阅读前须知

本文讲述了命令行，环境变量，vscode 配置调试功能，这些对于新生理解都较为困难。不过对于新生都是些有趣的新玩意，尽力理解和尝试，也可以让你对程序的了解更进一步。恭喜开始见识到神秘的计算机…
看不太懂也很正常，反正去年我也看不懂（偷笑

Missing Class Lec.1

0x11 在命令行中调用程序

找到键盘上的 shift 键，按住，右键点击桌面，选择 在此处打开 PowerShell 窗口 ，输入 explorer 并按下回车，你会发现弹出了一个文件资源管理器窗口。这看起来很神奇，不是吗？

几乎所有的程序都可以通过命令行调用，通常我们以 命令 + 参数（可能没有或有很多） 的形式调用程序。就像这样 command arg1 arg2 ... argN

command 指你想要调用的程序，或者说命令也行；arg 指传递给程序的参数。

在命令行中调用程序有点类似于在 C 语言中调用函数，一个程序可以支持一个或多个参数。

举个具体的例子。这里介绍一下 cat （concatenate）命令。cat 命令接受一个文件或多个文件路径作为参数，并将这些文件的内容按顺序输出。

注意，Windows 的 cmd 不支持 cat 命令，但是 PowerShell 支持。

假设我们在桌面上新建一个 hello.txt ，内容如下：

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// hello.txt
// 上面一行表示这个代码块是hello.txt的内容
// 自己尝试的时候就不要把这一行也放到hello.txt里啦
Hello world!

这时候按住 shift 键并右键点击桌面，选择 在此处打开 PowerShell 窗口 ，输入 cat .\hello.txt

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# PS C:\Users\Admin\Desktop> 的作用是提示你当前在桌面目录下
PS C:\Users\Admin\Desktop>cat .\hello.txt

# 你会得到如下输出
Hello world

这时候会有一个问题：程序如何接收来自命令行的参数？

在学习 C 语言的时候你可能见过 main 函数接收命令行参数的参数列表（没见过也没关系，往下看）

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int main(int argc, char** argv)	// 第二个参数也可写作 char* argv[]

main 函数接收两个参数，

一个是 argc ，意思是 argument count，表示传递给程序的参数数量。

一个是 argv ，意思是 argument vector，是一个字符指针数组（可以认为是二维字符数组），每个元素（每一个指针指向的字符串）都对应命令行传递的一个参数。

尝试运行下面这个程序

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#include <stdio.h>

int main(const int argc, char* argv[]) {
    printf("Argument Count : %d\n", argc);
    for (int i = 0; i < argc; ++i)
        printf("%s", argv[i]);
    return 0;
}

你可能得到类似如下结果，其中，第二行是你的程序的绝对路径。

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Argument Count : 1
C:\User\Admin\Workspace\program.exe

// 不难注意到，argc 一定不少于 1，argv[0] 一定是你的程序的绝对路径

C / C++ 程序可以通过 main 函数参数的方式接收来自命令行的参数。

基于其他语言编写的程序也会有类似的功能，在程序入口处接收命令行传递的参数，在此不做展开。

练习

接下来请你稍加思索，使用上面介绍的接收命令行参数的方式，实现一个 cat 程序。

要求是可以通过类似 .\cat.exe .\hello.txt 的形式读取指定文件的内容并输出到控制台。

文档最后有答案，但是自己先想想怎么写。

0x12 环境变量和 $PATH

上一节我们学习了如何在命令行中调用一个程序，这节我们来介绍环境变量和 $PATH

环境变量是操作系统用来存储有关系统和用户会话信息的变量。这些变量可以包含文件搜索路径、临时文件目录、应用程序特定选项等信息。（大概知道就行，不知道也行）

$PATH\ast \ast \mathrm{是}\mathrm{一}\mathrm{个}\mathrm{环}\mathrm{境}\mathrm{变}\mathrm{量}，\mathrm{包}\mathrm{含}\mathrm{一}\mathrm{系}\mathrm{列}\mathrm{目}\mathrm{录}\mathrm{路}\mathrm{径}。\mathrm{当}\mathrm{我}\mathrm{们}\mathrm{在}\mathrm{命}\mathrm{令}\mathrm{行}\mathrm{中}\mathrm{输}\mathrm{入}\mathrm{一}\mathrm{个}\mathrm{命}\mathrm{令}\mathrm{时}，\mathrm{系}\mathrm{统}\mathrm{会}\mathrm{去}\ast \ast$PATH 中搜索程序。这样做有一个好处：我们只需要关心我们调用的程序叫啥而不必关心它的具体位置。换句话说，不论你当前所在的目录是什么，都可以直接调用环境变量中的程序。

Windows 下按 Win + s 输入 env 即可查看和编辑环境变量

获取一个 GCC（G++） 并添加到环境变量

去下载一个 CLion 的 zip 包，打开它，在 bin 目录下找到 mingw 和 gdb，把这两个目录解压出来放到一个自己的文件夹里，比如 C:\Software\mingw64，此时文件结构如下 。

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# 注意如果自己定义路径，不要有特殊符号和中文
C:
|__Software			# 自己建的文件夹
	|__mingw64		# 同上
		|__mingw	# 从CLion压缩包拿来的
		|__gdb		# 同上

gcc.exe 和 g++.exe 在 mingw 内部的 bin 目录下

把 mingw 里的 bin 目录加入环境变量，步骤如下：

• 首先找到 mingw 的 bin 目录（里面有 gcc.exe 和 g++.exe 的就是）
• 然后复制这个路径，按 Win + s 输入 env 打开环境变量设置
• 找到 “用户的环境变量” 一栏下的 Path ，双击，新增一条，把复制的路径粘贴进去
• 点击 Path 弹出的窗口右下角的确定，再点击环境变量窗口右下角的确定。（有一个不点确定都不会保存）

验证

在桌面打开一个新的 PowerShell 窗口（方法前文有提到），输入 gcc -v 或者 g++ -v 。如果在输出内容的最后一行看到类似如下内容，则说明你的环境变量配置成功了。

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gcc version 13.1.0 (GCC)

想要查询环境变量中已经存在的 g++ 的位置，可以使用

1	where.exe g++ // .exe不能省略

现在假设我们把 C++ 的编译器 g++.exe 存储在 C:\mingw\bin\g++.exe

我们编译当前目录下的一个简单的程序使用的命令如下

第一个参数是你的 .cpp 文件；第二个参数是 -o ；第三个是你想要输出的文件名，后缀是 .exe 就行

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g++.exe .\myProgram.cpp -o .\myProgram.exe

如果我们没有把 g++ 添加到环境变量，那么想要编译当前目录下的 main.cpp ，需要执行如下命令

注意到我们需要打出完整路径（路径可以用 Tab 补全），但还是十分甚至九分的麻烦

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C:\mingw64\bin\g++.exe .\main.cpp -o main.exe

将一些程序添加到 $PATH\ast \ast \mathrm{不}\mathrm{仅}\mathrm{是}\mathrm{为}\mathrm{了}\mathrm{方}\mathrm{便}\mathrm{我}\mathrm{们}\mathrm{使}\mathrm{用}\mathrm{命}\mathrm{令}\mathrm{行}，\mathrm{更}\mathrm{重}\mathrm{要}\mathrm{的}\mathrm{是}\mathrm{很}\mathrm{多}\mathrm{程}\mathrm{序}\mathrm{也}\mathrm{会}\mathrm{去}\ast \ast$PATH 里寻找它们依赖的工具。

0x13 在 Windows 下使用 VS Code 配置 C++ 调试环境

Why VS Code ? B 站 绿导师

下载并安装 vs code 之后记得在扩展里搜索 Simplified Chinese 并下载以启用简体中文。

请确保你已经将 g++ 添加到环境变量

创建一个 VS Code 工作区

VS Code 将一个文件夹视作一个工作区。所以需要创建一个文件夹（路径不要有奇怪的符号和中文）然后用 VS Code 打开，作为我们的工作区。

在工作区下创建 .vscode 文件夹，在 .vscode 文件夹创建 launch.json 和 settings.json ，用于我们对此工作区的配置。文件目录结构大致如下

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Workspace // 工作区文件夹
	|__ .vscode
		|__ launch.json
		|__ settings.json
	|__ your-code.cpp

使用 Code Runner 插件

下载 Code Runner 插件，使用 Run Code （或者快捷键 Ctrl + Alt + N ）就已经可以编译运行 C++ 代码了。

Code Runner 本质是在调用环境变量里面的 g++ 编译你的代码，然后运行。它默认会为你执行 cd $dir && g++ $fileName -o $fileNameWithoutExt && $dir$fileNameWithoutExt ，其中 $dir $fileName $fileNameWithoutExt 分别表示文件所在目录、文件名、不包含扩展名的文件名。

建议在工作区的 settings.json 并添加如下设置，让 Code Runner 每次执行前都先保存你的代码，避免总是需要手动保存的麻烦。（欸我明明改了代码为什么编译出来的程序没变呀？）

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// settings.json

{
  // ...其他的设置
  "code-runner.saveAllFilesBeforeRun": true
}

正式赛场环境通常都会提供 VS Code 和 Code Runner ✌

使用 C/C++ 插件

VS Code 的 C/C++ 插件如果只是编译运行单个 .cpp 文件其实并没有明显的优势，但是它提供了傻瓜式的调试功能，这好。

假设此时你已下载了 C/C++ 插件，按下 ctrl + shift + p ，输入 build ，选择 任务：配置默认生成任务 ，然后选择 C/C++: g++.exe 生成活动文件，此时会在 .vscode 文件夹下生成 tasks.json，内容大致如下

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// tasks.json
{
    "version" : "2.0.0",	// 如果这条没有生成就自己补上
    "tasks" : [
        "type": "cppbuild",
        // label是这个任务的名称，在后面的launch.json的配置中对应 "preLaunchTask" 的值
        "label": "C/C++: g++.exe 生成活动文件",
        // g++的路径
        "command": "C:\\Software\\mingw64\\bin\\g++.exe",
        // 传递给 g++ 的参数
        "args": [
            "-fdiagnostics-color=always",
            // -g 表示编译时生成调试信息
            // 如果生成的程序不包含调试信息，是无法使用gdb调试的
            "-g",
            "${file}",
            "-o",
            "${fileDirname}\\${fileBasenameNoExtension}.exe"
        ],
        "options": {
            "cwd": "${fileDirname}"
        },
        "problemMatcher": [
            "$gcc"
        ],
        "group": {
            "kind": "build",
            "isDefault": true
        },
        "detail": "编译器: C:\\Software\\mingw64\\bin\\g++.exe"
    ]
}

然后打开 .vscode 目录下的 launch.json （如果不存在就自己创建一个），你会注意到右下角有一个 添加配置... 的按钮。点击它，选择 (gdb) 启动 ，此时会生成类似如下内容。

有三处内容需要自己手动修改，如下。

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// launch.json
{
    "version": "2.0.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "(gdb) 启动",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",

            // 加入一行preLaunchTask，表示在启动程序之前先执行tasks.json里写的编译程序的任务
            // 这里冒号右边写前文 tasks.json 定义的任务label（C/C++: g++.exe 生成活动文件）
            // 如果觉得有中文很奇怪也可以改成自己想要的label，记得tasks.json和launch.json都要改
            "preLaunchTask": "C/C++: g++.exe 生成活动文件",

            // 这里表示你启动的程序名，如果按照上文的tasks.json进行编译，则应当修改为
            "program": "${workspaceFolder}\\${fileBasenameNoExtension}.exe"
            //
            // 默认这里给你写的是 "program": "输入程序名称，例如 ${workspaceFolder}/a.exe",

            "args": [],
            "stopAtEntry": false,
            "cwd": "${fileDirname}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "MIMode": "gdb",

            // 这里需要手动指定gdb的路径，在mingw下的bin中
            // 可以按照前文方式打开powershell运行where.exe g++
            // 然后在显示的路径中找到mingw文件夹的路径
            // 把路径复制到文件资源管理器中打开，找到mingw下的bin文件夹里的gdb.exe
            // 如果按照前文方式进行配置，应当是
            "miDebuggerPath": "C:\\Software\\mingw64\\bin\\gdb.exe",
            // 默认这里给你写的是 "miDebuggerPath": "/path/to/gdb",

            "setupCommands": [
                {
                    "description": "为 gdb 启用整齐打印",
                    "text": "-enable-pretty-printing",
                    "ignoreFailures": true
                },
                {
                    "description": "将反汇编风格设置为 Intel",
                    "text": "-gdb-set disassembly-flavor intel",
                    "ignoreFailures": true
                }
            ]
        },
    ]
}

至此，你已经完成了 VS Code 下简单的 C++ 编译和调试环境的搭建 🎉

此时工作区的文件结构如下

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Workspace
	|__.vscode
		|__launch.json
		|__tasks.json
		|__settings.json
	|__your_code.cpp

在你的代码中按 f9 可以添加断点，在有断点的情况下按 f5 启动程序可以进行调试。

TODO 拓展

GCC，Clang，MSVC

卡常、O2、条件编译、文件读入

通过预编译提升本地编译速度

TODO 0x14 在 ICPC 现场赛使用 ICPC-Ubuntu

ICPC Image Installation

练习答案

0x11 Cat 程序

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(const int argc, const char* argv[]) {
    if (argc < 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <filename>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    for (int i = 1; i < argc; i++) {
        FILE* file = fopen(argv[i], "r");
        if (file == NULL) {
            fprintf(stderr, "Error opening file %s\n", argv[i]);
            continue;
        }

        char buffer[1024];
        while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
            fprintf(stdout, "%s", buffer);
        }

        fclose(file);
    }

    return 0;
}