Zanim będziemy mogli napisać i wykonać nasz pierwszy program w C++, musimy bardziej szczegółowo zrozumieć, w jaki sposób powstają programy w C++. Oto grafika przedstawiająca uproszczone podejście:
Krok 1: Zdefiniuj problem, który chcesz rozwiązać
To jest krok „co”, w którym ustalasz, jaki problem zamierzasz rozwiązać. Wymyślenie wstępnego pomysłu na to, co chcesz zaprogramować, może być krokiem najłatwiejszym lub najtrudniejszym. Ale koncepcyjnie jest to najprostsze. Wystarczy pomysł, który można dobrze zdefiniować i można przystąpić do następnego kroku.
Oto kilka przykładów:
- „Chcę napisać program, który pozwoli mi wprowadzić wiele liczb, a następnie obliczyć średnią.”
- „Chcę napisać program, który wygeneruje labirynt 2D i umożliwi użytkownikowi poruszanie się po nim. Użytkownik wygrywa, jeśli osiągnie koniec.”
- „Chcę napisać program, który wczytuje plik cen akcji i przewiduje, czy akcje pójdą w górę, czy w dół.”
Krok 2: Określ, w jaki sposób zamierzasz rozwiązać problem
To jest krok „jak”, w którym określasz, w jaki sposób rozwiążesz problem, który wymyśliłeś w kroku 1. Jest to również krok najbardziej zaniedbywany w tworzeniu oprogramowania. Sedno problemu polega na tym, że istnieje wiele sposobów rozwiązania problemu – jednak niektóre z tych rozwiązań są dobre, a inne złe. Zbyt często programista wpada na pomysł, siada i od razu zaczyna kodować rozwiązanie. Często generuje to rozwiązanie, które należy do kategorii złych.
Zazwyczaj dobre rozwiązania mają następujące cechy:
- Są proste (niezbyt skomplikowane ani mylące).
- Są dobrze udokumentowane (zwłaszcza w zakresie wszelkich przyjętych założeń i ograniczeń).
- Są zbudowane modułowo, więc części można ponownie wykorzystać lub zmienić później bez wpływu na inne części programu.
- Mogą sprawnie odzyskać siły lub wyświetlić przydatne komunikaty o błędach, gdy wydarzy się coś nieoczekiwanego.
Kiedy siadasz i od razu zaczynasz kodować, zazwyczaj myślisz „Chcę <coś> zrobić”, więc wdrażasz rozwiązanie, które najszybciej Cię do tego doprowadzi. Może to prowadzić do powstania programów, które są kruche, trudne do późniejszej zmiany lub rozszerzenia lub zawierają wiele błędów. Błąd to dowolny rodzaj błędu programistycznego, który uniemożliwia prawidłowe działanie programu.
Na marginesie…
Termin Błąd został po raz pierwszy użyty przez Thomasa Edisona w latach 70. XIX wieku! Jednak termin ten spopularyzował się w latach czterdziestych XX wieku, kiedy inżynierowie znaleźli prawdziwą ćmę, która utknęła w sprzęcie wczesnego komputera, powodując zwarcie. Zarówno dziennik pokładowy, w którym zgłoszono błąd, jak i ćma znajdują się obecnie w Smithsonian Museum of American History. Można to zobaczyć tutaj.
Różne badania wykazały, że w złożonych systemach oprogramowania tylko 10-40% czasu programisty spędza na pisaniu programu początkowego. Pozostałe 60-90% jest wydawane na konserwację, która może obejmować debugowaniem (usuwanie błędów), aktualizacje radzące sobie ze zmianami w środowisku (np. w celu uruchomienia w nowej wersji systemu operacyjnego), ulepszenia (drobne zmiany poprawiające użyteczność lub możliwości) lub ulepszenia wewnętrzne (w celu zwiększenia niezawodności lub łatwości konserwacji)1.
W związku z tym warto poświęcić trochę czasu na początek (zanim zaczniesz kodować) zastanów się, jak najlepiej uporać się z problemem, jakie przyjmujesz założenia i jak możesz zaplanować przyszłość, aby zaoszczędzić sobie wielu czasu i kłopotów w przyszłości.
Więcej o tym, jak skutecznie projektować rozwiązania problemów, porozmawiamy podczas przyszłej lekcji.
Krok 3: Napisz program
Aby napisać program, potrzebujemy dwóch rzeczy: Po pierwsze, potrzebujemy znajomości języka programowania - po to są te tutoriale! Po drugie, potrzebujemy edytora tekstu do pisania i zapisywania naszych programów w C++. Zbiór instrukcji C++, który wprowadzamy do edytora tekstu, nazywany jest kodem źródłowym programu (często skracanym do po prostu kodem). Można napisać program przy użyciu dowolnego edytora tekstu, nawet tak prostego, jak notatnik w systemie Windows lub vi lub pico w systemie Unix.
Program wpisany do podstawowego edytora tekstu wyglądałby mniej więcej tak:
#include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Here is some text.";
return 0;
}
Jednak zdecydowanie zalecamy korzystanie z edytora przeznaczonego do programowania (zwanego edytorem kodu). Nie martw się, jeśli jeszcze go nie masz. Wkrótce omówimy, jak zainstalować edytor kodu.
Typowy edytor przeznaczony do kodowania ma kilka funkcji, które znacznie ułatwiają programowanie, w tym:
- Numerowanie linii. Numerowanie linii jest przydatne, gdy kompilator zgłasza nam błąd, ponieważ typowy błąd kompilatora będzie oznaczał: jakiś kod/komunikat błędu, linia 64. Bez edytora wyświetlającego numery linii znalezienie linii 64 może być prawdziwym problemem.
- Podświetlanie i kolorowanie składni. Podświetlanie i kolorowanie składni zmienia kolor różnych części programu, aby ułatwić identyfikację różnych komponentów programu.
- Jednoznaczna czcionka o stałej szerokości (często nazywana „czcionką o stałej szerokości”). Czcionki nieprogramowe często utrudniają rozróżnienie pomiędzy cyfrą 0 a literą O lub pomiędzy cyfrą 1, literą l (mała litera L) i literą I (duża litera i). Dobra czcionka programistyczna zapewni wizualne zróżnicowanie tych symboli, aby zapobiec przypadkowemu użyciu jednego zamiast drugiego. Wszystkie edytory kodu powinny mieć tę opcję domyślnie włączoną, ale standardowy edytor tekstu może nie. Użycie czcionki o stałej szerokości (gdzie wszystkie symbole mają tę samą szerokość) ułatwia prawidłowe formatowanie i wyrównanie kodu.
Oto przykład programu w C++ z numeracją linii, podświetlaniem składni i czcionką o stałej szerokości:
#include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Here is some text.";
return 0;
}Zauważ, że jest to o wiele łatwiejsze do zrozumienia niż wersja bez wyróżnienia. Kod źródłowy, który pokażemy w tym samouczku, będzie miał zarówno numerację linii, jak i podświetlanie składni, aby ułatwić przestrzeganie tego kodu.
Wskazówka
Czcionka kodująca i Czcionki programistyczne Obydwa mają przydatne narzędzia, które pozwalają porównać różne czcionki kodujące, aby zobaczyć, która z nich najbardziej Ci się podoba.
Dla zaawansowanych czytelników
Ponieważ kod źródłowy jest napisany przy użyciu znaków ASCII, języki programowania wykorzystują pewną ilość grafiki ASCII do reprezentowania pojęć matematycznych. Na przykład ≠ nie jest częścią zestawu znaków ASCII, więc języki programowania zazwyczaj używają != do przedstawienia nierówności matematycznej.
Niektóre czcionki programistyczne, takie jak Fira Code, używają ligatur, aby połączyć taką „sztukę” z powrotem w jeden znak. Na przykład zamiast wyświetlać !=, Fira Code wyświetli ≠ (używając tej samej szerokości co wersja dwuznakowa). Niektórym osobom łatwiej jest to odczytać, inni wolą trzymać się bardziej dosłownej interpretacji podstawowych znaków.
Wiele prostych programów C++ ma tylko jeden plik kodu źródłowego, ale złożone programy C++ mogą mieć setki, a nawet tysiące plików kodu źródłowego.
Każdy plik kodu źródłowego w programie będzie musiał zostać zapisany na dysku, co oznacza, że każdy plik kodu źródłowego wymaga nazwy pliku. C++ nie ma żadnych wymagań dotyczących nazewnictwa plików. Jednak de facto standardem jest nadawanie nazwy pierwszemu/głównemu plikowi źródłowemu utworzonemu dla programu main.cpp. Nazwa pliku (main) ułatwia określenie, który jest głównym plikiem kodu źródłowego, a rozszerzenie .cpp wskazuje, że plik jest plikiem kodu źródłowego C++.
Czasami możesz zobaczyć zamiast tego pierwszy/główny plik kodu źródłowego nazwany na cześć nazwy programu (np. calculator.cpp, poker.cpp). Czasami możesz także spotkać się z innymi rozszerzeniami (np. .cc lub .cxx).
Najlepsza praktyka
Nazwij pierwszy/główny plik kodu źródłowego w każdym programie main.cpp. Ułatwia to określenie, który plik kodu źródłowego jest głównym.
Po napisaniu programu następnymi krokami będzie przekonwertowanie kodu źródłowego na coś, co można uruchomić, a następnie sprawdzenie, czy to działa! Omówimy te kroki (4-7) w następnym lekcja.