第二讲：通往 Pro 的第一步 ¶

为什么要学习实用技能？¶

为什么程序设计辅学不严格按照课内内容，而是扩展学习课外的命令行和 AI 工具？为什么要学习各类实用技能？我想，用下面这句话来回答这个问题最为合适：

对于数学、物理等学科来说，纸笔就是工具，同学们都能用得很好。而对于计算机，如果只使用纸笔，那就只能做计算机科学，做不了计算机技术，但这两者又紧密关联。计算机软硬件对大部分同学来说相对陌生，而且没有专门的课程来教授这些知识。缺乏实用技能已经成为太多计算机系学生在学习、工作和科研路上的绊脚石。我们希望通过《实用技能拾遗》辅学课程，让更多同学在刚开始接触计算机专业时就掌握这些技能，这将为你们之后的学习和科研打下坚实的基础。

• 不学就挂：事实上你很快就会开始运用这些实用技能。大一下学期《数据结构基础》开始就有老师要求使用 Git 等工具，信安和图灵班的计算机系统贯通课程更是直接以 Linux 为实验平台。

  

• 与他人合作的事实标准：你会看到身边越来越多的同学开始使用 UNIX 环境。如果你不掌握相关工具，则无法与他人合作，在遇到问题时也难以得到帮助。

• 提高效率：对于计算机学科中的大多数任务，命令行界面的效率远远高于图形界面。AI 工具极大地提高了生产力，这已经是一个不争的事实。请尽快抛弃 Dev-C++ 等严重过时的工具，积极拥抱 AI 赋能的新工具，让它们帮助你更高效地学习和工作。

初识命令行界面 ¶

接下来进入本节课的前半部分，初识命令行界面。或许同学们现在接触命令行还比较少，但如果学习计算机科学专业，你的接下来的一生或许都离不开命令行界面。

打开终端 ¶

当我们使用文本命令与计算机交互时，就是在使用命令行交互界面（Command Line Interface，CLI）。这与我们日常生活中使用的图形交互界面（Graphical User Interface，GUI）不同。

CLI 的几个组成部分之间的关系如下图所示：

• 终端（Terminal）：就是现在你打开的这个窗口。它曾经的样子是一个物理设备（可以理解为显示器），现在是一个软件。
• 命令解释器（Shell）：终端连接到命令解释器，它负责解释你输入的命令并执行，与操作系统交互。
• 命令提示符（Prompt）：在终端中，你看到的 $ 或者 > 就是命令提示符。它表示 Shell 已经准备好接受你的命令了。命令提示符也会显示当前用户、主机名、当前目录等信息。

连接到远程服务器 ¶

操作系统之间有显著的差别，不同 Shell 的命令语法也不同。大家今后接触最多的应该是 Linux 系统的 Bash 命令解释器，所以我们为大家准备了一个远程服务器，提供一个统一的环境来学习命令行。

ssh 你的学号@clusters.zju.edu.cn -p 16145

Bash 命令语法 ¶

command [OPTIONS] arguments

今后当你阅读各类资料时，经常会遇见上面这种格式的语法。其中几种括号的含义如下：

• []：表示可选项，可以省略。
• <>：表示必选项，不可省略。
• |：表示或，可以选择其中一个。
• ...：表示可以重复多次。

让我们来看一看 ls 和 cat 命令🐱。

touch [OPTION]... FILE...

ls [OPTION]... [FILE]...

cat [OPTION]... [FILE]...

Linux 文件路径 ¶

与大家熟悉的 Windows 不同，Linux 文件系统没有盘符的概念。你可以想象 Windows 的文件系统是一片森林，而 Linux 的文件系统是一棵树。

• 根目录（Root Directory）：Linux 文件系统的根目录是 /，所有文件和目录都是从根目录开始的。
• 家目录（Home Directory）：每个用户都有一个家目录，一般是 /home/用户名。你可以在家目录下存放个人文件和目录。家目录可以用 ~ 表示。

在 Linux 系统中路径有两种表示方法：

• 绝对路径：从根目录 / 开始，一直到目标文件或目录的路径。
• 相对路径：相对于当前工作目录的路径。其中 . 表示当前目录，.. 表示上一级目录。

让我们熟悉几个在 Linux 文件系统中常用的命令：

pwd

cd [DIRECTORY]

mkdir [OPTION]... DIRECTORY...

touch [OPTION]... FILE...

rm [OPTION]... FILE...

rmdir [OPTION]... DIRECTORY...

cp [OPTION]... SOURCE DEST

环境变量 ¶

在命令行中输入命令时，Shell 是如何找到这个命令的呢？

1. 内建命令（Built-in Command）：Shell 内置了一些命令，如 cd、pwd 等。
2. 别名（Alias）：用户可以为命令设置别名，如 alias ll='ls -l'。
3. 环境变量（Environment Variable）：Shell 会在环境变量 PATH 中列出的目录中查找命令。PATH 是一个包含目录路径的字符串，用冒号 : 分隔。

#include <stdlib.h>

char *getenv(const char *name);

命令解释器通常支持环境变量的替换。在 Bash 中，可以使用 $ 符号引用环境变量的值。比如 $HOME 将被替换为家目录，$PATH 将被替换为命令搜索路径。这一替换发生在命令行被解释之前。

echo [OPTIONS] [STRING]

type [COMMAND]

获取帮助 ¶

在命令行中可以方便地获取帮助，不要再去网上查 CSDN 等劣质资料了。或许帮助主要有 3 中方式：

• 几乎所有命令都支持 --help 或 -h 选项，用于显示命令的帮助信息。

  动手做 2.6.1

  尝试查看 ls 和 echo 命令的帮助信息。

• man 命令用于显示命令的手册页（Manual Page）。如果命令具有手册页，那么这几乎就是最权威最详细的帮助信息了。

  动手做 2.6.2

  尝试查看 ls 和 echo 命令的手册页。

• tldr、cht.sh 等第三方工具，提供了更加简洁易懂的帮助信息。

  curl [options / URLs]
  

  curl 命令用于传输数据。它的名称来源于 client for URL（URL 客户端）。

  动手做 2.6.3

  试一试 curl baidu.com。

  cht.sh（Cheat Sheet 的简写）是一个在线的命令行帮助工具，由社区维护，提供了大量命令的简洁帮助信息。

  动手做 2.6.4

  试一试 curl cht.sh。

  动手做 2.6.5

  尝试使用 cht.sh 查看 ls 和 echo 命令的帮助信息。

使用 gcc 编译 C 程序 ¶

接下来终于到了和课内知识有一点关联的部分了，让我们学习如何使用 gcc 编译 C 程序。

gcc [-c|-S|-E] [-std=standard]
    [-g] [-pg] [-Olevel]
    [-Wwarn...] [-Wpedantic]
    [-Idir...] [-Ldir...]
    [-Dmacro[=defn]...] [-Umacro]
    [-foption...] [-mmachine-option...]
    [-o outfile] [@file] infile...

gcc -o hello ~/hello.c

如果没出意外，error.c 程序爆了。你需要逐渐学会从错误信息中找到问题所在。以后遇到的错误信息只会越来越复杂，但也会为你提供更多的信息。

我们来看看错误信息：

error.c: In function ‘main’:
error.c:6:18: error: subscripted value is neither array nor pointer nor vector
    6 |     printf(num[2][1]);
      |

• 问题的位置：error.c 文件的第 6 行第 18 列。
• 问题的类型：error，错误。错误会导致编译失败，而警告（warning）一般不会。
• 问题的描述：subscripted value is neither array nor pointer nor vector，下标的值既不是数组也不是指针也不是向量。

使用 VSCode 和 AI 工具 ¶

我们的命令行之旅到此告一段落。现在，让我们回到熟悉的图形界面，学习如何使用 VSCode 和 AI 工具。

尽快放弃 Dev-C++，拥抱 VSCode ¶

2010 年的文章：請不要用 Dev-C++ | Smaller Things。

• 上次版本更新是 2005 年，而且已經完全沒有繼續活動的跡象。
• Dev-C++ 附帶的編譯器版本也過時非常非常久。編譯器也同樣會有 bug，而更重要的是，程式語言標準會更新，因此舊的編譯器與新的程式標準不見得相容。
• Dev-C++ 的功能比起更新的 IDE 而言較弱。現在的 IDE 功能，不論是自動完成、自動縮排、以及格式檢查等等，都已經進步非常多。對於初學者而言這可能不太明顯，但使用功能較佳的編輯器，在建立良好程式設計習慣上有很大幫助，也可以在撰寫較複雜程式時省掉很多時間。當然另一方面來講，Dev-C++ 的環境是很簡單（因為功能少），但為了這個理由在初學時選擇它根本沒有意義，只是把問題放到以後煩惱而已。
• Dev-C++ 的 debugger 和現在的 IDE 根本是 LP 比雞腿…。這可能對初學者更不明顯，但選擇好的 debugger 對程式設計會有重要影響。

如果這樣還不能說服你，嗯，事實上這四點已經完全充分構成理由，如果你完全不關心，那麼你的程式設計學習大概也不是很認真，所以或許繼續用 Dev-C++ 也沒差吧。

使用 VSCode 连接到远程服务器 ¶

自动补全、代码格式化 ¶

VSCode 本身是一个简单的文本编辑器，但是通过插件可以实现强大的功能：

• 语言插件，比如 C/C++ 插件。提供语法高亮、自动补全、代码格式化等功能。
• AI 插件，比如 Copilot。提供自动补全、代码解释和修复建议等功能。

使用 AI 工具 ¶

VSCode 插件 ¶

对于写代码，最好的 AI 工具应该是 GitHub Copilot，但是获取条件对于新手可能有些困难：

• 有一个梯子（不会有大学生不知道怎么用梯子吧）
• 注册 GitHub 账号
• 申请 GitHub 学生认证

然后就可以使用 Copilot 了。

国内有很多类似的工具，效果不比 Copilot 差，比如：

• Fitten code
• marscode

其他 ¶

• ChatGPT：不支持中国手机号、邮箱等。需要梯子。
• AIchatOS2：好心人提供的 ChatGPT 无门槛服务。需要梯子，低调使用。

简单 Makefile ¶

make 是一个管理程序构建的工具，它通过读取一个叫做 Makefile 的文件来执行构建任务。Makefile 文件中包含了一系列规则，每个规则描述了一个构建任务的依赖关系和构建步骤。

target: dependencies
    command

对于上面的 hello.c，可以创建一个简单的 Makefile：

hello: hello.c
    gcc -o hello hello.c

make

使用 Makefile 的好处：

• 不用重复输入冗长的编译命令。
• 自动检查目标和依赖的时间戳，只编译需要更新的文件。

使用 VSCode 可视化 GDB 调试 ¶

要使用 VSCode 管理程序构建和调试，需要配置任务（task）和调试任务（launch）。我们让 VSCode 自动为我们生成模板。

配置 Task：

• 打开 .c 文件。
• Ctrl+Shift+P，输入 Task，选中 Configure Default Build Task，再输入 gcc，选中列表中的第一个选项。

然后就可以用 VSCode 一键运行程序了。简单解释一下生成的 .vscode/tasks.json：

{
 "version": "2.0.0",
 "tasks": [
  {
   "type": "cppbuild",
   "label": "C/C++: gcc build active file",
   "command": "/usr/bin/gcc",
   "args": [
    "-fdiagnostics-color=always",
    "-g",
    "${file}",
    "-o",
    "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}"
   ],
   "options": {
    "cwd": "${fileDirname}"
   },
   "problemMatcher": [
    "$gcc"
   ],
   "group": {
    "kind": "build",
    "isDefault": true
   },
   "detail": "compiler: /usr/bin/gcc"
  }
 ]
}

配置 Launch：

• 打开 .c 文件。
• Ctrl+Shift+P，输入 Debug，选中 Add Configuration，打开 launch.json。
• 点击右下角的 Add Configuration...，选择 C/C++: (gdb) Launch。
• 更改其中的 program 为 ${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}。

然后就可以用 VSCode 调试程序了。简单解释一下生成的 .vscode/launch.json：

{
// Use IntelliSense to learn about possible attributes.
// Hover to view descriptions of existing attributes.
// For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
"version": "0.2.0",
"configurations": [
    {
        "name": "(gdb) Launch",
        "type": "cppdbg",
        "request": "launch",
        "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
        "args": [],
        "stopAtEntry": false,
        "cwd": "${fileDirname}",
        "environment": [],
        "externalConsole": false,
        "MIMode": "gdb",
        "setupCommands": [
            {
                "description": "Enable pretty-printing for gdb",
                "text": "-enable-pretty-printing",
                "ignoreFailures": true
            },
            {
                "description": "Set Disassembly Flavor to Intel",
                "text": "-gdb-set disassembly-flavor intel",
                "ignoreFailures": true
            }
        ]
    }
]
}

让我们尝试调试一下下面的命令：

./gets < /dev/zero

• 将 /share/gets.c 复制到家目录。
• 尝试编译它，然后运行 ./gets < /dev/zero。你应该看到段错误。
• 接下来我们需要调试上面的命令，这包括后面的 < /dev/zero。需要更改 launch.json 中的 args 为 ["<", "/dev/zero"]。
• 可以在左侧调试栏中看到断点、变量等信息。

结语 ¶

通过今天的课程，你应该具备了不输于大佬们的自学资源：

• 你有 AI 工具，遇到不熟的知识、不知道如何解决一个问题，都可以找他获得启发。
• 你已经有了命令行操作经验，不会再惧怕黑框框。你会使用 cht.sh、man 等工具查找命令的帮助信息，不用担心记不住命令用法。

如果本课的内容不能满足你，推荐浏览去年的课程。

下一节课，黄哲学长将向大家介绍更多实用技能，敬请期待！