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1.1 - 程序结构和语句

章节简介

欢迎来到我们 C++教程的第一个主要章节！

本章节将首先介绍有关 C++ 程序最基本的话题。由于本章节涉及的话题较多，因此我们只会对每一个部分都进行相对简单的介绍，其目的只是为了让你能够理解构成 C++程序的基本元素有哪些。在完成本章节的学习后，你应当可以独立编写一个简单的程序了。

在后续的章节中，我们会复习并深入探讨这些话题，同时介绍尤其衍生出的一些新的概念。

为了使每节课都可以保持适当的体量，有些话题被分割成了多节课。如果你觉得有些重要的概念在一节课中尚未介绍，那么它很可能会在接下来的课程中进行讲解。

语句

计算机程序指的是控制计算机完成某件事所需要的一系列指令(instuction)。语句是指令的一种，它控制计算机完成某些操作。

就目前而言，语句是 C++程序中最常见的一种指令类型。这主要是因为它们是 C++语言中最简单的、独立的计算单元。从这个意义上来讲，语句之于编程语言，就好比句子之于自然语言。当你需要向其他人传递信息的时候，通常我们会使用句子，而不是一些随机的词语或音节。在 C++中，我们一般也是通过语句向程序传达我们的意图的。

大多数（但不是全部）的 C++语句以分号结尾。如果你看到一行以分号结尾的代码，那么它多半就是一条语句了。

在 C++这样的高级语言中，一条语句可能会被编译为多条机器指令。

扩展阅读

C++中有很多不同类型的语句：

声明语句 Declaration statements
跳转语句 Jump statements
表达式语句 Expression statements
复合语句 Compound statements
选择语句（条件）Selection statements (conditionals)
迭代语句（循环）Iteration statements (loops)
Try 语句块 Try blocks

在结束本教程的学习后，你将掌握上述全部的语句类型！

函数和 `main` 函数

在 C++ 中，我们通常会合并使用一组语句，这一组语句称为一个函数。函数就是一组顺序执行（从上向下按顺序执行）的语句的集合。在我们学习编程程序的过程中，你会编写自己的函数，根据我们的目的混合或使用语句（具体做法将在后续的课程中介绍）。

法则

每个 C++程序都必须包含一个函数名为 main 的函数(main 全部为小写字母)。当程序开始运行的时候，main 函数中的代码会被顺序执行。

一般情况下，程序通常会在完成 main 函数中最后一条语句后终止（尽管也可能提前终止或者在结束后执行一些清理操作）。

编写的函数一般是为了完成某个特定的工作。例如，名为 "max" 的函数一般用于两个数字比大小。而名为 “calculateGrade” 的函数则用于计算学生成绩（grade）。我们会在函数一节中对其进行详细介绍，毕竟函数是构建程序的最常用的工具。

作者注

当我们谈论函数时，通常会在函数名后面加上一组括号作为一种速记法。例如，当你看到 main() 或者 doSomething() 的时候，你应该清楚此时我们在谈论一个名为 main 或者 doSomething 的函数。这么做可以帮助我们将函数和其他类型的名称区分开来（例如变量名），同时不必每次都加上“函数”二字。

Hello world! 程序剖析

现在，你已经初步了解了什么是语句以及什么是函数，接下来，让我们回到 “Hello world” 程序并逐行对其进行分析。

#include <iostream>

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

第一行 比较特殊，称为预处理器指令 (preprocessor directive)。该指令表明用户需要使用 iostream 库的内容，该库属于 C++标准库的一部分，程序可以使用该库提供的功能从控制台(console)读写文本。我们需要这一行代码，是为了在第五行使用 std:: cout。如果将这一行删除，则会导致第五行编译时报错，因为这样编译器(compiler)就不知道 std:: cout 是什么了。

第二行 是空行，编译器会将其忽略。它的存在仅仅是为了让程序可读性变得更好（将 #include 预处理器指令和程序的其他部分分割开来）。

第三行 告诉编译器，此处定义一个名为 main 的函数。之前我们已经了解到，每个 C++程序都必须有一个 main 函数，否则将会链接(link)失败。

第四行 和 第七行 告诉编译器接下来哪些行代码属于 main 函数。所有位于第四行和第七行括号内的代码，都属于 main 函数的一部分，称为函数体。

第五行 是 main 函数的第一条语句，该语句也是程序执行的第一条语句。std:: cout（表示“character output”，即字符输出）和 << 运算符可以将字母或数字从控制台输出。在本例中，我们将字符串文本 “Hello world!” 输出到控制台。这行代码的执行效果就是为程序创建一个可视化的输出结果。

第六行 是一个返回语句。当程序执行完毕后，它需要向操作系统返回一个值来表明其执行的结果是成功还是失败。该返回语句向操作系统返回了 0，表示"一切正常"。这是本程序执行的最后一条语句。

我们编写的所有程序，都会遵循上述通用模板（或其变种版本）。

作者注

如果上述解释仍然有让你困惑的地方，别担心，这很正常。这里的目的只是让你对程序有一个宏观的概念，接下来的课程将会对相关的内容进行详细解释并辅以案例。

你可以自行编译并运行上述程序，当程序运行时，你将在控制台中看到如下打印信息：

1	`Hello world!`

如果你在编译或运行程序时遇到了问题，请参考一些典型的 C++ 问题

语法和语法错误

英语中的句子基于你所学的语法规则(grammatical rules)来构建的。例如，通常一个句子会以句号结尾。在一门语言中，规定一个句子应该如何构建的规则，称为语法（译注：句法在后续的翻译中将使用语法代替，见翻译约定）。如果你忘记了在两个句子之间写下句号，那么就会违反了英语的句法。

C++ 也有它的语法规则，它规定了一个程序应该如何被编写才能被认为是合法的。在编译代码的时候，编译器需要确保你的程序满足基本的 C++语法。如果你违反了某条规则，编译器就会向你报告一个错误。

如果，我们将上述程序中第五行的分号省略，会发生什么呢？

#include <iostream>

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

你可以试试去编译一下该程序。

Visual Studio 在编译时会报告如下错误 (你的编译器在表述该错误时可能会使用不同的语言)：

c:\vcprojects\test1.cpp(6): error C2143: syntax error : missing ';' before 'return'

该错误信息是告诉你，错误发生在第六行：程序期望在 return 语句前面检测到一个分号，但它却没有。尽管编译器告诉了我们该语法问题发生的行号，其实际发生的位置却在上一行。在这个例子中，问题出在第五行的末尾（编译器在读取到第六行时才能发现该问题）。

语法错误在编程时很常见。幸运的是，这种类型的错误通常比较容易定位和修复，因为编译器会明确地指向错误发生的位置。程序的编译只有在所有的错误都被修复后才能够完成。

你可以试着从上述程序中删除某些字符，甚至删除整行，然后观察编译器的报错信息。现在，将分号写在第五行的末尾并删除 1、3 或者 4 行，看看会发生什么？