C++ 深入挖掘"Hello, world!"

前言

（该文技术性比较强，最初发布在CSDN上，后来做了删改后发到这里）

每个人学编程的时候，第一个接触的大概率都是Hello World，比如说Python：

再比如说，Java：

C++的版本则是：

B站代码块无法输入< >，所以用了数学符号里面的＜ ＞，以下代码都是这样

如果不算上 { } 的两行，这个代码一共只有3行，但是几乎没多少人会去一行行的详细挖掘其中的内容，所以今天我就准备更加深入的探索其中的每一行的细节。

1. Pre-processor

第一行：

是将iosteam这个库引入到我们的代码中，#include是一个所谓的pre-processor directives里面的一个（其他的还有#define, #pragma等等）。这个preprocess也是C、C++与众不同的一个地方。

如果你在某一行里面定义了preprocessor，那么你这一行里面不能再放其他非preprocessor的代码，但是preprocessor的语句可以横跨多行。preprocess末尾也不需要添加分号。

#include 我们知道有两种格式，一个是#include <library>，另一个是#include “library.h"。如果我们的library已经在我们的开发环境里面的话，我们用< >来导入，否则就用" "。如果你用的是Visual Studio的话，有关的设定可以在下图的地方看到

如果你的项目里面同一个library被include多次，那么你很可能在编译程序的时候会出错。所以很多情况下，我们用#pragma once解决重复include的问题。或者我们可以通过#ifndef和#define这两个语句。（详细内容可参见：https://en.wikipedia.org/wiki/Include_guard）

每一个C++都有一个main函数：

在执行C++程序的时候，程序会自动找到main函数的所在位置，然后从main开始执行。

如果我们的程序里面没有main函数，绝大多数情况下，我们的程序不会被编译。（记得谁讲过，C++很热门的一个话题就是——Will it compile?）

这个main函数，还有另一个我们熟知的版本：

argv (Command line argument) 用来传输用户给的参数，因为argv是一个数组，所以我们需要argc (argument count) 来定义这个数组有多长。

此外，还有一个细节就是，这个main函数，需要返回一个int类型的数据，有时候我们也可以返回void，但编译器会返回如下的警告：

Warning C4326 return type of ‘main’ should be ‘int’ instead of ‘void’

但是这里我想说的其实是——注意我们的main函数下面没有return。一般而言，如果我们有一个函数需要返回int或者其他类型的数据，而我们没有return语句的话，编译器会返回如下的错误：

Error C4716 ‘Some Function’: must return a value

但是唯独main是一个特例，如果我们没有return语句的话，程序会自动帮我们return 0

最后，由于C++非Type safe，所以我们甚至可以返回一个Boolean类型或者char类型的数据，例如：

这个在Type safe的语言里面是不允许的。

接下来的一句：

我们都知道是输出Hello world到我们的屏幕上。看似简单，但是其中却包含着很多复杂的东西。

首先我们从最简单的开始说起。std是一个所谓的namespace

namespace的存在意义就是为了避免名字上面的冲突。比方说我手里有两个长得一模一样的两个函数，都叫做咖啡，那么这个时候我就用Starbucks和Dunkin’ Donuts将这两杯咖啡区分开来。（这里没有给这两家店做广告的意思 lol）

其次，cout来自于iostream这个库，所以我们必须要导入这个库，才能使用cout。而cout并不是唯一可以将内容输出到屏幕的方式，我们也可以用printf来替代cout

printf属于C里面的一个函数，而cout属于C++里面的函数，具体的性能差异可以忽略不计，printf还可以输出格式化的内容，如：

但cout却没有这个功能。此外，printf还有其他亲戚，如fprintf。除了printf以外，C++内还有puts，puts和printf比较接近。

以上三个方式的性能差异，都可以忽略不计，具体使用哪一个主要还是看每个程序员的习惯。

接下来，是<<这个符号，这个符号是将比特向左移动(bitwise left shift)，a<<b就是将a的比特朝左移动b的距离。当然在这里，是运算符重载来赋予<<其他的意义——即将后面的那一串字符串print到我们的控制台里面。

此处运算符重载的格式为：

此处只列举float，其他参数还包括int, double, bool等十多种。这里留意这句语句的返回类型。

再接下来，一个非常复杂的问题是，cout到底是一个什么东西？

很明显，不像printf和puts，cout它不是一个函数（如果是函数那怎么能运算符重载呢？），它是一个std::ostream类型的object（ostream是一个class），并且这个实体名字叫做cout。

那么既然cout是一个实体的object，那么为什么我们不需要在代码里面创建实体，比如说：

这里值得一提的是，你的确可以创建一个std::ostream类型的实体，然后通过那个实体来执行ostream下某些功能：

但因为cout这个实体，我们的库已经帮我们创建好了，通过extern使得我们的cout成为一个全局可见的变量：

这样的话就剩得我们再去创建一个实体了。

接下来是ostream，它的原名叫做basic_ostream：

这里的using是给我们的某一个数据类型起一个别名，typedef也能完成相同的任务：

这个basic_ostream的定义如下：

这里的_Elem里面放char type，比如说char, wchar之类的，而_Traits里面基本上是放std::char_traits<_Elem>（即，如果是char，那么就放std::char_traits<char>）。

而至于这个class本身，我目前还没有完全搞懂其中的机制。总之，它的作用就是操作所谓的流(stream)，流由连续的byte组成，这个流可以是formatted（比如说int, boolean, 字符串类型的数据），也可以是unformatted（纯粹的binary数据），我们的"Hello, world"字符串就是一个流。

最后，如果我们要让cout输出一个自定义的内容的话，我们可以用以下的方式：

正如我们之前运算符重载那样，这里我们只是再额外重载一个，这里我们必须返回一个地址(reference)，并且我们的参数里面必须传输一个ostream的地址，因为我们的cout是一个object。

后记

本来这个内容是打算在愚人节做成视频发出来博大家一乐的，后来发现这个真的是笑不出来

参考资料：

CPP Reference: https://en.cppreference.com/w/

Microsoft Docs C++ Language Reference: https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/cpp-language-reference?view=msvc-160

THE END.