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在 Visual Studio Code 中使用 Clang

在本教程中,您将在 macOS 上配置 Visual Studio Code 以使用 Clang/LLVM 编译器和调试器。

配置 VS Code 后,您将在 VS Code 中编译和调试一个 C++ 程序。本教程不教授 Clang 或 C++ 语言。对于这些主题,网上有许多很好的资源。

如果您遇到任何问题,请随时在 VS Code 文档库中为本教程提交问题。

先决条件

要成功完成本教程,你必须执行以下步骤

  1. macOS 上安装 Visual Studio Code

  2. 安装 VS Code 的 C++ 扩展。您可以在“扩展”视图 (⇧⌘X (Windows, Linux Ctrl+Shift+X)) 中搜索“C++”来安装 C/C++ 扩展。

    C/C++ extension

确保 Clang 已安装

Clang 可能已经安装在您的 Mac 上。要验证它是否已安装,请打开一个 macOS 终端窗口并输入以下命令:

clang --version

如果 Clang 未安装,请输入以下命令以安装命令行开发者工具,其中包含 Clang:

xcode-select --install

创建 Hello World 应用

在 macOS 终端中,创建一个名为 projects 的空文件夹,您可以在其中存储所有 VS Code 项目,然后创建一个名为 helloworld 的子文件夹,导航到其中,并通过在终端窗口中输入以下命令在该文件夹中打开 VS Code:

mkdir projects
cd projects
mkdir helloworld
cd helloworld
code .

code . 命令会在当前工作文件夹中打开 VS Code,该文件夹将成为您的“工作区”。在学习本教程的过程中,将在您工作区的 .vscode 文件夹中创建三个文件:

  • tasks.json(编译器构建设置)
  • launch.json(调试器设置)
  • c_cpp_properties.json(编译器路径和 IntelliSense 设置)

添加一个 hello world 源代码文件

在“文件资源管理器”标题栏中,选择新建文件按钮并将文件命名为 helloworld.cpp

New File title bar button

粘贴以下源代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    vector<string> msg {"Hello", "C++", "World", "from", "VS Code", "and the C++ extension!"};

    for (const string& word : msg)
    {
        cout << word << " ";
    }
    cout << endl;
}

现在按 ⌘S (Windows, Linux Ctrl+S) 保存文件。请注意,您的文件会列在 VS Code 侧边栏的**文件资源管理器**视图 (⇧⌘E (Windows, Linux Ctrl+Shift+E)) 中。

File Explorer

您还可以通过选择**文件** > **自动保存**来启用自动保存,以自动保存您的文件更改。您可以在 VS Code 用户界面文档中了解有关其他视图的更多信息。

注意:当你保存或打开 C++ 文件时,你可能会看到来自 C/C++ 扩展的关于 Insiders 版本可用性的通知,该版本可让你测试新功能和修复。你可以通过选择 X清除通知)来忽略此通知。

探索 IntelliSense

IntelliSense 是一个工具,通过添加代码完成、参数信息、快速信息和成员列表等代码编辑功能,帮助您更快、更高效地编写代码。

要查看 IntelliSense 的实际效果,请将鼠标悬停在 vectorstring 上以查看其类型信息。如果您在第 10 行键入 msg.,您可以看到一个推荐调用的成员函数的完成列表,这些都是由 IntelliSense 生成的。

Statement completion IntelliSense

您可以按 Tab 键插入所选成员。然后,当您添加左括号时,将显示有关该函数所需参数的信息。

如果 IntelliSense 尚未配置,请打开命令面板 (⇧⌘P (Windows, Linux Ctrl+Shift+P)) 并输入**选择 IntelliSense 配置**。从编译器下拉列表中,选择 Use clang++ 进行配置。更多信息可以在 IntelliSense 配置文档中找到。

运行 helloworld.cpp

请记住,C++ 扩展使用您在计算机上安装的 C++ 编译器来构建您的程序。在尝试在 VS Code 中运行和调试 helloworld.cpp 之前,请确保您已安装 C++ 编译器(如 Clang)。

  1. 打开 helloworld.cpp,使其成为活动文件。

  2. 单击编辑器右上角的播放按钮。

    Screenshot of helloworld.cpp and play button

  3. 从系统上检测到的编译器列表中选择 **C/C++: clang++ build and debug active file**。

    Build and debug task

只有在第一次运行 helloworld.cpp 时,系统才会要求您选择编译器。此编译器将是 tasks.json 文件中设置的“默认”编译器。

  1. 构建成功后,您的程序输出将出现在集成的**调试控制台**中。

    screenshot of program output

恭喜!您刚刚在 VS Code 中运行了您的第一个 C++ 程序!

理解 tasks.json

当您第一次运行程序时,C++ 扩展会创建 tasks.json,它位于您项目的 .vscode 文件夹中。tasks.json 存储构建配置。

以下是 macOS 上 tasks.json 文件的示例:

{
  "tasks": [
    {
      "type": "cppbuild",
      "label": "C/C++: clang++ build active file",
      "command": "/usr/bin/clang++",
      "args": [
        "-fcolor-diagnostics",
        "-fansi-escape-codes",
        "-g",
        "${file}",
        "-o",
        "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}"
      ],
      "options": {
        "cwd": "${fileDirname}"
      },
      "problemMatcher": ["$gcc"],
      "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
      },
      "detail": "Task generated by Debugger."
    }
  ],
  "version": "2.0.0"
}

注意:你可以在变量参考中了解有关 tasks.json 变量的更多信息。

command 设置指定要运行的程序。在本例中,即为 clang++

args 数组指定传递给 clang++ 的命令行参数。这些参数必须按编译器期望的顺序列出。

此任务告诉 C++ 编译器获取活动文件 (${file}),对其进行编译,并在当前目录 (${fileDirname}) 中创建一个与活动文件同名但没有文件扩展名 (${fileBasenameNoExtension}) 的输出文件 (-o 开关)。此过程会创建 helloworld

label 的值是您在任务列表中看到的内容,它基于您的个人偏好。

detail 的值是任务列表中该任务的描述。请更新此字符串以将其与类似任务区分开。

problemMatcher 的值选择用于在编译器输出中查找错误和警告的输出解析器。对于 clang++,$gcc 问题匹配器能产生最佳结果。

从现在起,播放按钮将始终从 tasks.json 中读取信息,以确定如何构建和运行您的程序。您可以在 tasks.json 中定义多个构建任务,而标记为默认的任务将是播放按钮使用的任务。如果您需要更改默认编译器,可以在命令面板中运行**任务:配置默认生成任务**。或者,您可以修改 tasks.json 文件,并通过替换以下段落来移除默认设置:

    "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
    },

替换为

    "group": "build",

修改 tasks.json

您可以修改您的 tasks.json 以构建多个 C++ 文件,方法是使用类似 "${workspaceFolder}/*.cpp" 的参数来代替 "${file}"。这将构建您当前文件夹中的所有 .cpp 文件。您还可以通过将 "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}" 替换为硬编码的文件名(例如 "${workspaceFolder}/myProgram.out")来修改输出文件名。

调试 helloworld.cpp

要调试你的代码,

  1. 回到 helloworld.cpp,使其成为活动文件。

  2. 通过单击编辑器边栏或在当前行上按 F9 来设置断点。

    screenshot of breakpoint in helloworld.cpp

  3. 从播放按钮旁边的下拉菜单中,选择**调试 C/C++ 文件**。

    Screenshot of play button drop-down

  4. 从系统上检测到的编译器列表中选择 **C/C++: clang++ build and debug active file**(只有在第一次运行或调试 helloworld.cpp 时,您才会被要求选择编译器)。

    Build and debug task

  5. 您将看到任务执行,并将输出打印到**终端**窗口。

    Hello World Terminal Output

播放按钮有两种模式:**运行 C/C++ 文件**和**调试 C/C++ 文件**。默认是上次使用的模式。如果您在播放按钮中看到调试图标,您可以选择播放按钮进行调试,而无需选择下拉菜单项。

探索调试器

在开始单步调试代码之前,我们花点时间注意用户界面中的几处变化

  • 集成终端出现在源代码编辑器的底部。在**调试控制台**选项卡中,您会看到指示调试器已启动并正在运行的输出。

  • 编辑器会高亮显示你在启动调试器之前设置断点的行

    Initial breakpoint

  • 活动栏中的**运行和调试**视图显示调试信息。

  • 代码编辑器顶部会出现一个调试控制面板。你可以通过抓取左侧的点来在屏幕上移动它。

    Debugging controls

单步调试代码

现在你已准备好开始单步调试代码。

  1. 在调试控制面板中选择**单步跳过**图标,使 for (const string& word : msg) 语句高亮显示。

    Step over button

    **单步跳过**命令会跳过在创建和初始化 msg 变量时调用的 vectorstring 类中的所有内部函数调用。请注意**变量**窗口中的变化。msg 的内容是可见的,因为该语句已经完成。

  2. 再次按**单步跳过**以进入下一条语句(跳过为初始化循环而执行的所有内部代码)。现在,**变量**窗口显示有关循环变量的信息。

  3. 再次按**单步跳过**以执行 cout 语句。

  4. 如果你愿意,可以继续按单步跳过,直到向量中的所有单词都打印到控制台。但如果你好奇,可以尝试按单步进入按钮来单步执行 C++ 标准库中的源代码!

设置监视

您可能希望在程序执行时跟踪变量的值。您可以通过对变量设置**监视**来实现这一点。

  1. 在**监视**窗口中,选择加号并在文本框中键入 word。这是循环变量的名称。现在,在单步执行循环时查看**监视**窗口。

    Watch window

    注意:监视变量的值仅在程序执行位于该变量的作用域内时才可用。例如,对于循环变量,其值仅在程序执行循环时才可用。

  2. 通过在循环前添加此语句来添加另一个监视:int i = 0;。然后,在循环内部添加此语句:++i;。现在,像上一步一样为 i 添加监视。

  3. 当执行暂停时,您可以用鼠标指针悬停在任何变量上以快速查看其值。

    Mouse hover

使用 launch.json 自定义调试

当你使用播放按钮或 F5 进行调试时,C++ 扩展会即时创建一个动态调试配置。

在某些情况下,你可能希望自定义调试配置,例如指定在运行时传递给程序的参数。你可以在 launch.json 文件中定义自定义调试配置。

要创建 launch.json,请从播放按钮下拉菜单中选择添加调试配置

Add debug configuration play button menu

然后您会看到一个包含各种预定义调试配置的下拉列表。选择 **C/C++: clang++ build and debug active file**。 C++ 调试配置下拉列表

VS Code 创建一个 launch.json 文件,它看起来像这样

{
  "configurations": [
    {
      "name": "C/C++: clang++ build and debug active file",
      "type": "cppdbg",
      "request": "launch",
      "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
      "args": [],
      "stopAtEntry": false,
      "cwd": "${fileDirname}",
      "environment": [],
      "externalConsole": false,
      "MIMode": "lldb",
      "preLaunchTask": "C/C++: clang++ build active file"
    }
  ],
  "version": "2.0.0"
}

program 设置指定您要调试的程序。这里它被设置为活动文件所在的文件夹 ${fileDirname} 和活动文件名 ${fileBasenameNoExtension},如果 helloworld.cpp 是活动文件,这将是 helloworldargs 属性是在运行时传递给程序的参数数组。

默认情况下,C++ 扩展不会在您的源代码中添加任何断点,并且 stopAtEntry 的值被设置为 false

stopAtEntry 值更改为 true,以便在开始调试时让调试器在 main 方法处停止。

请确保 preLaunchTask 的值与 tasks.json 文件中构建任务的 label 相匹配。

从现在开始,播放按钮和 F5 在启动程序进行调试时将从你的 launch.json 文件中读取信息。

添加额外的 C/C++ 设置

要对 C/C++ 扩展进行更多控制,请创建一个 c_cpp_properties.json 文件,该文件允许您更改诸如编译器路径、包含路径、编译时使用的 C++ 标准(如 C++17)等设置。

通过从命令面板 (⇧⌘P (Windows, Linux Ctrl+Shift+P)) 运行命令 **C/C++: 编辑配置 (UI)** 来查看 C/C++ 配置 UI。

Command Palette

这将打开 **C/C++ 配置**页面。

C++ configuration

Visual Studio Code 将这些设置放在 .vscode/c_cpp_properties.json 中。如果你直接打开该文件,它应该看起来像这样

{
  "configurations": [
    {
      "name": "Mac",
      "includePath": ["${workspaceFolder}/**"],
      "defines": [],
      "macFrameworkPath": [
        "/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks"
      ],
      "compilerPath": "/usr/bin/clang",
      "cStandard": "c11",
      "cppStandard": "c++17",
      "intelliSenseMode": "macos-clang-arm64"
    }
  ],
  "version": 4
}

只有当您的程序包含不在您的工作区或标准库路径中的头文件时,您才需要修改**包含路径**设置。

编译器路径

扩展使用 compilerPath 设置来推断 C++ 标准库头文件的路径。当扩展知道在哪里可以找到这些文件时,它就可以提供诸如智能补全和**转到定义**导航等功能。

C/C++ 扩展会根据在您系统上找到的内容,尝试使用默认编译器位置来填充 compilerPathcompilerPath 的搜索顺序是:

  • 您的 PATH 中已知编译器的名称。编译器在列表中出现的顺序取决于您的 PATH。
  • 然后搜索硬编码的 Xcode 路径,例如 /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/

更多信息,请参阅 IntelliSense 配置文档

Mac 框架路径

在 C/C++ 配置屏幕上,向下滚动并展开**高级设置**,并确保 **Mac 框架路径**指向系统头文件。例如:/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks

故障排除

编译器和链接错误

最常见的错误原因(例如 undefined _main,或 attempting to link with file built for unknown-unsupported file format 等)是当您开始构建或调试时,helloworld.cpp 不是活动文件。这是因为编译器试图编译一些不是源代码的东西,比如您的 launch.jsontasks.jsonc_cpp_properties.json 文件。

如果您看到提及“C++11 extensions”的构建错误,您可能没有更新您的 tasks.json 构建任务以使用 clang++ 参数 --std=c++17。默认情况下,clang++ 使用 C++98 标准,该标准不支持 helloworld.cpp 中使用的初始化。请确保将您的 tasks.json 文件的全部内容替换为运行 helloworld.cpp 部分中提供的代码块。

终端无法启动以进行输入

在 macOS Catalina 及更高版本上,您可能会遇到即使设置了 "externalConsole": true 也无法输入的问题。一个终端窗口会打开,但它实际上不允许您键入任何输入。

该问题目前正在 #5079 中进行跟踪。

解决方法是让 VS Code 启动一次终端。您可以通过在您的 tasks.json 中添加并运行此任务来做到这一点:

{
  "label": "Open Terminal",
  "type": "shell",
  "command": "osascript -e 'tell application \"Terminal\"\ndo script \"echo hello\"\nend tell'",
  "problemMatcher": []
}

您可以使用**终端** > **运行任务...** 并选择**打开终端**来运行此特定任务。

一旦您接受权限请求,那么当您调试时,外部控制台就应该会出现。

后续步骤

  • 探索 VS Code 用户指南
  • 回顾 C++ 扩展概述
  • 创建一个新的工作区,将你的 .json 文件复制到其中,调整新工作区路径、程序名称等必要的设置,然后开始编码!