Question

首先介绍一个显示消息的简单 C++程序。程序清单 2.1 使用 C++工具 cout 生成字符输出。源代码中包含一些供读者阅读的注释，这些注释都以//打头，编译器将忽略它们。C++对大小写敏感，也就是说区分大写字符和小写字符。这意味着大小写必须与示例中相同。例如，该程序使用的是 cout，如果将其替换为 Cout 或 COUT，程序将无法通过编译，并且编译器将指出使用了未知的标识符（编译器也是对拼写敏感的，因此请不要使用 kout 或 coot）。文件扩展名 cpp 是一种表示 C++程序的常用方式，您可能需要使用第 1 章介绍的其他扩展名。

程序清单 2.1 myfirst.cpp

程序调整

要在自己的系统上运行本书的示例，可能需要对其进行修改。有些窗口环境在独立的窗口中运行程序，并在程序运行完毕后自动关闭该窗口。正如第 1 章讨论的，要让窗口一直打开，直到您按任何键，可在 return 语句前添加如下语句：

对于有些程序，要让窗口一直打开，直到您按任何键，必须添加两条这样的语句。第 4 章将更详细地介绍 cin.get( )。

如果您使用的系统很旧，它可能不支持 C++98 新增的特性。

有些程序要求编译器对 C++11 标准提供一定的支持。对于这样的程序，将明确的指出这一点，并在可能的情况下提供非 C++11 代码。

将该程序复制到您选择的编辑器中（或使用本书配套网站的源代码，详情请参阅封底）后，便可以 C++编译器创建可执行代码了（参见第 1 章的介绍）。下面是运行编译后的程序时得到的输出：

C 语言输入和输出

如果已经使用过 C 语言进行编程，则看到 cout 函数（而不是 printf( ) 函数）时可能会小吃一惊。事实上，C++能够使用 printf( )、scanf( ) 和其他所有标准 C 输入和输出函数，只需要包含常规 C 语言的 stdio.h 文件。不过本书介绍的是 C++，所以将使用 C++的输入工具，它们在 C 版本的基础上作了很多改进。

您使用函数来创建 C++程序。通常，先将程序组织为主要任务，然后设计独立的函数来处理这些任务。程序清单 2.1 中的示例非常简单，只包含一个名为 main( ) 的函数。myfirst.cpp 示例包含下述元素。

• 注释，由前缀//标识。
• 预处理器编译指令#include。
• 函数头：int main( )。
• 编译指令 using namespace。
• 函数体，用{和}括起。
• 使用 C++的 cout 工具显示消息的语句。
• 结束 main( ) 函数的 return 语句。

下面详细介绍这些元素。先来看看 main( ) 函数，因为了解了 main( ) 的作用后，main( ) 前面的一些特性（如预处理器编译指令）将更易于理解。

2.1.1 main( ) 函数

去掉修饰后，程序清单 2.1 中的示例程序的基本结构如下：

这几行表明有一个名为 main( ) 的函数，并描述了该函数的行为。这几行代码构成了函数定义（function definition）。该定义由两部分组成：第一行 int main( ) 叫函数头（function heading），花括号({和}) 中包括的部分叫函数体。图 2.1 对 main( ) 函数做了说明。函数头对函数与程序其他部分之间的接口进行了总结；函数体是指出函数应做什么的计算机指令。在 C++中，每条完整的指令都称为语句。所有的语句都以分号结束，因此在输入示例代码时，请不要省略分号。

图 2.1 main( ) 函数

main( ) 中最后一条语句叫做返回语句（return statement），它结束该函数。本章将讲述有关返回语句的更多知识。

语句和分号

语句是要执行的操作。为理解源代码，编译器需要知道一条语句何时结束，另一条语句何时开始。有些语言使用语句分隔符。例如，FORTRAN 通过行尾将语句分隔开来，Pascal 使用分号分隔语句。在 Pascal 中，有些情况下可以省略分号，例如 END 前的语句后面，这种情况下，实际上并没有将两条语句分开。不过 C++与 C 一样，也使用终止符（terminator），而不是分隔符。终止符是一个分号，它是语句的结束标记，是语句的组成部分，而不是语句之间的标记。结论是：在 C++中，不能省略分号。

1．作为接口的函数头

就目前而言，需要记住的主要一点是，C++句法要求 main( ) 函数的定义以函数头 int main( ) 开始。本章后面的“函数”一节将详细讨论函数头句法，然而，为满足读者的好奇心，下面先预览一下。

通常，C++函数可被其他函数激活或调用，函数头描述了函数与调用它的函数之间的接口。位于函数名前面的部分叫做函数返回类型，它描述的是从函数返回给调用它的函数的信息。函数名后括号中的部分叫做形参列表（argument list）或参数列表（parameter list）；它描述的是从调用函数传递给被调用的函数的信息。这种通用格式用于 main( ) 时让人感到有些迷惑，因为通常并不从程序的其他部分调用 main( )。

然而，通常，main( ) 被启动代码调用，而启动代码是由编译器添加到程序中的，是程序和操作系统（UNIX、Windows 7 或其他操作系统）之间的桥梁。事实上，该函数头描述的是 main( ) 和操作系统之间的接口。

来看一下 main( ) 的接口描述，该接口从 int 开始。C++函数可以给调用函数返回一个值，这个值叫做返回值（return value）。在这里，从关键字 int 可知，main( ) 返回一个整数值。接下来，是空括号。通常，C++函数在调用另一个函数时，可以将信息传递给该函数。括号中的函数头部分描述的就是这种信息。在这里，空括号意味着 main( ) 函数不接受任何信息，或者 main( ) 不接受任何参数。（main( ) 不接受任何参数并不意味着 main( ) 是不讲道理的、发号施令的函数。相反，术语参数（argument）只是计算机人员用来表示从一个函数传递给另一个函数的信息）。

简而言之，下面的函数头表明 main( ) 函数可以给调用它的函数返回一个整数值，且不从调用它的函数那里获得任何信息：

很多现有的程序都使用经典 C 函数头：

在 C 语言中，省略返回类型相当于说函数的类型为 int。然而，C++逐步淘汰了这种用法。

也可以使用下面的变体：

在括号中使用关键字 void 明确地指出，函数不接受任何参数。在 C++（不是 C）中，让括号空着与在括号中使用 void 等效（在 C 中，让括号空着意味着对是否接受参数保持沉默）。

有些程序员使用下面的函数头，并省略返回语句：

这在逻辑上是一致的，因为 void 返回类型意味着函数不返回任何值。该变体适用于很多系统，但由于它不是当前标准强制的一个选项，因此在有些系统上不能工作。因此，读者应避免使用这种格式，而应使用 C++标准格式，这不需要做太多的工作就能完成。

最后，ANSI/ISO C++标准对那些抱怨必须在 main( ) 函数最后包含一条返回语句过于繁琐的人做出了让步。如果编译器到达 main( ) 函数末尾时没有遇到返回语句，则认为 main( ) 函数以如下语句结尾：

这条隐含的返回语句只适用于 main( ) 函数，而不适用于其他函数。

2．为什么 main( ) 不能使用其他名称

之所以将 myfirst.cpp 程序中的函数命名为 main( )，原因是必须这样做。通常，C++程序必须包含一个名为 main( ) 的函数（不是 Main( )、MAIN( ) 或 mane( )。记住，大小写和拼写都要正确）。由于 myfirst.cpp 程序只有一个函数，因此该函数必须担负起 main( ) 的责任。在运行 C++程序时，通常从 main( ) 函数开始执行。因此，如果没有 main( )，程序将不完整，编译器将指出未定义 main( ) 函数。

存在一些例外情况。例如，在 Windows 编程中，可以编写一个动态链接库（DLL）模块，这是其他 Windows 程序可以使用的代码。由于 DLL 模块不是独立的程序，因此不需要 main( )。用于专用环境的程序—如机器人中的控制器芯片—可能不需要 main( )。有些编程环境提供一个框架程序，该程序调用一些非标准函数，如_tmain( )。在这种情况下，有一个隐藏的 main( )，它调用_tmain( )。但常规的独立程序都需要 main( )，本书讨论的都是这种程序。

2.1.2 C++注释

C++注释以双斜杠（//）打头。注释是程序员为读者提供的说明，通常标识程序的一部分或解释代码的某个方面。编译器忽略注释，毕竟，它对 C++的了解至少和程序员一样，在任何情况下，它都不能理解注释。对编译器而言，程序清单 2.1 就像没有注释一样：

C++注释以//打头，到行尾结束。注释可以位于单独的一行上，也可以和代码位于同一行。请注意程序清单 2.1 的第一行：

本书所有的程序都以注释开始，这些注释指出了源代码的文件名并简要地总结了该程序。在第 1 章中介绍过，源代码的文件扩展名取决于所用的 C++系统。在其他系统中，文件名可能为 myfirst.C 或 myfirst.cxx。

提示：

应使用注释来说明程序。程序越复杂，注释的价值越大。注释不仅有助于他人理解这些代码，也有助于程序员自己理解代码，特别是隔了一段时间没有接触该程序的情况下。

C-风格注释

C++也能够识别 C 注释，C 注释包括在符号/和/之间：

由于 C-风格注释以*/结束，而不是到行尾结束，因此可以跨越多行。可以在程序中使用 C 或 C++风格的注释，也可以同时使用这两种注释。但应尽量使用 C++注释，因为这不涉及到结尾符号与起始符号的正确配对，所以它产生问题的可能性很小。事实上，C99 标准也在 C 语言中添加了//注释。

2.1.3 C++预处理器和 iostream 文件

下面简要介绍一下需要知道的一些知识。如果程序要使用 C++输入或输出工具，请提供这样两行代码：

可使用其他代码替换第 2 行，这里使用这行代码旨在简化该程序（如果编译器不接受这几行代码，则说明它没有遵守标准 C++98，使用它来编译本书的示例时，将出现众多其他的问题）。为使程序正常工作，只需要知道这些。下面更深入地介绍一下这些内容。

C++和 C 一样，也使用一个预处理器，该程序在进行主编译之前对源文件进行处理（第 1 章介绍过，有些 C++实现使用翻译器程序将 C++程序转换为 C 程序。虽然翻译器也是一种预处理器，但这里不讨论这种预处理器，而只讨论这样的预处理器，即它处理名称以#开头的编译指令）。不必执行任何特殊的操作来调用该预处理器，它会在编译程序时自动运行。

程序清单 2.1 使用了#include 编译指令：

该编译指令导致预处理器将 iostream 文件的内容添加到程序中。这是一种典型的预处理器操作：在源代码被编译之前，替换或添加文本。

这提出了一个问题：为什么要将 iostream 文件的内容添加到程序中呢？答案涉及程序与外部世界之间的通信。iostream 中的 io 指的是输入（进入程序的信息）和输出（从程序中发送出去的信息）。C++的输入/输出方案涉及 iostream 文件中的多个定义。为了使用 cout 来显示消息，第一个程序需要这些定义。#include 编译指令导致 iostream 文件的内容随源代码文件的内容一起被发送给编译器。实际上，iostream 文件的内容将取代程序中的代码行#include <iostream>。原始文件没有被修改，而是将源代码文件和 iostream 组合成一个复合文件，编译的下一阶段将使用该文件。

注意：

使用 cin 和 cout 进行输入和输出的程序必须包含文件 iostream。

2.1.4 头文件名

像 iostream 这样的文件叫做包含文件（include file）—由于它们被包含在其他文件中；也叫头文件（header file）—由于它们被包含在文件起始处。C++编译器自带了很多头文件，每个头文件都支持一组特定的工具。C 语言的传统是，头文件使用扩展名 h，将其作为一种通过名称标识文件类型的简单方式。例如，头文件 math.h 支持各种 C 语言数学函数，但 C++的用法变了。现在，对老式 C 的头文件保留了扩展名 h（C++程序仍可以使用这种文件），而 C++头文件则没有扩展名。有些 C 头文件被转换为 C++头文件，这些文件被重新命名，去掉了扩展名 h（使之成为 C++风格的名称），并在文件名称前面加上前缀 c（表明来自 C 语言）。例如，C++版本的 math.h 为 cmath。有时 C 头文件的 C 版本和 C++版本相同，而有时候新版本做了一些修改。对于纯粹的 C++头文件（如 iostream）来说，去掉 h 不只是形式上的变化，没有 h 的头文件也可以包含名称空间—本章的下一个主题。表 2.1 对头文件的命名约定进行了总结。

表 2.1 头文件命名约定

头文件类型	约 定	示 例	说 明
C++旧式风格	以.h 结尾	iostream.h	C++程序可以使用
C 旧式风格	以.h 结尾	math.h	C、C++程序可以使用
C++新式风格	没有扩展名	iostream	C++程序可以使用，使用 namespace std
转换后的 C	加上前缀 c，没有扩展名	cmath	C++程序可以使用，可以使用不是 C 的特性，如 namespace std

由于 C 使用不同的文件扩展名来表示不同文件类型，因此用一些特殊的扩展名（如.hpp 或.hxx）表示 C++头文件是有道理的，ANSI/ISO 委员会也这样认为。问题在于究竟使用哪种扩展名，因此最终他们一致同意不使用任何扩展名。

2.1.5 名称空间

如果使用 iostream，而不是 iostream.h，则应使用下面的名称空间编译指令来使 iostream 中的定义对程序可用：

这叫做 using 编译指令。最简单的办法是，现在接受这个编译指令，以后再考虑它（例如，到第 9 章再考虑它）。但这里还是简要地介绍它，以免您一头雾水。

名称空间支持是一项 C++特性，旨在让您编写大型程序以及将多个厂商现有的代码组合起来的程序时更容易，它还有助于组织程序。一个潜在的问题是，可能使用两个已封装好的产品，而它们都包含一个名为 wanda( ) 的函数。这样，使用 wanda( ) 函数时，编译器将不知道指的是哪个版本。名称空间让厂商能够将其产品封装在一个叫做名称空间的单元中，这样就可以用名称空间的名称来指出想使用哪个厂商的产品。因此，Microflop Industries 可以将其定义放到一个名为 Microflop 的名称空间中。这样，其 wanda( ) 函数的全称为 Microflop::wanda( )；同样，Piscine 公司的 wanda( ) 版本可以表示为 Piscine::wanda( )。这样，程序就可以使用名称空间来区分不同的版本了：

按照这种方式，类、函数和变量便是 C++编译器的标准组件，它们现在都被放置在名称空间 std 中。仅当头文件没有扩展名 h 时，情况才是如此。这意味着在 iostream 中定义的用于输出的 cout 变量实际上是 std::cout，而 endl 实际上是 std::endl。因此，可以省略编译指令 using，以下述方式进行编码：

然而，多数用户并不喜欢将引入名称空间之前的代码（使用 iostream.h 和 cout）转换为名称空间代码（使用 iostream 和 std::cout），除非他们可以不费力地完成这种转换。于是，using 编译指令应运而生。下面的一行代码表明，可以使用 std 名称空间中定义的名称，而不必使用 std::前缀：

这个 using 编译指令使得 std 名称空间中的所有名称都可用。这是一种偷懒的做法，在大型项目中一个潜在的问题。更好的方法是，只使所需的名称可用，这可以通过使用 using 声明来实现：

用这些编译指令替换下述代码后，便可以使用 cin 和 cout，而不必加上 std::前缀：

然而，要使用 iostream 中的其他名称，必须将它们分别加到 using 列表中。本书首先采用这种偷懒的方法，其原因有两个。首先，对于简单程序而言，采用何种名称空间管理方法无关紧要；其次，本书的重点是介绍 C++的基本方面。本书后面将采用其他名称空间管理技术。

2.1.6 使用 cout 进行 C++输出

现在来看一看如何显示消息。myfirst.cpp 程序使用下面的 C++语句：

双引号括起的部分是要打印的消息。在 C++中，用双引号括起的一系列字符叫做字符串，因为它是由若干字符组合而成的。<<符号表示该语句将把这个字符串发送给 cout；该符号指出了信息流动的路径。cout 是什么呢？它是一个预定义的对象，知道如何显示字符串、数字和单个字符等（第 1 章介绍过，对象是类的特定实例，而类定义了数据的存储和使用方式）。

马上就使用对象可能有些困难，因为几章后才会介绍对象。实际上，这演示了对象的长处之一—不用了解对象的内部情况，就可以使用它。只需要知道它的接口，即如何使用它。cout 对象有一个简单的接口，如果 string 是一个字符串，则下面的代码将显示该字符串：

对于显示字符串而言，只需知道这些即可。然而，现在来看看 C++从概念上如何解释这个过程。从概念上看，输出是一个流，即从程序流出的一系列字符。cout 对象表示这种流，其属性是在 iostream 文件中定义的。cout 的对象属性包括一个插入运算符（<<），它可以将其右侧的信息插入到流中。请看下面的语句（注意结尾的分号）：

它将字符串“Come up and C++ me some time.”插入到输出流中。因此，与其说程序显示了一条消息，不如说它将一个字符串插入到了输出流中。不知道为什么，后者听起来更好一点（参见图 2.2）。

图 2.2 使用 cout 显示字符串

初识运算符重载

如果熟悉 C 后才开始学习 C++，则可能注意到了，插入运算符（<<）看上去就像按位左移运算符（<<），这是一个运算符重载的例子，通过重载，同一个运算符将有不同的含义。编译器通过上下文来确定运算符的含义。C 本身也有一些运算符重载的情况。例如，&符号既表示地址运算符，又表示按位 AND 运算符；* 既表示乘法，又表示对指针解除引用。这里重要的不是这些运算符的具体功能，而是同一个符号可以有多种含义，而编译器可以根据上下文来确定其含义（这和确定“sound card”中的“sound”与“sound financial basic”中的“sound”的含义是一样的）。C++扩展了运算符重载的概念，允许为用户定义的类型（类）重新定义运算符的含义。

1．控制符 endl

现在来看看程序清单 2.1 中第二个输出流中看起来有些古怪的符号：

endl 是一个特殊的 C++符号，表示一个重要的概念：重起一行。在输出流中插入 endl 将导致屏幕光标移到下一行开头。诸如 endl 等对于 cout 来说有特殊含义的特殊符号被称为控制符（manipulator）。和 cout 一样，endl 也是在头文件 iostream 中定义的，且位于名称空间 std 中。

打印字符串时，cout 不会自动移到下一行，因此在程序清单 2.1 中，第一条 cout 语句将光标留在输出字符串的后面。每条 cout 语句的输出从前一个输出的末尾开始，因此如果省略程序清单 2.1 中的 endl，得到的输出将如下：

从上述输出可知，Y 紧跟在句点后面。下面来看另一个例子，假设有如下代码：

其输出将如下：

同样，每个字符串紧接在前一个字符串的后面。如果要在两个字符串之间留一个空格，必须将空格包含在字符串中。注意，要尝试上述输出示例，必须将代码放到完整的程序中，该程序包含一个 main( ) 函数头以及起始和结束花括号。

2．换行符

C++还提供了另一种在输出中指示换行的旧式方法：C 语言符号\n：

\n 被视为一个字符，名为换行符。

显示字符串时，在字符串中包含换行符，而不是在末尾加上 endl，可减少输入量：

另一方面，如果要生成一个空行，则两种方法的输入量相同，但对大多数人而言，输入 endl 更为方便：

本书中显示用引号括起的字符串时，通常使用换行符\n，在其他情况下则使用控制符 endl。一个差别是，endl 确保程序继续运行前刷新输出（将其立即显示在屏幕上）；而使用“\n”不能提供这样的保证，这意味着在有些系统中，有时可能在您输入信息后才会出现提示。

换行符是一种被称为“转义序列”的按键组合，转义序列将在第 3 章做更详细的讨论。

2.1.7 C++源代码的格式化

有些语言（如 FORTRAN）是面向行的，即每条语句占一行。对于这些语言来说，回车的作用是将语句分开。然而，在 C++中，分号标示了语句的结尾。因此，在 C++中，回车的作用就和空格或制表符相同。也就是说，在 C++中，通常可以在能够使用回车的地方使用空格，反之亦然。这说明既可以把一条语句放在几行上，也可以把几条语句放在同一行上。例如，可以将 myfirst.cpp 重新格式化为如下所示：

这样虽然不太好看，但仍然是合法的代码。必须遵守一些规则，具体地说，在 C 和 C++中，不能把空格、制表符或回车放在元素（比如名称）中间，也不能把回车放在字符串中间。下面是一个不能这样做的例子：

然而，C++11 新增的原始（raw）字符串可包含回车，这将在第 4 章简要地讨论。

1．源代码中的标记和空白

一行代码中不可分割的元素叫做标记（token，参见图 2.3）。通常，必须用空格、制表符或回车将两个标记分开，空格、制表符和回车统称为空白（white space）。有些字符（如括号和逗号）是不需要用空白分开的标记。下面的一些示例说明了什么情况下可以使用空白，什么情况下可以省略：

图 2.3 标记和空白

2．C++源代码风格

虽然 C++在格式方面赋予了您很大的自由，但如果遵循合理的风格，程序将更便于阅读。有效但难看的代码不会令人满意。多数程序员都使用程序清单 2.1 所示的风格，它遵循了下述规则。

• 每条语句占一行。
• 每个函数都有一个开始花括号和一个结束花括号，这两个花括号各占一行。
• 函数中的语句都相对于花括号进行缩进。
• 与函数名称相关的圆括号周围没有空白。

前三条规则旨在确保代码清晰易读；第四条规则帮助区分函数和一些也使用圆括号的 C++内置结构（如循环）。在涉及其他指导原则时，本书将提醒读者。