在 C++ 中建立主控台計算機

C++ 程式設計人員的一般起點是命令行上執行的 “Hello， world！” 應用程式。 您將從本文開始，然後我們繼續進行更具挑戰性的內容：計算機應用程式。

必要條件

• 已安裝 C++ 工作負載並在電腦上執行的桌面開發 Visual Studio。 若要安裝，請參閱 在 Visual Studio 中安裝 C++ 支援。
• 本教學課程示範一項稱為編輯並繼續的功能，可讓您在執行應用程式時變更程序代碼。 若要啟用編輯並繼續，請從主功能表中選取 [工具>選項>>偵錯一般]，並確定已核取 [要求原始程序檔完全符合原始版本]。

建立您的應用程式專案

Visual Studio 會使用 專案 來組織應用程式的程式代碼，以及 組織一或多個項目的解決方案 。 專案包含用來建置應用程式的所有選項、組態和規則。 它也會管理所有專案之檔案與任何外部檔案間的關聯性。 若要建立您的應用程式，請先建立新的專案和方案。

1. 啟動 Visual Studio--[Visual Studio 開始] 對話框隨即出現。 選取 [建立新專案 ] 以開始使用。

   

   對話框有複製存放庫、開啟專案或方案、開啟本機資料夾，以及建立新項目的選項。

2. 在專案範本清單中，選取 [ 主控台應用程式]，然後選取[ 下一步]。

   

   重要

   請務必選取主控台應用程式範本的 C++ 版本。 它有 C++、Windows 和 Console 標籤，角落有 "++" 圖示。

3. 在 [設定新專案] 對話框中，選取 [項目名稱] 文本框，將新的專案命名為 CalculatorTutorial，然後選取 [建立]。

   

   系統會建立空的 C++ Windows 控制台應用程式 'Hello World' 應用程式。 主控台應用程式會使用 Windows 主控台視窗來顯示輸出並接受使用者輸入。 在 Visual Studio 中，一個編輯器視窗隨即開啟，並顯示產生的程式碼：

   // CalculatorTutorial.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
   //
   
   #include <iostream>
   
   int main()
   {
       std::cout << "Hello World!\n";
   }
   
   // Run program: Ctrl + F5 or Debug > Start Without Debugging menu
   // Debug program: F5 or Debug > Start Debugging menu
   
   // Tips for Getting Started:
   //   1. Use the Solution Explorer window to add/manage files
   //   2. Use the Team Explorer window to connect to source control
   //   3. Use the Output window to see build output and other messages
   //   4. Use the Error List window to view errors
   //   5. Go to Project > Add New Item to create new code files, or Project > Add Existing Item to add existing code files to the project
   //   6. In the future, to open this project again, go to File > Open > Project and select the .sln file
   

驗證您新的應用程式可以建置及執行

新 Windows 主控台應用程式範本會建立簡易的 C++ "Hello World" 應用程式。 此時，您會看到 Visual Studio 如何直接從 IDE 建置及執行您建立的應用程式。

1. 若要建置專案，請從 [建置] 功能選取 [建置方案]。 [輸出] 視窗會顯示建置過程的結果。

   

2. 若要執行程式代碼，請在功能表欄上選取 [偵錯]、 [啟動但不偵錯 ] （Ctrl+F5）。

   

   主控台視窗會隨即開啟並執行您的應用程式。

   當您在 Visual Studio 中啟動主控台應用程式時，它會執行您的程式碼，然後印出「按任意鍵即可關閉此視窗」。 . 。“ 可讓您有機會查看輸出。

   恭喜！ 您已在 Visual Studio 中建立第一個 “Hello， world！” 控制台應用程式！

3. 請按任意鍵關閉主控台視窗並返回 Visual Studio。

您現在已具備了在每一項變更之後建置及執行您應用程式的工具，可驗證程式碼仍依照您預期的方式運作。 稍後，我們會示範如何偵錯它，如果它沒有。

編輯程式碼

現在，讓我們將此範本中的程式碼修改為計算機應用程式。

1. 將檔案的內容 CalculatorTutorial.cpp 取代為下列程序代碼，使其符合此範例：

   // CalculatorTutorial.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
   //
   
   #include <iostream>
   
   using namespace std;
   
   int main()
   {
       cout << "Calculator Console Application" << endl << endl;
       cout << "Please enter the operation to perform. Format: a+b | a-b | a*b | a/b"
           << endl;
       return 0;
   }
   
   // Run program: Ctrl + F5 or Debug > Start Without Debugging menu
   // Debug program: F5 or Debug > Start Debugging menu
   // Tips for Getting Started:
   //   1. Use the Solution Explorer window to add/manage files
   //   2. Use the Team Explorer window to connect to source control
   //   3. Use the Output window to see build output and other messages
   //   4. Use the Error List window to view errors
   //   5. Go to Project > Add New Item to create new code files, or Project > Add Existing Item to add existing code files to the project
   //   6. In the future, to open this project again, go to File > Open > Project and select the .sln file
   

   了解程式碼：

   • #include 陳述式可讓您參考位於其他檔案中的程式碼。 有時候，您可能會看到檔案名稱以角括弧 (<>) 括住；其他時候，則會以引號 (" ") 括住。 一般情況下，角括弧會在參考 C++ 標準程式庫時使用，引號則用於其他檔案。
   • using namespace std; 這一行則會告知編譯器，預期在此檔案中使用來自 C++ 標準程式庫的功能。 如果沒有這一行，連結庫中的每個關鍵詞必須前面加上 std:: ，才能表示其範圍。 例如，若沒有該行，每個對 cout 的參考都必須寫成 std::cout。 新增 using 陳述式的目的是為了讓程式碼看起來更乾淨。
   • cout 關鍵字則用於印出至 C++ 中的標準輸出。 << 運算子則會告知編譯器，將此運算子右側的任何事物傳送至標準輸出。
   • 關鍵詞 endl 就像 Enter 鍵;它會結束這一行，並將游標移至下一行。 最好是將 放在 \n 字串內（包含 ""的）內，以執行相同的動作，因為 endl 一律會排清緩衝區，這可能會損害程式的效能。 但是，由於這是一個非常小的應用程式， endl 因此會改為用於更好的可讀性。
   • 所有 C++ 陳述式都必須以分號結尾，且所有的 C++ 應用程式都必須包含一個 main() 函式。 此函式是程式在開始時執行的部分。 所有程式碼都必須要能夠從 main() 存取，才能使用。

2. 若要儲存盤案，請按 Ctrl+S，或選取 IDE 頂端附近的 [儲存 ] 圖示，功能表欄下工具列中的磁碟片圖示。

3. 若要執行應用程式，請按 Ctrl+F5 或移至 [偵 錯] 功能表，然後選取 [ 啟動但不偵錯]。 您應該會看到一個主控台視窗出現，它顯示程式碼中指定的文字。

4. 當您完成時，請關閉主控台視窗。

新增程式碼來執行數學運算

類別就像是物件的藍圖，可進行某些操作。 在此情況下，我們會定義計算機類別來包含數學邏輯。

新增 Calculator 類別

1. 移至 [ 專案] 功能表，然後選取 [新增類別]。 在 [類別名稱] 編輯方塊中，輸入 Calculator。 選取 [確定]。

   

   類別名稱欄位設定為計算機。 .h 檔案欄位包含 Calculator.h。 .cpp檔案欄位包含Calculator.cpp。 基類欄位是空的。 未核取虛擬解構函式、內嵌和 Unmanaged 的其他選項。

   會將兩個新檔案新增到您的專案。 若要一次儲存您所有變更的檔案，請按 Ctrl+Shift+S。 它是 [檔案]>[全部儲存] 的鍵盤快速鍵。 [全部儲存] 也有一個工具列按鈕，即兩個磁碟片的圖示，您可在 [儲存] 按鈕的旁邊找到。 一般情況下，頻繁地進行 [全部儲存] 是良好的做法，因為這樣可避免您在儲存時遺漏任何檔案。

   [ 新增類別 精靈] 會 .h 建立 與 類別同名的檔案 .cpp 。 您可以在 IDE 側邊可看到的 [方案總管] 視窗中，看見您專案檔案的完整清單。 如果看不到視窗，您可以從功能表列開啟視窗：選取 [檢視> 方案總管]。

   

   計算機教學課程專案具有頭文件節點，其中包含 Calculator.h。 [來源檔案] 節點包含Calculator.cpp和CalculatorTutorial.cpp。 可看見參考、外部相依性和資源文件的節點，但已關閉。

   您可以在 方案總管 視窗中按兩下檔案，以開啟檔案。 按兩下 Calculator.h 以開啟它。

2. 將 的內容 Calculator.h 取代為下列程式代碼，讓檔案現在看起來像這樣：

   #pragma once
   class Calculator
   {
   public:
       double Calculate(double x, char oper, double y);
   };
   

   了解程式碼

   • 此程式代碼會宣告名為 Calculate的新函式，我們用來執行數學運算，以進行加法、減法、乘法和除法。
   • C++ 程式代碼會組織成 標頭 （.h） 檔案和 來源 （.cpp） 檔案。 各種編譯器還支援數種其他副檔名，但這些是您需了解的主要項目。 函式和變數通常會經過「宣告」，即在標頭檔中提供名稱和型別，然後在來源檔案中「實作」(或提供定義)。 若要存取另一個檔案中定義的程式代碼，您可以使用 #include "filename.h"，其中 filename.h 是宣告您要使用的變數或函式的檔名。
   • 將您的程式碼根據其用途整理成不同檔案是一種良好做法，因為這可讓您在稍後需要的時候輕易地尋找它們。 在我們的案例中，我們將 Calculator 類別與包含 main() 函式的檔案分開來定義，但我們計劃在 main() 中參考 Calculator 類別。

3. 綠色波浪線會出現在 下方Calculate，因為雖然已宣告函Calculate式，但並未定義。 將滑鼠停留在 Calculate上方，按兩下出現的螺絲起子上的向下箭號，然後在中Calculator.cpp選取 [建立 'Calculate' 的定義]。

   

   此程式代碼會新增至 Calculator.cpp：

   

   建構函式的定義是：double Calculator：：Calculate（ double x， char oper， double y） { return 0.0; }

   目前，它只會傳回 0.0。 讓我們改變這點。

4. 切換至 Calculator.cpp 編輯器視窗中的檔案。 將的內容 Calculator::Calculate(double x, char oper, double y) 取代為：

   double Calculator::Calculate(double x, char oper, double y)
   {
       switch(oper)
       {
           case '+':
               return x + y;
           case '-':
               return x - y;
           case '*':
               return x * y;
           case '/':
               return x / y;
           default:
               return 0.0;
       }
   }
   

   了解程式碼

   • Calculate 函式會取用一個數字、一個運算子及第二個數字，然後在數字上執行所要求的運算。
   • Switch 陳述式會檢查提供的運算子為何，並只執行對應至該運算的案例。 default: 案例是一種後援案例，若使用者鍵入不接受的運算子，即會使用此案例以避免中斷程式。 一般情況下，使用更簡潔的方式處理無效使用者輸入會是最佳做法，但這不在本教學課程的範圍內。
   • double 關鍵字表示支援小數點的一種數字類型。 如此一來，計算機便能夠同時處理小數點及整數的數學運算。 Calculate 函式必須一律傳回這種數字，因為程式碼開頭的 double (表示函式的傳回型別) 如此要求，而這也是為什麼即使在預設案例中，我們也傳回 0.0。
   • 檔案 .h 會宣告函 式原型，其會事先告知編譯程式需要哪些參數，以及預期其傳回類型。 檔案 .cpp 具有函式的所有實作詳細數據。

如果您此時再次建置並執行程序代碼，它會在要求執行哪個作業之後立即結束。 因此，修改函 main 式以執行多個計算。

Calculator呼叫類別成員函式

1. 更新 中的 CalculatorTutorial.cpp 函main式，如下所示：

   // CalculatorTutorial.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
   //
   
   #include <iostream>
   #include "Calculator.h"
   
   using namespace std;
   
   int main()
   {
       double x = 0.0;
       double y = 0.0;
       double result = 0.0;
       char oper = '+';
   
       cout << "Calculator Console Application" << endl << endl;
       cout << "Please enter the operation to perform. Format: a+b | a-b | a*b | a/b"
            << endl;
   
       Calculator c;
       while (true)
       {
           cin >> x >> oper >> y;
           result = c.Calculate(x, oper, y);
           cout << "Result " << "of " << x << oper << y << " is: " << result << endl;
       }
   
       return 0;
   }
   

   了解程式碼

   • 由於 C++ 程式一律會從 main() 函式開始，而我們需要從該處呼叫我們的其他程式碼，因此需要 #include 陳述式。
   • 我們宣告了某些初始變數 x、y、oper 和 result，分別用來儲存第一個數字、第二個數字、運算子及最終結果。 最好給他們一些初始值，以避免未定義的行為，這就是這裡完成的工作。
   • Calculator c; 這一行會宣告一個名為 'c' 的物件，作為 Calculator 類別的執行個體。 類別本身只是計算機運作的藍圖；物件則是進行數學運算的特定計算機。
   • while (true) 陳述式是一種迴圈。 只要 () 內的條件為 True，迴圈內的程式碼就會繼續重複執行。 由於此處條件直接列為 true，代表條件一律為 True，因此這個迴圈會永遠執行下去。 若要關閉程式，使用者必須手動關閉主控台視窗。 否則，程式一律都會等待新的輸入。
   • cin 關鍵字則用於接受使用者的輸入。 假設使用者輸入符合必要規格，輸入串流便能處理在主控台視窗中輸入的文字行，並依序將它放在每個列出的變數內。 您可以修改這一行以接受不同類型的輸入，例如兩個以上的數字，不過 Calculate() 函式也需要更新才能處理此作業。
   • c.Calculate(x, oper, y); 運算式會呼叫先前定義的 Calculate 函式，並提供輸入的輸入值。 函式接著會傳回儲存在 result 中的數字。
   • 最後，result 會印出到主控台，讓使用者看見運算的結果。

再次建置並測試程式碼

現在再次測試程式，以確保一切正常運作。

1. 請按 Ctrl+F5 來重新建置並啟動應用程式。

2. 輸入 5+5，然後按 Enter。 驗證結果為 10。

   

   應用程式輸出訊息：請輸入要執行的作業。 格式：a+b |a-b |a*b |a/b. 用戶輸入 5+5。 應用程式輸出：結果 5+5 為：10

偵錯應用程式

由於使用者可以在主控台視窗中輸入任何專案，因此讓我們確定計算機會處理非預期的輸入。 讓我們不要執行程式，而是進行偵錯，以便我們可以檢查其執行逐步執行的內容。

在調試程式中執行應用程式

1. 在 CalcuatorTutorial.cpp中，在行上設定斷點： result = c.Calculate(x, oper, y);。 若要設定中斷點，請按一下編輯器視窗左邊緣灰色垂直列中的行。 此時會出現一個紅點。

   

   現在當我們偵錯程式時，執行會暫停在該行。 我們已初步了解程式適用於簡單案例。 由於我們不想在每次呼叫 Calculate()時暫停執行，因此讓我們設定斷點條件。

2. 以滑鼠右鍵按兩下代表斷點的紅點，然後選取 [ 條件]。 在條件的編輯方塊中，輸入 (y == 0) && (oper == '/')。 選取 [ 關閉 ] 按鈕以儲存斷點條件。

   

   斷點的條件是：y==0 && oper == '/' 為 true。

   現在，當應用程式嘗試除以 0 時，執行會在斷點暫停。

3. 若要偵錯程式，請按 F5，或選取 具有綠色箭號圖示的 [本機 Windows 調試程式] 工具列按鈕。 在您的主控台應用程式中，若您輸入像是 "5 - 0" 的內容，程式會正常運作並繼續執行。 但是，若您鍵入 "10 / 0"，它便會在中斷點暫停。 您可以在運算符和數字之間放置任意數目的空格： cin 足夠聰明，可以適當地剖析輸入。

   

偵錯工具中有用的視窗

當您對程式代碼進行偵錯時，您可能會注意到會出現一些新的視窗。 這些視窗可協助您的偵錯體驗。 讓我們看看 [自動變數] 視窗。 [自動變數] 視窗會顯示從至少 3 行以前到目前這一行為止，所使用變數目前的值。

oper 的值是 47 '/'，結果為 5、x 為 10，而 y 為 0。

若要查看來自該函式的所有變數，請切換到 [區域變數] 視窗。 您可以在偵錯時修改這些變數的值，以查看它們對程式有何影響。 在此案例中，我們會讓他們獨自離開。

oper 的值是 47 '/'，結果為 0、x 為 10，而 y 為 0。

您也可以將滑鼠停留在程式碼中的變數上方，以查看其目前執行暫停時的值。 請按一下編輯器視窗，確認該視窗仍擁有焦點。

繼續偵錯

1. 左邊的黃色箭號會顯示目前的執行點。 目前的行會呼叫 Calculate，因此請按 F11 來 [逐步執行] 函式。 現在，您正在函式主體 Calculate 中執行程序代碼。 請小心逐步 執行， 因為它會逐步執行您所上行的任何函式，包括標準連結庫函式。 您可以逐步執行標準連結庫，但您可能更有興趣專注於您的程序代碼，而不是連結庫程序代碼。

2. 現在當執行點位於 Calculate 函式的開頭時，請按 F10 來移動到程式執行的下一行。 F10 又稱為 [不進入函式]。 您可以使用 [不進入函式] 來從一行移動到下一行，而無須了解該行每個部分所發生的事件。 一般而言，您應該使用 「逐步執行 」，而不是 「逐步執行 」，除非您想要更深入地深入探討從其他地方呼叫的程式代碼（就像您達到 的 Calculate主體一樣）。

3. 繼續使用 F10 以不進入每一行函式，直到您回到另一個檔案的 main()，並在 cout 行上停止。

   程式正在執行預期的工作：它會採用第一個數位，並將它除以第二個數位。 在 cout 行上，在 result 變數上暫留或在 [自動變數] 視窗中查看 result。 其值 inf，看起來不對，因此讓我們修正它。 cout 行只會輸出任何儲存在 result 中的值，因此當您使用 F10 前往下一行時，會顯示主控台視窗：

   

   應用程式輸出：請輸入要執行的作業。 格式：a+b |a-b |a*b |a/b. 用戶輸入 5-0。 應用程式輸出：結果為：5。 THe 使用者輸入 10/0。 應用程式輸出：結果為：inf

   此結果是因為零除為未定義，因此程序沒有所要求作業的數值答案。

修正「除以零」錯誤

讓我們更正常地處理除法，讓使用者更容易了解問題。

1. 在 CalculatorTutorial.cpp 中進行下列變更。 （您可以讓程式在編輯時繼續執行，這要歸功於稱為 的調試程式功能編輯後繼續）。 if新增下列cin >> x >> oper >> y;語句，以檢查除法是否為零，並在發生時將訊息輸出給使用者。 否則，會列印結果。

   // CalculatorTutorial.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
   //
   
   #include <iostream>
   #include "Calculator.h"
   
   using namespace std;
   
   int main()
   {
       double x = 0.0;
       double y = 0.0;
       double result = 0.0;
       char oper = '+';
   
       cout << "Calculator Console Application" << endl << endl;
       cout << "Please enter the operation to perform. Format: a+b | a-b | a*b | a/b" << endl;
   
       Calculator c;
       while (true)
       {
           cin >> x >> oper >> y;
           if (oper == '/' && y == 0)
           {
               cout << "Attempted to divide by zero!" << endl;
               continue;
           }
           else
           {
               result = c.Calculate(x, oper, y);
           }
           cout << "Result " << "of " << x << oper << y << " is: " << result << endl;
       }
   
       return 0;
   }
   

2. 按 F5 一次。 程式會繼續執行，直到需要暫停要求使用者輸入為止。 再次輸入 10 / 0。 現在會印出更有幫助的訊息。 程式會向使用者要求更多輸入，且程式會繼續正常執行。

   

   控制台視窗會顯示兩行：10 / 0 結果為：inf，後面接著 10 / 0 數學錯誤：嘗試除以零。

   注意

   當您在處於偵錯模式的期間編輯程式碼時，可能會有程式碼過時的風險。 這會在偵錯工具仍在執行您的舊版程式碼，且尚未使用您的變更進行更新時發生。 調試程式會顯示對話方塊，以通知您何時發生這種情況。 有時候，您可能需要按 F5 來重新整理正在執行的程式碼。 特別是，如果您在函式內進行變更，而執行點位於該函式內，則需要逐步離開函式，然後再回到該函式，以取得更新的程序代碼。 如果這無法運作，而且您看到錯誤訊息，您可以單擊 IDE 頂端功能表選單的紅色方塊來停止偵錯，然後輸入 F5 或選擇工具列上停止按鈕旁的綠色「播放」箭號，再次開始偵錯。

   編輯後繼續可能會失敗的另一個原因是，如果您看到一則訊息，指出「需要原始程序檔完全符合偵錯->選項->一般]底下的原始版本設定，則必須啟用...」。若要修正此問題，請從主功能表中選取 [工具>選項>>偵錯一般]，並確定已核取 [要求原始程序檔完全符合原始版本]。

   了解執行和偵錯快速鍵

   • F5 (或 [偵錯]>[開始偵錯]) 會啟動偵錯工作階段 (若沒有正在使用中的工作階段) 並執行程式，直到到達中斷點或程式需要使用者進行輸入。 若不需要使用者輸入且沒有可到達的中斷點，程式會在完成執行時終止並關閉主控台視窗本身。 如果您有類似要執行的 「Hello World」 程式，請在按下 F5 以保持窗口開啟之前，先使用 Ctrl+F5 或設定斷點。
   • Ctrl+F5 (或 [偵錯]>[啟動但不偵錯]) 會執行應用程式，而不會進入偵錯模式。 這比偵錯稍快，且主控台視窗會在程式完成執行時維持在開啟狀態。
   • F10 (又稱為 [不進入函式]) 可讓您逐一且逐行查看程式碼，並視覺化程式碼執行方式及每個執行步驟中的變數值為何。
   • F11 (又稱為 [逐步執行]) 的運作方式與 [不進入函式] 相似，但它會進入任何在執行行上呼叫的函式。 例如，當執行的行呼叫一個函式時，按 F11 會將指標移動到函式主體，讓您可以跟隨所執行的函式程式碼，然後回到您開始的那一行。 按 F10 可不進入函式，直接移動到下一行；函式仍會獲得呼叫，但程式不會暫停並顯示其正在進行的操作。

關閉應用程式

• 若仍在執行中，請關閉計算機應用程式的主控台視窗。

新增 Git 原始程式碼控制

既然您已建立應用程式，您可能就想要將其新增至 Git 存放庫。 我們會助您一臂之力。 Visual Studio 會透過您可以直接從 IDE 使用的 Git 工具，讓該流程變得容易。

提示

Git 是最廣泛使用的新式版本控制系統，因此無論您是專業開發人員，還是您正在學習如何撰寫程式碼，Git 都非常有用。 如果您不熟悉 Git，https://git-scm.com/ 網站是很好的起點。 在那裡，您可以在找到速查表、熱門的線上書籍和 Git 基本概念影片。

若要將程式代碼與 Git 產生關聯，您一開始會建立程式代碼所在的新 Git 存放庫。 方法如下：

1. 在 Visual Studio 右下角的狀態列中，選取 [新增至原始程式碼控制]，然後選取 [Git]。

   

2. 在 [建立 Git 存放庫] 對話方塊中，登入 GitHub。

   

   存放庫名稱會根據您的資料夾位置自動填入。 根據預設，您的新存放庫是私人的，這表示您是唯一可以存取它的人員。

   提示

   無論您的存放庫是公用還是私人，最好有程式碼的遠端備份安全地儲存在 GitHub 上。 即使您未與小組合作，遠端存放庫仍可讓您從任何電腦使用您的程式碼。

3. 選取 [建立並推送]。

   建立存放庫之後，狀態詳細數據會出現在狀態欄中。

   

   第一個具有箭號的圖示會顯示您的最新分支中有多少個傳出/傳入認可。 您可以使用此圖示來提取任何傳入認可或推送任何傳出認可。 您也可以選擇先檢視這些認可。 若要這樣做，請選取圖示，然後選取 [檢視傳出/傳入]。

   具有鉛筆的第二個圖示會顯示程式碼未認可的變更數目。 您可以選取此圖示，在 [Git 變更] 視窗中檢視這些變更。

若要深入了解如何搭配您的應用程式使用 Git，請參閱 Visual Studio 版本控制文件。

完成的應用程式

恭喜！ 您已完成計算機應用程式的程式代碼、建置並對其進行偵錯，並將它新增至存放庫，全部都在Visual Studio中。

下一步

深入了解適用於 C++ 的 Visual Studio