C、C++、python对比_实践篇（2）

0、前言：

• 这部分知识是对C\C++\python对比_概览（1）中比较重要的部分实操验证
• 这部分实践，就是要搞清楚这三种语言，每一种语言是如何在windows64位平台上面进行项目开发的，搞清楚开发环境和开发流程，所以每个案例功能上都相对简单，下一篇再总结在linux环境中开发的方法。

1、windows+vscode环境下，配置C和C++编译器、python解释器实测：

1.1、配置C和C++编译器实操

• 1、安装 MinGW-w64 编译器：下载 MinGW-w64（GCC Windows 版），解压到无中文、无空格的路径（如 D:\MinGW-w64\bin），复制 bin 目录完整路径，添加到系统环境变量 Path，打开 CMD 测试（出现版本号即成功）。
  
• 2、配置 VS Code：安装 VS Code，安装扩展：C/C++ (Microsoft)
• 3、CMake 工具（可选，大型项目必备）：MinGW 可能自带 cmake，CMD 输入 cmake --version 检查，若无，则单独安装 CMake，并将其 bin 目录加入环境变量。
• 4、C/C++ 项目编译方式：如果是练习、算法、小工具用gcc main.c -o main或者g++ main.cpp -o main直接编译，大型项目用cmake编译管理。

1.2、配置python解释器实操

1. 装 Python操作方法：

• 访问 Python 官方网站，下载对应系统（Windows/Mac/Linux）的安装包；安装时务必勾选「Add Python to PATH」（添加环境变量，避免后续无法在终端调用）；安装完成后，打开系统终端，输入python --version（Windows）或python3 --version（Mac/Linux），能正常显示版本号即安装成功。

2. 装 VSCode 插件

• 操作方法：打开 VSCode，点击左侧「扩展」图标（或按 Ctrl+Shift+X），在搜索框输入「Python」，找到微软官方发布的「Python」插件（图标为蓝色蟒蛇，作者是 Microsoft），点击「安装」；安装完成后，重启 VSCode 使插件生效。

3. 用命令或图形化建虚拟环境操作方法（两种方式二选一，均在 VSCode 内操作）：

• 图形化（新手推荐）：按 Ctrl+Shift+P 调出命令面板，输入「Python: Create Environment」，回车后选择「Venv」，再选择已安装的 Python 解释器，等待片刻即可自动创建虚拟环境（默认命名为 .venv）。
• 命令行（通用）：打开 VSCode 底部「终端」，输入命令python -m venv .venv（Windows）或python3 -m venv .venv（Mac/Linux），回车执行；创建完成后，Windows 输入.venv\Scripts\activate、Mac/Linux 输入source .venv/bin/activate，终端前出现「(.venv)」即激活成功。

4. 在 VSCode 里选中这个虚拟环境作为解释器操作方法：

• 按 Ctrl+Shift+P 调出命令面板，输入「Python: Select Interpreter」，回车后在弹出的列表中，选择带有「.venv」字样的 Python 解释器（路径通常是 .venv\Scripts\python.exe 或 .venv/bin/python）；选中后，VSCode 右下角会显示「Python 3.x.x (.venv)」，即配置成功。
• 说明：如果不选择虚拟环境作为解释器，在终端中直接输入python main.py也可以运行你的程序，但是VSCode 不知道你用的是哪个 Python 环境，代码里导入自定义类（如 from student import Student）、导入第三方库（如 requests），会出现 红色波浪线报错（明明能运行，却提示 “找不到模块”）；没有智能补全、语法提示（比如打 stu. 不会自动弹出 add_score() 方法），写代码全靠记，容易出错；无法快速跳转到类、方法的定义。

5. 正常开发、运行、调试操作方法：

• 开发：新建 .py 文件（右键项目文件夹 → 新建文件 → 命名为 xxx.py），编写代码。
• 运行：打开要运行的 .py 文件，点击右上角「运行」按钮（三角图标），或右键 → 「在终端运行 Python 文件」，运行结果会在终端显示。
• 调试：点击左侧「调试」图标（虫子图标），点击「创建 launch.json 文件」，选择「Python」→「当前文件」，生成调试配置后，点击「启动调试」（绿色三角），即可断点调试、逐步运行代码。

1.3、VScode开发指南

• 如果是开发一些涉及系统接口的程序，打开VScode的时候就要用管理员权限打开。
• VScode中为了方便开发，把其中的终端修改了，看似cmd终端或者power shell终端，但是里面还是可以运行一些批处理指令，比如ls本来在cmd和power shell中是没有的，但是VScode做了优化，映射了这些指令。

2、用C开发一个windows下的简单项目：

• 要求用CMake在vscode中开发，能够较全面的涉及C中的语法知识

2.1、【知识补充】

2.1.1、首先回顾C语言开发的项目中“多文件结构”

• 用如下图所示项目结构做说明：
  
• 【协作关系说明】a.h是a.c的功能声明说明书，头文件的核心作用是统一接口、避免重复声明、简化多文件协作，且必须添加#ifndef防护。a.c实现a.h声明的功能且需包含a.h在编译阶段做校验，main.c作为程序入口，通过包含a.h调用a.c的功能。
• 【a.c 中 #include “a.h” 的核心作用】a.c包含a.h可让编译器在编译阶段校验声明与实现的一致性，避免链接阶段出现模糊难定位的错误。编译 a.c 时，编译器会先把 a.h 的内容 “粘贴” 到 a.c 开头，此时声明（a.h）和实现（a.c）处于同一编译单元，编译器能直接对比两者的函数名、参数类型、返回值是否一致，不一致则立即报错。补充下一个问题，函数签名（signature）由函数名、参数的类型、个数、顺序、顶层const构成，仅用于重载决议（编译器挑选重载函数），C++标准规定返回值不属于签名，因此不能依靠返回值区分重载。函数原型（prototype，也就是头文件里的完整声明） = 返回值类型 + 函数签名。声明之所以必须带上返回值，是因为原型的作用是编译期全局类型校验。
• 【头文件重复包含的问题】在同一个文件中，其他文件的头文件声明可重复、定义不可重复，#ifndef防护的核心作用是防止头文件被同一个文件多次包含，避免不可重复内容报错。可以理解为如果你的头文件中只有声明，没有定义，就可以不用加#ifndef，但是纯声明可重复，多次包含不会报错，但会增加编译时间，一般都是习惯加#ifndfef。
• 【关于 main.h 的说明】main.h非C语言项目标配，仅当main.c有内容需暴露给其他文件时才需要创建。

2.1.2、Cmake

• Cmake根据 CMakeLists.txt，生成 make 能看懂的makefile，它是跨平台的，Windows、Linux、Mac 都能用。
• CMakeLists.txt 用的是 CMake 专属的 “领域特定语言（DSL）” —— 这种语言是专门为 “定义项目构建规则” 设计的，只用于描述 “怎么编译、链接、生成程序”，不能写业务逻辑（比如循环、判断也只是为构建服务）。
• DSL（domain specific language）特点：
  • 语法极简，像写声明一样，不用关系其他的，重点是要告诉CMake要做什么；
  • 跨平台适配：同一份CMakeList.txt，CMake在windows下会转换为Makefile，linux下会转换为make脚本。
  • 大小写不敏感，但是一般习惯是指令小写，内置变量大写。

2.2、项目开发：

2.2.1、项目简介：

• 做一个多文件项目，实现功能：输入两个数字，计算加法、乘法（分模块编写）。
• 项目结构：
  my_c_project/ # 项目根文件夹
  ├── src/ # 源代码文件夹
  │ ├── main.c # 主程序
  │ ├── math_utils.c # 功能函数
  │ └── math_utils.h # 头文件
  ├── CMakeLists.txt # CMake 配置文件（核心！）
  └── build/ # 编译输出文件夹（手动新建）
  

2.2.2、项目环境检测

• 环境检测：
  • 环境中依赖项之间的关系：
    电脑
    ├── MinGW-w64 （一个工具包）
    │ ├── gcc.exe → 编译 C 代码
    │ └── mingw32-make.exe → 执行 Makefile，指挥 gcc
    │
    └── CMake （另一个独立工具）
    └── cmake.exe → 读取 CMakeLists.txt，生成 Makefile
  • 要验证有没有gcc、和mingw32-make、cmake即可，其中gcc是C语言编译器，mingw32-make是构建工具，cmake是项目构建工具。

  C:\Users\11252>gcc--versiongcc(x86_64-posix-seh-rev0, Built by MinGW-W64 project)8.1.0 Copyright(C)2018Free Software Foundation, Inc. This isfreesoftware;see thesourceforcopying conditions. There is NO warranty;not evenforMERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. C:\Users\11252>mingw32-make--versionGNU Make4.2.1 Builtforx86_64-w64-mingw32 Copyright(C)1988-2016 Free Software Foundation, Inc. License GPLv3+: GNU GPL version3or later<http://gnu.org/licenses/gpl.html>This isfreesoftware: you arefreeto change and redistribute it. There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law. C:\Users\11252>cmake--versioncmake version4.3.0 CMake suite maintained and supported by Kitware(kitware.com/cmake).

2.2.3、写所有程序

• src/math_utils.h（头文件：声明函数）

#ifndefMATH_UTILS_H#defineMATH_UTILS_H// 加法函数声明intadd(inta,intb);// 乘法函数声明intmultiply(inta,intb);#endif

• src/math_utils.c（功能实现）

#include"math_utils.h"// 加法实现intadd(inta,intb){returna+b;}// 乘法实现intmultiply(inta,intb){returna*b;}

• src/main.c（主程序）

#include<stdio.h>#include"math_utils.h"intmain(){inta,b;printf("请输入第一个数字：");scanf("%d",&a);printf("请输入第二个数字：");scanf("%d",&b);// 调用我们写的函数intsum=add(a,b);intmul=multiply(a,b);printf("加法结果：%d\n",sum);printf("乘法结果：%d\n",mul);return0;}

2.2.4、写构建规则（CMakeLists.txt）

• CMakeLists.txt 的作用 = 告诉编译器：要编译哪些 .c 文件，写CMakeLists.txt：

# 要求的 CMake 最低版本cmake_minimum_required(VERSION3.10)# 项目名称project(MyCProject C)# 设置 C 语言标准set(CMAKE_C_STANDARD99)set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED ON)# 告诉编译器：头文件在哪里include_directories(src)# 生成可执行文件 # 格式：add_executable(可执行文件名 所有源文件)add_executable(MyCApp src/main.c src/math_utils.c)

2.2.5、生成makefile文件，进而生成可执行文件

• 通过指令：cmake … -G “MinGW Makefiles”
  cmake → 调用 CMake 工具（你安装的那个）
  … → 告诉 CMake：去上一级文件夹找 CMakeLists.txt，因为CMakeLists.txt中写了src，只能写在src同一级别目录中，才能找到src。
  -G “MinGW Makefiles”
  → 明确告诉它：给 MinGW 编译器生成 Makefile
  
• 然后就可以看到build中有了MakeFile文件。然后在MakeFile所在文件夹下执行：mingw32-make，生成可执行文件。
  

2.2.6、运行测试：

2.2.7、说明：

• CMakeList的位置不一定非得和src同一级目录，也可以放build中，但是CMakeList就要改一下，同时生成makefile的命令也要改一下：

  # 要求的 CMake 最低版本cmake_minimum_required(VERSION3.10)# 项目名称project(MyCProject C)# 设置 C 语言标准set(CMAKE_C_STANDARD99)set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED ON)# 告诉编译器：头文件在哪里include_directories(../src)# 生成可执行文件 # 格式：add_executable(可执行文件名 所有源文件)add_executable(MyCApp../src/main.c../src/math_utils.c)

3、用C++开发一个windows下的简单项目：

• 要求用CMake在vscode中开发，能够较全面的涉及C++中的语法知识

3.1、【知识补充】

3.1.1、C++ 项目多文件结构

• 和 C 语言几乎完全一样，只是文件后缀变成 .h / .hpp（头文件）和 .cpp（源文件）。
• 项目结构逻辑：
  utils.h / calculator.h：功能声明（类、函数、宏）
  utils.cpp / calculator.cpp：功能实现
  main.cpp：程序入口
  头文件必须加 #ifndef 或 #pragma once 防止重复包含
  .cpp 必须包含自己的 .h，让编译器校验声明与实现一致

3.1.2、CMake（C++ 版）

• CMake 对 C 和 C++ 用法几乎一样，只需要改一点点配置：
  • 指定语言为 CXX（C++）
  • 设置 C++ 标准（如 C++11 / C++17）
  • 其余逻辑：cmake → 生成 Makefile → mingw32-make → 生成 exe完全和 C 项目相同。

3.2、项目开发

3.2.1、项目简介

• 功能：输入两个数字，使用C++ 类、封装、成员函数实现 加法、乘法、判断大小、打印结果
• 用到 C++ 核心知识点：
  • 类与对象
  • 成员函数
  • 封装
  • 命名空间（可选）
  • 输入输出流 cin/cout
  • 多文件结构
  • CMake 构建 C++ 项目
• 项目结构
  my_cpp_project/ # 项目根
  ├── src/
  │ ├── main.cpp # 入口
  │ ├── Calculator.cpp # 类实现
  │ └── Calculator.h # 类声明
  ├── CMakeLists.txt
  └── build/ # 编译目录

3.2.2、项目环境检测

• 和c语言一样，确保三个工具都可以用

  gcc--versiong++--versionmingw32-make--versioncmake--version

3.2.3、写所有程序

• src\Calculator.cpp

  #include"Calculator.h"// 加法实现intCalculator::add(inta,intb){returna+b;}// 乘法实现intCalculator::multiply(inta,intb){returna*b;}// 取最大值intCalculator::getMax(inta,intb){return(a>b)?a:b;}

• src\Calculator.h

  #ifndefCALCULATOR_H#defineCALCULATOR_H// 计算器类classCalculator{public:// 成员函数声明intadd(inta,intb);intmultiply(inta,intb);intgetMax(inta,intb);};#endif

  • src\main.cpp

  #include<iostream>#include<windows.h>// 加这个头文件#include"Calculator.h"usingnamespacestd;intmain(){// 加这行：强制控制台使用 UTF-8SetConsoleOutputCP(65001);inta,b;cout<<"请输入第一个数字：";cin>>a;cout<<"请输入第二个数字：";cin>>b;// 创建对象Calculator calc;// 调用成员函数intsum=calc.add(a,b);intmul=calc.multiply(a,b);intmax_val=calc.getMax(a,b);cout<<"------------------------"<<endl;cout<<"加法结果："<<sum<<endl;cout<<"乘法结果："<<mul<<endl;cout<<"较大值："<<max_val<<endl;return0;}

3.2.4、写构建规则

• CMakeLists.txt

  cmake_minimum_required(VERSION3.10)# 项目：指定语言为 CXX (C++)project(MyCppProject CXX)# C++ 标准set(CMAKE_CXX_STANDARD11)set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 头文件路径include_directories(src)# 生成可执行文件add_executable(MyCppApp src/main.cpp src/Calculator.cpp)

3.2.5、生成makefile文件，进而生成可执行文件

4、用python开发一个windows下的简单项目：

• 要求用.venv虚拟环境在vscode中开发，能够较全面的涉及C++中的语法知识

4.1、【知识补充】

4.1.1、环境变量是什么？

• 环境变量，就是所有可以在终端执行的文件的文件路径

4.1.2、Python 虚拟环境是什么？

• python的虚拟环境：一个独立的 Python 解释器 + 一堆安装好的第三方库的文件夹。
• 比如 project1_venv 里有 Python 3.11 + pandas 1.5，project2_venv 里有 Python 3.9 + pandas 2.0，两者互不干扰。

4.1.3、在windows系统中使用jupyter的流程

• Jupyter 是一套开源的交互式计算工具，最常用的是 Jupyter Notebook（网页版编辑器），能在浏览器里写代码、跑代码、写笔记、画图表，把代码、结果、说明放在同一个 .ipynb 文件里。前端网页界面 + 后端内核（Kernel） 分离，支持 Python、R、Julia 等 40+ 语言。代码分段执行、即时看结果，混合 Markdown、公式、图片、可视化，适合数据分析、机器学习、教学、笔记。
• 安装 Jupyter（推荐在虚拟环境）流程：确保电脑上有python
  • 创建一个虚拟环境来安装jupyter——激活这个虚拟环境——安装jupyter；
  • 下载jupyter中文包：pip install jupyterlab-language-pack-zh-CN，然后在对应环境中输入jupyter notebook启动jupyter，最后在jupyter页面的setting中设置中文即可。
  • 直接在本地环境安装jupyter；其他环境需要安装ipykernel（pip install ipykernel -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/），且需要运行指令：python -m ipykernel install --user --name=venv_projectA --display-name=“python_test_venv” 来注册jupyter内核。venv_projectA 是 Jupyter 识别内核的内部唯一标识名（系统级名称），而 python_test_venv是给你看的友好显示名—— 两者绑定，缺一不可。
  • 在 jupyter 中查看jupyter内核，可以通过jupyter kernelspec list查看其中的内核，以及内核的位置，一般第一个内核就是安装jupyter的那个环境。
  • jupyter中删除某个注册内核的方法：jupyter kernelspec remove venv_jupyter。
• jupyter的内核（kernel）：Jupyter 与环境之间的通信通道，一个内核对应一个环境，注意安装jupyter的环境，和jupyter可以切换的内核环境没有关系，其他版本的环境中只要注册了jupyter，就可以在jupyter中切换内核。哪怕把 Jupyter 装在 Python 2.7 里（仅举例，不推荐），只要给 3.11 注册内核，Jupyter 照样能调用 3.11 运行代码。Jupyter 本体可以理解为一台遥控器（装在哪个抽屉 / 哪个房间无所谓），jupyter中的内核就是遥控器里的频道，每个频道对应一台电视（不同的环境）；你用遥控器（Jupyter）换频道（切换内核），就能看不同电视（环境）里的内容（运行对应环境的代码）—— 遥控器在哪，不影响你换哪个频道。
• jupyter的使用：
  • python可以转中文包，先在jupyter所在的环境中下载中文包（pip install jupyterlab-language-pack-zh-CN -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple），然后刷新jupyter界面，在setting的language中选择中文即可。
  • 启动：在终端输入jupyter notebook即可，进入网页后不要关闭终端；
  • 新建文件：右上角的new；
    • 日常写代码 + 做笔记 → 选 Notebook（最常用，.ipynb 文件，支持代码 + Markdown 混写）【√】
    • 纯写 Python 脚本 → 选 Python File（.py 文件，和普通 Python 脚本一样）
    • 临时跑命令 / 调试 → 选 Terminal（直接打开系统终端，执行 pip/git 等命令）
    • 写纯文本 / 笔记 → 选 Markdown File（.md 文件，只写文档，不跑代码）
    • 交互式命令行 → 选 Console（类似 Python 交互环境，逐行执行）
  • 写代码运行：输入代码后，shift+enter运行，结果直接显示；
  • 切换笔记模式：按ESC，按M切换Markdown，写文字之后，按shift+enter渲染
  • 切换内核：顶部Kernel，change kernel，选择已经注册的环境内核
  • 保存：Ctrl+s，文件就会保存在启动jupyter时候的文件夹
  • 关闭jupyter：关闭浏览器——终端按ctrl+c停止关闭
  • 快捷操作：运行（shift+enter）、插入单元格（a是向上插入/b是向下插入）、切回代码单元格（Esc+Y）、切到markdown（Esc+M）

4.2、VScode开发python项目

4.2.1、项目简介

• 通过自定义计算器类实现加减乘除运算，结合 Python 基础语法与第三方库实现数据格式化输出，完整练习类、对象、函数、模块库使用。

4.2.2、项目结构

4.2.3、项目程序

• calculator.py

# 计算器类classCalculator:def__init__(self):self.result=0defadd(self,a,b):self.result=a+breturnself.resultdefsub(self,a,b):self.result=a-breturnself.resultdefmul(self,a,b):self.result=a*breturnself.resultdefdiv(self,a,b):ifb==0:return"错误：除数不能为0"self.result=a/breturnself.result

• main.py

fromcalculatorimportCalculatorfromtabulateimporttabulate# 第三方库# 基础语法print("=== Python 基础语法演示 ===")a=10b=3print(f"数字a={a}, 数字b={b}")# 使用类calc=Calculator()# 计算data=[["加法",calc.add(a,b)],["减法",calc.sub(a,b)],["乘法",calc.mul(a,b)],["除法",round(calc.div(a,b),2)]]# 使用第三方库表格输出print("\n=== 计算结果（使用tabulate库）===")print(tabulate(data,headers=["运算","结果"],tablefmt="grid"))

4.2.4、项目运行结果

4.3、jupyter开发python项目

• jupyter适合用来做数据分析。

总结：

• C/C++：编译型语言源码 → 编译 → 链接 → 可执行文件，所以需要以下步骤：
  • 需要在 VSCode 装插件（C/C++ 扩展）
  • 本地要装编译器工具链：MinGW（gcc/g++）
  • 做中型 / 大型项目时，一般还要装 CMake
  • 写好 CMakeLists.txt
  • 用 cmake 生成构建文件（Makefile 或 VS 工程）
  • 再用 make 或编译器编译，最终生成 .exe 可执行文件
• Python：解释型语言，源码 → 直接由 Python 解释器逐行运行，所以，按照下面步骤执行：
  • 本地先装 Python 解释器
  • VSCode 装官方 Python 插件
  • 创建并使用虚拟环境，实现依赖隔离
  • 直接写 .py 源码，运行即可