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2.9 简单的控制台程序

2024年7月1日大约 7 分钟

控制台是在如今的计算机上最常见最基础的程序运行形式，它是一种基于文本的用户界面。

在控制台程序中，用户通过键盘输入命令，程序通过控制台输出结果。这种形式虽然古老而基础，但是在许多场景下仍然有着广泛的甚至不可替代的应用。

控制台操作概述

打开控制台，应该会看到如下的提示：

powershell
PS C:\Users\admin>

这样的提示表示现在的控制台正在等待用户输入命令。用户可以在这里输入命令，然后按下回车键，控制台会执行用户输入的命令。

在输入光标左边，通常会展示当前的工作路径。

先快速地学习一下，控制台中的一些常见命令：

powershell
命令使用方式功能
cdcd <目录路径>切换工作路径到 <目录路径> 的位置
lsls列出当前目录下的文件和文件夹
pwdpwd显示当前工作路径
catcat <文件路径>显示文件内容
Get-CommandGet-Command <命令>显示命令的路径

这里认为读者正在操作一个视窗系统，所以创建/删除/编辑文件等操作在这里不会展示，使用视窗系统的文件管理器显然更加高效直接。

本书的目的是教授 C++ 语言，而不是操作系统的使用。如果读者对操作系统的使用有兴趣，可以参考其他的书籍或者教程。

接下来，使用显示命令的路径的指令看看编译器的路径。

powershell
Get-Command g++

如果看到 无法将“g++”项识别为 cmdlet、函数...，说明编译器没有安装或者没有配置好环境变量。请参考第一章的内容，安装并配置好编译器。

main 函数

在 C++ 程序中，main 函数是程序的入口。程序从 main 函数开始执行。

main 函数需要程序在源码内定义，且只能有一个。main 函数的定义形式有两种：

int main() {
    // 在这里写程序
}

或者

int main(int argc, char** argv) {
    // 在这里写程序
}

char** 类型

参数 argv 的类型是 char **，这是一个指向字符指针的指针。这个参数是用来接收命令行参数的。 例如，前面提到的 cd <目录路径> 这样控制台命令，就是调用了一个名为 cd 的程序，并且传递了一个参数 <目录路径>。这个参数就是命令行参数，通过 argv 参数传递给程序。

关于命令行参数，以及 char ** 类型，我们会在后面的章节中详细讲解。

main 函数的返回值类型必须是 int，并且如果程序正常执行结束，应该返回 0。如果程序执行出现错误，可以返回其他的值，表示程序的错误状态。

C++ 标准规定，如果 main 函数执行到末尾，却没有提供返回值，其效果等同于 return 0;。也即是说，下面的两个程序是等价的：

int main(){
}

和

int main(){
    return 0;
}

现在，我们来写一个简单的控制台程序。在 main.cpp 文件中写入如下内容：

import std;

int main() {
    std::println("Hello, World!");
}

这里，std::println 中的 std 是标准库命名空间，println 是 std 命名空间中的一个函数，它的作用是根据参数，输出一行文本，这里输出的是 Hello, World!。

接下来，我们来编译这个程序。

powershell
g++ main.cpp -o main

这里表示用 g++ 编译 main.cpp 文件，生成一个名为 main 的可执行文件。

这里 g++ 是 gcc 编译器组件中处理 C++ 源文件的程序，参考前面介绍的 int main(int argc, char** argv) 结构，这里 main.cpp、-o、main 都是命令行参数，通过 argv 参数传入一个文件名为 g++ 的程序。

编译完成后，我们可以运行这个程序。

powershell
.\main

应该会看到如下的输出：

Hello, World!

输出值

在上面的程序中，我们使用了 std::println 函数来输出文本。这个函数是标准库中的一个函数，用来输出文本到控制台。这个函数能够接受多个参数，将参数作为文本输出到控制台。例如：

import std;

int main() {
    int a = 123;
    std::println("The value of a = {}", a);
}

在这个程序中，std::println 函数接受了两个参数，第一个参数是一个字符串，第二个参数是一个整数。std::println 函数会将第一个参数中的 {} 替换为第二个参数的值，然后输出到控制台。

如果 std::println 有更多的参数，那么第二个参数会对应替换到第一个 {}，第三个参数会对应替换到第二个 {}，以此类推。

{} 的作用

技术性地说 {} 是一个占位符，用来表示在这个位置输出一个参数。 这个占位符中可以包含格式化信息，例如 {:h} 表示输出十六进制整数，{:b} 表示输出二进制整数等。{0:}表示输出第一个参数，无论这个占位符是不是第一个出现的。

这个占位符的详细使用方法会在后续章节中介绍。

这个程序的输出应该是：

The value of a = 123

在默认情况下，int 会被输出为十进制整数，char 会被输出为对应ACSII码的字符，bool 会被输出为 true 或 false。

现在，使用上之前实现的 sqrt 函数和循环语句，输出一些内容吧。

import std;

int sqrt(int x) {
    int a = x;
    while (a * a > x) {
        a = (a + x / a) / 2;
    }
    return a;
}

int main() {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        std::println("The square root of {} is {}", i, sqrt(i));
    }
}

上面程序的输出应当是：

The square root of 1 is 1
The square root of 2 is 1
The square root of 3 is 1
The square root of 4 is 2
The square root of 5 is 2
The square root of 6 is 2
The square root of 7 is 2
The square root of 8 is 2
The square root of 9 is 3
The square root of 10 is 3

输入字符

TODO: 补充内容

std::getchar();
int c, result = 0;
while((c = std::getchar()) != '\n') {
    result = result * 10 + (c - '0');
}
std::println("The input number is {}", result);
int result = 0;
while(true) {
    int c = std::getchar();
    if(c > '9' || c < '0') {
        break;
    }
    result = result * 10 + (c - '0');
}
std::println("The input number is {}", result);

输入多个整数并求和

TODO: 补充内容

int result = 0; 
int sum = 0;
while(true) {
    int c = std::getchar();
    if(c == ' ' || c == ',') {
        sum += result;
        result = 0;
        continue;
    } else if(c > '9' || c < '0') {
        sum += result;
        break;
    }
    result = result * 10 + (c - '0');
}