C++ 简介

本章介绍 C++ 的基础使用，包括编译与语法介绍。

编译：Hello world

安装编译器

C++ 有众多的编译器可以选用，我个人习惯使用 gcc/g++ 编译器。

MinGW 页面提供了一系列可用的编译件。我安装其中的 mingw-builds 来使用 g++：
- 使用 posix 线程库编译的版本以获得最佳的跨平台兼容性（而不是用 win32 线程库编译的版本）
- 使用 ucrt 运行时库版本以获得更好的支持。除非在 Windows 10 之前的操作系统上运行，否则不建议使用较旧的 msvcrt 编译版本。
按照以上特性，我一般选择安装 x86_64-release-posix-seh-ucrt 编译版本。

一些其他编译器：

LLVM/Clang
Visual Studio/MSVC
Intel C++

C++ 是一门编译型语言，需要将写有 C++ 代码的源文件通过编译器编译为可执行文件，然后才能执行。这与用诸如 python hello_world.py 通过解释器来执行代码的 Python 等解释性语言不同，对初学者而言可能繁琐一些。

C++ 的源文件一般以 .cpp 或者 .cc 为扩展名。下面实现了一个基础的 Hello world 程序：

#include <iostream>
int main() {
    std::cout << "Hello world" << std::endl;
    return 0;
}

头文件：C++ 用 #include 指令来包含头文件。上例中的 <iostream> 表示调用 C++ 标准库中的 iostream 库。包含头文件的指令通常在源文件的开头。
主函数：C++ 中必须要有一个名为 main 的主函数，该主函数必须为 int 类型。
- 主函数可以不包含任何形参，比如上例中的 main() 。
- 主函数一般以返回 0 （例中 return 0 ）表示程序运行正常、返回非零值表示程序运行异常。
输出： std::cout 表示调用命名空间 std 中的 cout 对象，它代表标准输出； std::endl 表示行末。
- 输出运算符 << 作用是将右侧的值写入到左侧的 ostream 对象，并返回左侧的对象；因此，输出运算符可以如上例一样连用。

将上述代码保存为 hello_world.cpp 文件，并用编译器编译它。这里以 g++ 为例：

g++ hello_world.cpp

该命令会将 C++ 代码文件编译为同名的可执行文件。在 Windows 上，即为 hello_world.exe 。用户可以从命令行运行该文件：

./hello_world.exe

在命令行输出中，我们可以看到： Hello world ，这表示我们的程序如预期地成功运行了。

输入输出（IO）流

iostream 库包含输入流 istream 与输出流 ostream 两种类型。标准库在此基础上定义：

输入流对象：与输入运算符 >> 结合使用。运算符左侧是 istream 对象，右侧为值。
- 标准输入 std::cin
输出流对象：与输出运算符 << 结合使用。运算符左侧是 ostream 对象，右侧为值。
- 标准输出 std::cout
- 标准错误 std::cerr
- 其他输出信息 std::clog
操纵符 std::endl：刷新缓冲区。即结束当前行，并将缓冲区内容写入到输出。

输入、输出运算符均是左结合的

尽管输入、输出运算符看起来指向不同的方向，但实际上它们都是左结合的，这保证了连续运算的合法性。例如：

std::cin >> x >> y; 表示先读取输入流到 x，并返回 istream 对象；然后对返回的对象执行第二个操作，即读取输入流到 y。它等价于 (cin >> x) >> y;。
std::cout << 'a' << std::endl; 表示先将字符 'a' 写到输出流，并返回一个 ostream 对象；然后再将 std::endl 写入到该对象上。

请仔细体会运算符的特性。

using 声明

C++ 标准库（命名空间为 std）中定义了许多实用的库函数，比如输出函数 std::cout。使用 using 声明，我们可以免于在每次使用库函数时添加 std:: 前缀。例如：

#include <iostream>
using std::cout;  // 每条 using 声明只能对应一个库函数
using std::endl;

int main() {
    cout << "Hello world" << endl;
    return 0;
}

不推荐的写法：using name std;

有的地方也会提到 using namespace std; 这种写法。但一般来说，这不是一个好的实践方式。因为这种操作是盲目的，除非你了解 std 中的所有库函数名称。这种贪心的行为就好比在 Python 中使用 from lib import *。

为了方便起见，下文中大多会采用 using 声明，而不是在每次使用时添加命名空间前缀。在给出代码片段时，有时为了简洁，using 声明可能会在展示中被省略。

未定义行为（UB）

C++ 中的未定义行为（undefined behavior, UB）会导致不可预知的后果。程序可能继续工作，可能异常终止，也可能得到垃圾数据。例如，除数为 0 、索引超界都是未定义行为。

下例给出一个索引超界的未定义行为例子：

#include <iostream>
#include <string>
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;

int main() {
    string s = "abc";
    cout << "s.size() = " << s.size() << endl;
    // 未定义行为，因为 s 的合法索引是从 0 到 2
    // 字符串 s 合法索引 i 应满足 0 <= i < s.size()
    cout << "s[3] = " << s[3] << endl;
    return 0;
}
/* （以上未定义行为在我测试时的）输出：
   s.size() = 3
   s[3] = 
*/

由于未定义行为在不同环境中编译、运行可能产生不同结果，你的结果可能与我不同。