Unreal Engine），其核心部分就是用 C++ 开发的。C++ 能够高效地处理游戏中的图形渲染、物理模拟、AI 计算等复杂任务，为玩家带来流畅、逼真的游戏体验，像《绝地求生》等大型 3A 游戏，都离不开 C++ 的强大支持。在嵌入式系统中，由于嵌入式设备资源有限，对程序的性能和内存占用要求严格，C++ 的高效性和对硬件的直接控制能力，使其成为嵌入式软件开发的理想选择，如汽车电子系统、智能家居设备中的固件开发，常常会用到 C++ 。

第一个C++程序

“Hello World” 程序是学习C++迈出的第一步，下面是这个经典程序的代码：​

// 包含输入输出流头文件​
#include <iostream> ​
// 使用标准命名空间​
using namespace std; ​
​
int main() {​
// 输出Hello World!到控制台，并换行​
cout << "Hello World!" << endl; ​
// 返回0，表示程序正常结束​
return 0; ​
}​

​
逐行对代码进行解读：
① // 包含输入输出流头文件
这是一条注释，注释是对代码的解释说明，编译器会忽略注释内容。在 C++ 中，单行注释使用//，从//开始到本行末尾的内容都是注释。注释能让代码更易读，无论是自己日后维护代码，还是他人阅读代码，都能快速理解代码意图。​
②#include <iostream>
这是一条预处理指令，#include的作用是将指定的头文件内容包含到当前源文件中。<iostream>是 C++ 标准库中的输入输出流头文件，它包含了用于输入输出操作的函数和对象，例如后面用到的cout和endl，如果没有包含这个头文件，使用cout和endl时会报错。③ using namespace std
C++ 中的命名空间（namespace）是为了避免不同代码模块中标识符（如变量名、函数名、类名等）的命名冲突。std是 C++ 标准库的命名空间，标准库中的所有标识符都定义在std命名空间中。using namespace std;表示使用std命名空间，这样在代码中就可以直接使用std命名空间中的标识符，而无需每次都加上std::前缀。不过在大型项目中，为避免潜在的命名冲突，通常不建议全局使用using namespace std;，而是更精确地指定需要使用的标识符，如using std::cout; using std::endl; 。​
④ int main()
main函数是 C++ 程序的入口点，每个 C++ 程序都必须有一个main函数。程序从main函数的第一行代码开始执行，int表示main函数的返回值类型为整数。在大多数操作系统中，程序执行结束后返回给操作系统一个整数值，0 通常表示程序正常结束，非零值表示程序执行过程中出现了错误。​
⑤ cout << "Hello World!" << endl
这是一条输出语句。cout是std命名空间中的标准输出流对象，通常与控制台（屏幕）关联，用于将数据输出到控制台。<<是流插入运算符，在这里用于将右侧的数据（字符串"Hello World!"和endl）插入到cout输出流中，从而输出到屏幕上。endl是一个特殊的操纵符，它表示换行并刷新输出缓冲区，即输出完"Hello World!"后会换行，并且确保输出内容立即显示在屏幕上 。​
⑥ return 0
这行代码表示main函数的结束，并返回 0 给操作系统，告知操作系统程序已正常执行完毕。在 C++11 及以后的标准中，如果main函数末尾没有显式的return语句，编译器会自动在末尾插入return 0; 。

C++编译器

GCC/G++

GCC（GNU Compiler Collection）是GNU项目开发的多语言编译器套件，支持C、C++、Fortran、Ada、Go等编程语言的编译。最初命名为GNU C Compiler，后因功能扩展更名为“编译器套件”。G++则是GCC中专门处理C++代码的前端编译器，提供C++标准库支持及语法解析功能。
GCC包含各语言对应的编译器前端（如gcc处理C，g++处理C++），后端统一由中间代码生成目标平台的机器码。
GCC是跨平台编译器套件，支持Linux、BSD、Windows等系统，适配x86、ARM、MIPS等多种硬件架构。严格遵循C/C++语言标准（如C11、C++17）。
GCC虽然是跨平台编译器套件，但一般是在Linux系统下使用，Linux的每个发行版都提供GNU C++编译器，通常已经安装。
将前面的“Hello World”程序代码通过文本编辑器保存为“HelloWorld.cpp”文件，可以方便地使用下面的命令对其进行编译：
g++ HelloWorld.cpp
按照约定，生成的二进制文件默认名称是a.out，可以使用输出标记参数（-o）来指定输出文件名称：
g++ HelloWorld.cpp -o HelloWorld
如果需要在Windows下运行GCC编译器，需要在Windows系统下安装 MinGW（Minimalist GNU for Windows）来获取 GCC 和 G++ 编译器。

Clang‌编译器

Clang 是一个开源的编译器前端，专为C、C++、Objective-C 和 Objective-C++ 等编程语言设计，属于 LLVM（Low-Level Virtual Machine）项目的一部分。Clang 作为 LLVM 的前端，负责源码的‌词法分析、语法解析、语义检查和生成中间表示（IR）‌，而 LLVM 则负责优化和生成机器码。这种分离使工具链更灵活，便于集成其他工具。
在Linux（Ubuntu/Debian）平台下，输入下面的命令可以安装Clang编译器：

# 更新软件源
sudo apt update

# 安装 Clang
sudo apt install clang

# 验证安装
clang --version

建议安装完整开发工具链：

sudo apt install build-essential llvm lldb

 

编译HelloWorld.cpp的命令：
clang++ HelloWorld.cpp -o HelloWorld -std=c++11
参数-std=c++11用于显式指定使用 C++11 语言标准。

MSVC编译器

MSVC（Microsoft Visual C++）编译器是微软开发的C/C++编译工具链，主要用于Windows平台的软件开发。
MSVC默认集成到Visual Studio IDE开发环境中使用，若需要使用MSVC编译器，需要安装Visual Studio IDE开发工具。MSVC虽然可编译跨平台代码，但生成的文件通常仅限Windows运行。跨平台项目常用GCC或Clang。

集成开发环境

Visual Studio IDE

Visual Studio 是微软开发的集成开发环境（IDE），主要用于 Windows 平台上的软件开发，支持多种编程语言（如 C#, C++, Python, JavaScript 等）和跨平台开发。
当前最新版本是Visual Studio 2022，它分为Community 版、Professional 版和Enterprise 版。Community 版是免费版本，供个人开发者、开源项目或小型团队使用。Professional 版面向专业开发者，含高级调试工具、Azure 集成和企业许可证。Enterprise 版大型企业适用，含代码审查、架构验证和高级测试工具（如 IntelliTest）。上述版本都可通过 Visual Studio 官网下载安装程序，安装时选择对应版本。
应用Visual Studio创建C++项目步骤：
新建项目：打开 Visual Studio，在起始页面选择 “创建新项目”。在弹出的 “创建新项目” 窗口中，筛选项目类型为 “C++”，然后选择 “空项目” 模板，点击 “下一步”。在 “配置新项目” 页面，为项目命名（例如 “HelloWorld”），选择项目保存位置，点击 “创建”。​
创建源文件：在 “解决方案资源管理器” 中，右键点击项目名称，选择 “添加”->“新建项”。在 “添加新项” 窗口中，选择 “C++ 文件 (.cpp)”，为文件命名（如 “HelloWorld.cpp”），点击 “添加”。​
输入代码：在新建的HelloWorld.cpp文件中，输入相关程序代码。​
编译运行：点击菜单栏中的 “调试”->“开始执行 (不调试)”（快捷键 Ctrl+F5），或者点击工具栏上的绿色三角形 “本地 Windows 调试器” 按钮旁边的下拉箭头，选择 “开始执行 (不调试)”。如果代码没有语法错误，会弹出控制台窗口，显示 “Hello World”。

Dev-C++

Dev-C++是一款适用于 Windows 平台的轻量级 C/C++ 集成开发环境（IDE），简单易用，适合初学者使用。
Dev-C++整个安装包约 84MB1，界面简洁无冗余插件，降低学习成本。集成编辑器、编译器、调试器等基础工具链，开箱即用。默认集成 ‌MingW64/TDM-GCC 编译器‌，支持 C++11 标准并兼容 C++98标准。