程式設計

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第一週主課是課程介紹，實驗課則會帶你把 VirtualBox / Ubuntu / g++ / Makefile 弄起來。這一篇講四件事：這門課實際在教什麼、整學期怎麼走、這週該做完什麼、以及第一次編譯失敗時怎麼辦。

這門課到底在教什麼

課名寫「C 程式設計」，但整學期教的是 C++。課名是舊的，內容不是——別因為課名跑去學 C。

C++ 幾乎把 C 的語法整套收了進來，所以你不用先學 C 再學 C++，直接學 C++ 就好。C++ 多的是 C 沒有的東西，最重要的是類別（class）：把資料和操作它的動作包成一組，例如把一個學生的姓名、三科成績，跟「算平均」這個動作包成一個叫 Student 的東西，假設班上有位同學的資料就存成一個 Student、取名叫 ming，之後要算他的平均就寫 ming.average()（示意寫法。. 唸作「的」，左邊是哪一個學生、右邊是要他做的事；後面那對空的 () 表示「執行這個動作，不用另外給資料」。10/15 起會正式教）。

實務上的差別列成一張表。現在看不懂是正常的，09/17 起會一項一項教：

做同一件事 C 的寫法 C++ 的寫法（這門課用這個）
印東西到螢幕 printf("%d\n", x); cout << x << '\n';
從鍵盤讀資料 scanf("%d", &x); cin >> x;
字串 char s[100]; string s;
動態要記憶體 malloc / free new / delete

幾個符號先各給一句解釋：

  • '\n' 是換行字元，作用跟 Hello World 用過的 endl 幾乎一樣（差別 09/17 講）。C++ 單引號包一個字元、雙引號包一串字串；\n 夾在雙引號裡也一樣是換行（像左欄的 "%d\n"），只是變成那串字裡的一個字。
  • string s; 是宣告一個叫 s 的字串變數（要多加 #include <string>），長度自動調整；C 得自己先開一塊放 100 個字元的空間，那就是 char s[100];（char 是「一個字元」的型別，中括號 [100] 是「連續一排 100 個」，10/08 講陣列）。「動態要記憶體」＝程式跑到一半才決定要多少空間（11/19 才會用到），這門課用 new / delete，不用 malloc / free。
  • 左欄的 %d 是「這裡填一個整數」的佔位符；&x 的 & 是「取出 x 放在記憶體的哪一格」（那一格的編號叫記憶體位址，11/19 會正式講）。C++ 的 &x 是同一個意思（11/19 講指標時會用到），& 另外還有「傳參考」的用法（10/01 教）；現在認得出左欄是 C 就夠了。

所以查資料時請用 C++ 的關鍵字搜（cout、cin、class）。搜到的頁面整篇在用 printf、scanf、malloc，那是 C 的教學，語法對不上，愈看愈亂。

整學期的地圖

如果覺得進度表看起來很雜，可以先記住它其實只有三大塊：

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① 基本功（9 月–10 月初）    變數、判斷、迴圈、函式、陣列
        ↓  把一堆散落的變數和函式收納起來
② 物件（10 月中–11 月中）   struct / class ｜ 建構子、vector、運算子重載
        ↓  搞懂資料實際存在記憶體的哪裡
③ 進階（11 月中–12 月）     指標與動態記憶體、分離編譯、檔案 I/O、繼承

期中考（11/05）考 Ch1–6，也就是 ① 全部，加上 ② 只到 struct / class（圖裡 ｜ 的左邊）為止——建構子、vector、運算子重載都不考，留到期末。而 ① 的東西後面每一週都會用到，基本功沒打穩，②③ 會非常痛苦。

第一週實際要做的事

任務 ①：環境驗收。 把〈環境設置〉整段從頭到尾走一次，包含 Guest Additions 與快照。走完之後用下面這串驗收，全部自己一個字一個字敲，不要複製貼上（Makefile 記不起來就開〈環境設置〉照著看，但要自己打；其他步驟盡量別查。B153040XXX 四個地方全部換成你自己的學號）：

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mkdir -p ~/week01/B153040XXX && cd ~/week01/B153040XXX
nano Q1.cpp          # 寫一支印出自己學號的程式
nano Makefile        # 寫模組化 Makefile（recipe 那行開頭記得按 Tab，不是空白）
make && ./Q1
make clean && ls     # 執行檔應該被清乾淨
cd .. && zip -r B153040XXX.zip B153040XXX/

一個沒教過的符號：mkdir -p 的 -p 表示連中間不存在的上層資料夾一起建，所以 week01 沒建過也沒關係。&&〈環境設置〉講過，所以 make && ./Q1 就是「編譯成功才執行」，失敗就會停在那裡不會亂跑（09/17 會教 C++ 裡的 &&，意思一樣是「兩個都成立才算成立」，只是寫在 if 的條件裡，不是寫在指令之間）。另外，指令後面 # 開頭的中文是寫給你看的說明，不用跟著打——這個 # 是 Terminal 的註解符號，跟 C++ 裡 #include 的 # 沒有關係。

過關的樣子：make 印出兩行 g++ -std=c++11 -c Q1.cpp、g++ -std=c++11 -o Q1 Q1.o 而且沒有任何紅字；./Q1 印出你的學號；make clean 會印出它執行的 rm -f ...（make 在回報它刪掉了什麼），接著 ls 的結果只剩 Makefile 和 Q1.cpp，Q1 和 Q1.o 都不見了。任何一步跟這不一樣，回〈環境設置〉對一次。

任務 ②：把 HelloWorld.cpp 主動弄壞三次，看懂訊息再改回來，做法見下一節。兩件都做完這週才算過關——環境沒弄好，之後每一週的實驗課都會被拖住，而實驗課的分數是當場檢查給的，拖不起。

第一次編譯失敗時怎麼辦

編譯錯誤（compile error）不是「我不會寫程式」的證據，寫很多年的人也每天在遇到；重點是學會讀訊息，而最快的方法是主動把程式弄壞。下面三種是第一個月最常見的錯誤，拿〈環境設置〉那支 HelloWorld.cpp 一個一個試，每次編譯一遍、看完訊息再改回來。

訊息一律從上往下讀，下面每個例子都會照著順序一行一行帶。

① 刪掉 cout 那行結尾的分號

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HelloWorld.cpp: In function ‘int main()’:
HelloWorld.cpp:5:36: error: expected ‘;’ before ‘return’
    5 |     cout << "Hello, NSYSU!" << endl
      |                                    ^
      |                                    ;
    6 |     return 0;
      |     ~~~~~~

由上往下：

  1. HelloWorld.cpp: In function ‘int main()’:——標題行，說接下來的錯誤發生在 main 裡面。本身不是錯誤。
  2. HelloWorld.cpp:5:36: error: expected ‘;’ before ‘return’——這行才是重點。格式固定是 檔名:行號:欄號: error: 說明，所以是第 5 行、第 36 個字元附近，少了一個分號。
  3. 5 | cout << "Hello, NSYSU!" << endl——把你的第 5 行原樣印出來，讓你不用切回編輯器對照。
  4. | ^——^ 指到第 36 欄，也就是上一行說的位置。
  5. | ;——g++ 直接告訴你「這裡補一個 ;」。
  6. 6 | return 0; 與底下的 ~~~~~~——順便把相關的下一行也印出來。這排是 ~ 不是 ^，意思是「參考用」，不是叫你改這裡。

所以實際讀法只有兩步：看第 2 行知道哪一行哪一欄 → 看第 4 行的 ^ 確認位置 → 動手。中間那些框線都是輔助。

② 把 cout 拼成 cuot

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HelloWorld.cpp: In function ‘int main()’:
HelloWorld.cpp:5:5: error: ‘cuot’ was not declared in this scope
    5 |     cuot << "Hello, NSYSU!" << endl;
      |     ^~~~

由上往下：

  1. 同樣是標題行，跳過。
  2. error: ‘cuot’ was not declared in this scope——「這個名字我沒看過」。第一週看到它，九成是拼錯字或忘了 #include。
  3. 你的第 5 行。
  4. ^~~~——^ 是頭、~ 是身體，整串標出的是同一個字（cuot 四個字母），告訴你問題出在這個名字上。

③ 刪掉整行 using namespace std;

這次會噴 17 行。先看前 9 行：

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HelloWorld.cpp: In function ‘int main()’:
HelloWorld.cpp:4:5: error: ‘cout’ was not declared in this scope; did you mean ‘std::cout’?
    4 |     cout << "Hello, NSYSU!" << endl;
      |     ^~~~
      |     std::cout
In file included from HelloWorld.cpp:1:
/usr/include/c++/15/iostream:65:18: note: ‘std::cout’ declared here
   65 |   extern ostream cout;          ///< Linked to standard output
      |                  ^~~~

由上往下：

  1. 標題行，跳過。
  2. error: ‘cout’ was not declared in this scope; did you mean ‘std::cout’?——第一個也是唯一要修的錯誤。跟例 ② 一樣是「沒看過這個名字」，但 g++ 多問了一句「你是不是要寫 std::cout？」——這就是答案。
  3. 你的第 4 行。
  4. ^~~~ 標出 cout 這個字。
  5. std::cout——g++ 建議的替代寫法。
  6. In file included from HelloWorld.cpp:1:——分隔標題，表示「以下要講的東西來自你第 1 行 #include 進來的檔案」。從這行開始，話題已經離開你的程式了。
  7. note: ‘std::cout’ declared here——note: 不是錯誤，只是補充「真正的 cout 定義在這裡」。不用修，也不算一個錯。
  8. 65 | extern ostream cout; ///< Linked to standard output——C++ 函式庫自己的原始碼。///< 之後的英文是註解（// 之後到行尾編譯器整段忽略），整學期用不到。
  9. ^~~~ 標出函式庫裡的 cout。

剩下的 8 行是同樣的結構再來一次，只是把 cout 換成 endl——因為你一行程式用了兩個 std 裡的名字。修好一個（把 using namespace std; 加回去），兩個一起消失。

所以看到滿螢幕訊息，只要做兩件事：

  • 只看檔名是自己 .cpp 的那幾行。路徑長得像 /usr/include/c++/15/... 的是函式庫原始碼，跳過（c++/ 後面的數字是 g++ 版本，我這台是 15、虛擬機的 Ubuntu 20.04 是 9，行號也不一樣，不用對）。
  • 永遠先修最上面那個 error:，存檔、重編、再看剩下幾個。不要一次想修五個——它們常常是同一個原因造成的。

三種標籤的差別記一下就好：error: 要修、note: 是補充說明、檔名: In function ...: 和 In file included from ...: 是分隔標題。

兩條順手的規則

  • expected ‘;’ before ‘X’ 就是「X 前面少了分號」，要補的位置在 X 之前。例 ① 的 ^ 剛好落在第 5 行行尾；但漏分號的地方如果在行中間（例如 int x = 5 後面），g++ 會把箭頭指到下一行的開頭，訊息變成 expected ‘,’ or ‘;’ before ‘cout’，這時要補的是上一行的行尾。行號指的是「編譯器發現不對勁的地方」，不一定是你打錯字的那一行。
  • # 開頭的 #include 結尾不用分號（分號規則〈環境設置〉講過）。

另一種長得不一樣的：連結錯誤

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/usr/bin/ld: /tmp/ccnifCRm.o: in function ‘main’:
link.cpp:(.text+0x9): undefined reference to ‘foo()’
collect2: error: ld returned 1 exit status

三行、開頭是 /usr/bin/ld:、結尾是 collect2: error:，中間那行有檔名卻連行號都沒有（(.text+0x9) 是機器碼裡的位置，不是你的第 9 行）。這是〈環境設置〉的第 ④ 關講的連結階段出問題，第一週通常不會遇到。

編過了不代表對。 編譯器只檢查文法，不檢查你想做的事對不對——把加法寫成減法，它一個字都不會說。

遇到這篇沒提到的錯誤訊息，先查附錄的常見錯誤訊息對照表。

本週重點回顧

  • 課名是 C，教的是 C++；找資料要用 C++ 的關鍵字。整學期只有三塊：基本功 → 物件 → 進階，期中考只考到 ② 的 struct / class 為止。
  • 這週兩件任務：把環境弄到「不用想就能編譯執行」，以及主動把 HelloWorld.cpp 弄壞三次。
  • 讀編譯錯誤只要一招：先修最上面那一個，而且只看檔名是自己 .cpp 的那幾行。

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waline