C++助教问题汇总1

周四实验课遇到的高频编程问题，简单汇总了一下。

如何进行断点调试

程序不动了是迭代次数太多了吗?

遇到这种情况先考虑是不是死循环了。
检查你的循环跳出条件，打断点，监视那些关键变量的变化是否符合预期。

程序出现运行时Bug（和令代码无法通过编译的Bug相区分）时，常用的调试手段有两种。

第一种是 打日志(log) 。

第二种是 断点(breakpoint)调试 。

首先在想要停下的行打上断点，这样调试运行时到此处会自动停下。

编译选项要选Debug，如果处在Release状态下运行，断点调试将被忽略。

点击“本地Windows调试器”开始调试。运行后程序将停在第一个断点处，黄色箭头（红色断点的上面）指示当前程序所执行到的位置。黄色箭头位于第7行，表示前面的都执行过一遍了，而当前所在行（第7行）还未执行。

调试中断时，鼠标放在变量上面能显示它当前值，或者看下方的“局部变量”表也行。因为第7行还未执行，此时变量i的值为0。

点工具栏上面的“逐语句(F11)”，可以让程序往前执行一行。边上的“逐过程(F10)”其实也行，它们的区别在于遇到对函数的调用时，是跳进去继续追踪，还是等它跳出来再追踪。
连续点击“逐语句(F11)”，令程序连续执行好几步，这个过程中你可以观察变量i的值的变化情况。

逐语句运行时，每走一行，就停下来给你观察现场，并等待你决定接下来做什么。

把断点去掉以后点“继续”，程序就会继续不停地运行，也就是死循环，因为没有输出所以看起来就是黑窗口上只有光标在闪。

不想调试了就点那个方形的“停止调试”，程序就将结束。

inf，NaN是什么意思

inf，NaN是浮点数(float，double)数据类型中非常特殊的两个取值。

inf是无穷大(infinity)的缩写，对一个正数除0.0就会得到inf，对负数除0.0会得到负的inf，或者当试图用double存储一个超过其表示范围的数，比如说1e99999，也会导致它变成inf)

NaN是非数字(Not A Number)的缩写，对负数开平方，对负数取对数，0.0除以0.0，0.0乘inf， inf除以inf等错误都会得到NaN

当你的浮点运算产生上述不合法运算时，程序不会直接报错，而是使你的运算结果变为这种特殊值。这种特殊值会在运算过程中不断传递，污染后续运算 (NaN加减乘除任何数还是NaN)。

当打印这两种特殊的数值时，控制台(console)会显示inf，-nan(ind)，如果你使用的是Visual Studio。或者你使用的是Dev C++等基于g++编译器的IDE，则显示为inf，nan。这只是显示方式上的区别!

示例代码如下:

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main() {
    double x = 1.0;
    double zero = 0.0;

    cout << (x / zero) << endl;    // inf
    cout << (-x / zero) << endl;   // -inf

    cout << (sqrt(-x)) << endl;    // nan
    cout << (log(-x)) << endl;     // nan
    cout << (zero / zero) << endl; // nan

    double inf = x / zero;         // nan

    cout << (zero / zero) << endl; // nan
    cout << (zero * inf) << endl;  // nan
    cout << (inf / inf) << endl;   // nan

    return 0;
}

x^y不是x的y次方吗

在C++里不是。

C++ 的^运算符不是次幂运算符，这是数学符号习惯带来的第一个常见误会，下面的这个示例代码可以最直接地证明这一点。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = -1;
    int y = 2;

    cout << (x ^ y) << endl; // 3, not 1
    return 0;
}

尽管代码可以通过编译并正常运行，但^在C++中是“异或运算符”，属于位运算符的一种(详细可参考这篇博客)。C++不存在次幂运算符，不过你可以调用cmath库中的pow()指数函数来做到这一点。

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main() {
    int x = -1;
    int y = 2;

    cout << pow(x, y) << endl;
    return 0;
}

单独cpp文件不能编译运行吗

为什么Visual Studio打开单独cpp文件不能运行，但交作业只需单独cpp文件？

这个问题解释起来有些复杂……
一言以蔽之，Visual Studio试图让“多文件联合编译”这个问题变得简单，但反而令“单文件编译”变得繁琐。

多文件联合编译是C++的常态

尽管刚开始这门课的时候，大家编写的C++程序只放在一个文件里，但在工程上，一个完整的C++程序项目，代码分散地放在数百个文件里是非常正常的事情。

这是我大三时编译原理实践的放C++代码的目录结构。编译时，需要将所有这些文件里的代码合并到一起编译，才能产生一个程序。

sly
├── CMakeLists.txt
├── include
│     └── sly
│         ├── Action.h
│         ├── AnnotatedParseTree.h
│         ├── AttrDict.h
│         ├── ContextFreeGrammar.h
│         ├── FaModel.h
│         ├── FileAnalyzer.h
│         ├── LrParser.h
│         ├── Production.h
│         ├── RegEx.h
│         ├── SeuLex.h
│         ├── SeuYacc.h
│         ├── Stream2TokenPipe.h
│         ├── TableGenerateMethod.h
│         ├── TableGenerateMethodImpl.h
│         ├── Token.h
│         ├── def.h
│         ├── sly.h
│         └── utils.h
└── src
    ├── Action.cpp
    ├── AnnotatedParseTree.cpp
    ├── AttrDict.cpp
    ├── ContextFreeGrammar.cpp
    ├── FaModel.cpp
    ├── LrParser.cpp
    ├── Production.cpp
    ├── RegEx.cpp
    ├── SeuLex.cpp
    ├── SeuYacc.cpp
    ├── Stream2TokenPipe.cpp
    ├── TableGenerateMethod.cpp
    ├── TableGenerateMethodImpl.cpp
    ├── Token.cpp
    ├── sly.cpp
    └── utils.cpp

你肯定会想到，为了让编译器知道哪些文件需要参与编译，当然要有个地方存储这样一个索引。对于Visual Studio来说，你所新建的这个“项目”(Project)就主要做了这件事。
正是因为“项目”索引了该工程所涉及的所有代码文件，才使得Visual Studio得以提供跨文件的代码智能提示功能(intellisense)，一键的“编译并运行”功能，智能跳转功能以及许许多多便捷功能，使得它荣获“宇宙第一IDE”之美称。

在业界，大部分时候一个单独的cpp文件都是不完整的(你的程序必须包含一个且最多一个main()才能编译运行)，所以Visual Studio被设计成了，在任何时候都需要先有一个项目(其中指明了存在哪些代码文件)才能编译运行。哪怕你的确只有一个cpp文件，你也需要先建立一个项目，再一步步正确地把代码文件添加进去。

对于使用Dev C++的同学，自然不会被这个问题困扰，因为和Visual Studio默认多文件联合编译相反，Dev C++默认进行单文件编译。你打开的是哪个文件，就编译运行的是哪个文件。如果只是经常写一些单文件的C++代码，那么无需每次都繁琐地建立工程文件，无疑是Dev C++的一大优势。

我还是要提醒一句，Visual Studio的编译器(msvc)和Dev C++的编译器(g++)的表现是不完全一样的，尤其是对变量未赋初值的处理方式是不同的。曾经就有同学习惯了g++贴心的变量初值自动置零，而忘记手动赋初值，最后在考场上被msvc狠狠制裁，丢了好几分。

构建系统(build system)不取决于打开了哪些文件

Visual Studio是一款IDE(Integrated Development Environment, 集成开发环境)，这意味着它集成了C++的构建系统(也就是你点击“编译”时所运行的系统)，能从代码文件生成可执行程序。而构建系统的基础，则在于如何找到生成最终程序所需的各个源代码文件。
构建系统也会随着你添加、删除项目中的代码文件而需要动态地变化。

但是什么叫做“项目中的代码文件”呢，是看它是否出现在了编辑器(也就是屏幕占比最大的中间那块编辑区域)里吗？不是的，对于Visual Studio来说，在“解决方案资源管理器”里看到的树状结构才是它认为的“项目中的代码文件”。

当你点击“编译并运行”时，你在编译的不是面前的这个代码文件，而是这个项目。
你面前的这个代码文件，不一定在当前项目里。同时，这个项目也不一定只包括了你面前的代码文件。
要想知道项目到底包含了哪些文件，一切都以“解决方案资源管理器”里的树状结构为准。

总之，Visual Studio所做的并不是“把打开的代码文件一起联合编译”，而是“按照项目索引的代码文件进行联合编译”。你爱打开几个文件打开几个文件，构建系统都不会变，除非你更改“解决方案资源管理器”里的文件结构。

单独打开cpp文件的迷惑之处

搞清楚上面那点，其实就足够了，下面的有点偏吐槽向。

在Visual Studio的设想下，开发者可以在一个项目内，对每个代码文件进行编辑，修改后编译并运行，一切都是如此美好。

然而有些迷惑人的地方在于，Visual Studio又占据了系统中cpp文件的默认打开方式。当你双击一个cpp文件时，这个cpp文件中的代码会弹出在Visual Studio里。此时你能看到这些代码的语法高亮，能够编辑修改它们，并且这个选项卡看起来和其他的没有什么区别。

按理说，我们只关心自己项目里的代码文件，既然当前打开的这个代码文件不属于我的项目，那按理说应该进入一个“临时浏览/编辑”模式，在显示方式上和项目内的代码文件做明显区分，方便我意识到它不在我项目内才对。

然而Visual Studio并没有这么做！哈哈！全都长得一模一样！

更本质的原因是，Visual Studio作为一款全能型的IDE，既包揽了编辑器的功能，又承接了维护构建系统的功能，但却只有一套IDE的界面。
当开发者打开项目内文件并编辑时，不仅需要语法高亮，修改了代码文件，同时也对构建系统产生影响，此时Visual Studio是作为IDE在工作。
但当开发者编辑项目外文件时，只是需要语法高亮，修改了代码文件，但不对构建系统产生影响，此时Visual Studio仅作为编辑器(editor)工作，这时界面上所有构建系统相关的按钮都变成了干扰视听的混淆项。

我认为规避这一问题的最好方法，就是始终从项目中打开cpp文件，而不通过cpp文件进入Visual Studio，并且将cpp文件的默认打开方式绑定到真正的编辑器上，比如notepad++，VS Code或者Sublime之类。

C++构建系统的原理

当然，我的这些解释有点太过拘泥于IDE的特性，而不是在聊C++本身了。如果你的好奇心依然未被满足，想搞明白关于C++单文件/ 多文件编译的更本质一些的原理，我建议你了解一下g++，也就是从命令行编译运行C++的流程。

g++是干什么用的 学C++一定要用这个么? - 知乎

Compiling C++ programs with g++

兴许你会开始对makefile和Cmake感兴趣。

C++逗号相关问题

我的评价是水很深。

逗号不是逻辑上的“并且”

把逗号当作逻辑上的“并且”(and)是数学符号习惯带来的第二个常见误会，下面是一个错误的例子:

if (x > 0, x < 10) {
    // ...
}

正确的做法是使用逻辑运算符&&。

逗号间隔的变量声明初始化是独立赋值

逗号还有一个常见误解是用在变量声明里.

int x, y, z;

这固然没什么问题，但如果还要赋初值的话。

int x, y, z = 10;

请记住此时x和y并没有变成10，上述代码等价于

int x;
int y;
int z = 10;

逗号运算符通常属于奇技淫巧

还有一种是作为逗号运算符使用，也称“顺序求值运算符”，用于将表达式“串联”起来，返回最后一个表达式的值。
常见于算法竞赛不择手段的压缩行数。

包括但不限于以下用法:

for (int i = 0; i < 10; i++) a += 1, b += 2, c += 3;

int a;
while (cin >> a, a != 0) {
    // ...
}

前者是一种畸形的、邪恶的、错误的美学追求，后者有一定的实用性但需要你把握得住。

如果你觉得你把握得住，试试看下面几个例子能不能迷倒你。

a, b, c = 0;

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

int main()
{
    int x;
    int result;

    result = scanf("%d", &x), x * x;
    cout << result << endl;
    return 0;
}

---

感谢阅读！
封面来自电影《飞驰人生》截图。