命名空间

文章目录

命名空间
前言
命名空间概念引入
- 1.1 命名空间定义
- - 1.1.1 命名空间的一般定义方式
  - 1.1.2 命名空间的嵌套定义
  - 1.1.3 不连续的命名空间
- 1.2 命名空间使用
- - 1.2.1 第一种：利用命名空间标识符及作用域限定符引入命名空间成员
  - 1.2.2 第二种：使用using引入命名空间的成员
  - 1.2.3 第三种：使用using namespace 引入命名空间所有成员
- 1.3 标准命名空间std
- 1.4 扩展阅读
- 1.5 相关问题
总结
参考资料

前言

编译工具：visual studio 2019

语言：C++

命名空间概念引入

当C++工程较大时，程序内存在大量的变量、函数和类，如果这些变量、函数和类都存在于同一个作用域中，一不小心就可能会导致命名冲突。为了解决这个问题，C++引入了命名空间(namespace)这个概念，这样在不同的命名空间中允许存在同名的标识符。有了命名空间我们就可以在程序中有效地避免命名冲突，下面举一个利用命名空间解决命名冲突问题的例子。

例程1：

#include <iostream>
namespace N1 //定义命名空间N1
{  int a = 10;
}
namespace N2 //定义命名空间N2
{  int a = 30;
}
int main()
{  int a = 50;  printf("N1::a = %d\n", N1::a); //输出命名空间N1中的成员变量a  printf("N2::a = %d\n", N2::a); //输出命名空间N2中的成员变量a  printf("a = %d\n",a);//输出主函数中的变量a  return 0;
}

输出结果：

图1 例程1运行结果

例程1中定义了两个命名空间N1和N2，两个命名空间和主函数中都有a变量，但是并没有产生命名冲突，这就是使用namespace的好处。命名空间其实是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染。下面说一下命名空间的定义方式。

1.1 命名空间定义

例程1中已经展示使用命名空间的场景，下面我们详细说一下定义命名空间的几种方式。

1.1.1 命名空间的一般定义方式

例程2

namespace N3 //定义命名空间N3
{  int a;int Add(int x, int y)//成员函数  {  return x + y;  }
}

例程2中定义的命名空间N3，称为普通命名空间，C++还有一个自带的标准命名空间std，下文会提到。可以看到，在命名空间中既可以定义变量，也可以定义函数。

1.1.2 命名空间的嵌套定义

例程3

namespace N4
{  int a;  int b;  int Add(int x, int y)  {  return x + y;  }  namespace N5  {  int c;  int d;  int Sub(int x, int y)  {  return x - y;  }  }
}

例程3中定义的两个命名空间N4和N5，其中N4包含N5，这说明N4的作用域比N5的大。

1.1.3 不连续的命名空间

例程4

namespace N6
{int a;int Add(int x, int y){return x + y;}
}namespace N6
{int Mul(int left, int right){return left * right;}
}

命名空间可以定义在几个不同的部分中，即命名空间可以由几个单独定义的部分组成¹。换句话说，同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间，编译器最后会将同名的命名空间合为一个。例程3中，两个命名空间会被合成一个命名空间N6，N6中包括变量a、函数Add和函数Mul。

以上讲述三种方式命名空间的定义方式，需要注意的一点是：定义一个命名空间就是定义了一个新的作用域，命名空间中的所有内容都局限于该命名空间中，在命名空间之外不能直接调用。

1.2 命名空间使用

前面我们学会了如何定义命名空间，那命名空间中成员该如何使用呢？其实命名空间有三种使用方式。

1.2.1 第一种：利用命名空间标识符及作用域限定符引入命名空间成员

例程5

#include <iostream>
namespace N {int a = 10;
}
int main()
{int a = 30;printf("命名空间N中的变量a = %d\n", N::a); //打印命名空间N中的变量aprintf("main函数中的变量a =  %d\n", a); //打印主函数中的变量areturn 0;
}

运行结果：

图2 例程5运行结果

例程5中，我们想使用变量a，则可以通过命名空间标识符“N”和作用域限定符“::”引入变量a，可以看到命名空间中的成员变量a和主函数中的局部变量a，输出值不同。

1.2.2 第二种：使用using引入命名空间的成员

例程6

#include <iostream>//输入输出流头文件，注意头文件不带后缀.h
namespace N {int a = 10;int b = 20;
}using N::a;// 引入变量a
using N::b;// 引入变量b
int main()
{int a = 30;printf("命名空间N中的变量b = %d\n", b); //打印命名空间N中的变量bprintf("main函数中的变量a =  %d\n", a); //打印主函数中的变量aprintf("命名空间N中的变量a = %d\n", N::a); //打印命名空间N中的变量areturn 0;
}

运行结果

图3 例程6运行结果

例程6中，通过using引入b，使用命名空间中成员变量时，不用再添加命名空间标识符“N”和作用域限定符“::”，这样在写程序时会方便不少。另外可以注意到，主函数中的局部变量会屏蔽命名空间中的同名变量（比如a），虽然我们使用using引入a，但如果想使用命名空间中的a，还是需要利用命名空间标识符“N”和作用域限定符“::”。

1.2.3 第三种：使用using namespace 引入命名空间所有成员

例程7

#include <iostream>
namespace N {int a = 10;int b = 20;int Add(int left, int right){return left + right;}
}using namespace N;//使用using namespace 引入命名空间成员
int main()
{printf("a = %d\n", a);printf("b = %d\n", b);int c = Add(a, b);printf("a+b = %d\n", c);return 0;
}

运行结果：

图4 例程7运行结果

可以看到使用using namespace可以把命名空间N中的成员全部引入，这样就能直接使用命名空间中的成员变量了。

1.3 标准命名空间std

在1.1节讲到命名空间的定义可以是不连续的，标准命名空间std也不例外，std的定义被分散在多个头文件里²，比如标准输入/输出头文件 <iostream> 中就定义了一个标准命名空间³，<iostream>里面的函数或类被放在std命名空间中，比如cin和cout这两个函数的名字就放在命名空间std里面，如果我们想使用cout函数，那就必须使用std命名空间引入这个函数。在上文中我们已经知道了命名空间的三种使用方式，下面就利用这三种方式使用标准命名空间std。

第一种：命名空间标识符+作用域限定符

#include<iostream>int main()
{std::cout << "Hello world!!!\n";return 0;
}

第二种：使用using引入某个成员（例如引入cout函数）

#include<iostream>
using std::cout;int main()
{cout << "Hello world!!!\n";return 0;
}

第三种：使用using namespace引入所有成员

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{cout << "Hello world!!!\n";return 0;
}

以上程序中，展示了使用函数cout的方法。cout存在于头文件<iostream>的标准命名空间std（局部作用域）中，故需要利用标准命名空间引入。

1.4 扩展阅读

早期标准库将所有功能函数都在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可。比如在早期，如果我们想使用<iostream.h>中的函数，只需在程序开头加上#include<iostream.h>即可（c++标准已经明确表示不支持这种用法了，所以理论上来说这种用法是非法的，但有些老旧编译器还支持这种用法⁴），不用考虑命名空间（事实上，那时候还没有命名空间）。
后来，为了使程序更加模块化，最主要的是防止命名冲突，人们创造了命名空间这个概念（1998年）。为了使用命名空间，大佬对<iostream.h>头文件进行改造，改造好的头文件起名为<iostream>，在<iostream>中，定义了标准命名空间std，然后把<iostream.h>的内容封装到了std命名空间中⁵。这样如果我们想使用cout，必须先添加头文件<iostream>，有了这个头文件，我们还只能访问该文件的全局作用域，要想访问该文件中std命名空间（局部作用域）的内容⁶，就需要利用命名空间的使用规则处理，上面的程序已经展示了三种使用标准命名空间的方法，诸君请往上看。

1.5 相关问题

看了以上内容，有的人可能要问以下几个问题：

问题：到底是标准命名空间存在于标准库中，还是标准库的东西存在于命名空间中？
回答：C++有很多标准库，可以分为10类⁷。每个标准库中都会存在一个标准命名空间std，库中的变量、函数、类存在于std中。在第一节命名空间定义中我们已经讲过，编译器最后会把相同名称的命名空间合成为一个。因此无论我们调用了几个标准库，标准命名空间最后都会合并成一个。因此以上两种说法，在不同的角度上看都对。另外细心的看官可能已经发现，在例程1中，使用printf函数时，并没有使用命名空间进行限定，但是程序可以正常运行，这说明printf函数存在于头文件<iostream>的全局作用域中，而像cin、cout等存在于<iostream>的局部作用域中⁸。因此有的人说标准库的一切都放在了std中应该是不对的吧？顺便说一下，在visual studio 2019编译器中，cstdio和stdio.h这两个标准输入输出头文件里面也有printf函数⁹。

问题：为什么不把标准库中所有的东西全部放到std当中，这样我们在使用的时候直接添加一句using namespace std;就完事了，何必又多一句#include<iostream>呢？
回答：确实可以把标准库的东西都放在标准命名空间中，但是这又存在了一个新的问题，以前程序猿写的C++代码都依赖于旧的头文件，如果把所有东西放在std中，会导致以前的代码无法运行。所以为了兼容以前的C++代码，人们把标准命名空间分裂，各个部分的代码再重新包装，形成了新的头文件。比如把包含了<iostream.h>头文件内容的标准命名空间部分放到新版头文件<iostream>中。这样#include<iostream.h>相当于#include<iostream>和using namespace std;的组合，如此以前的程序只需要把头文件的.h后缀去掉，再加上一句using namespace std;就能在新标准下运行了。

总结

本文介绍了命名空间的相关概念，说明了为什么要创建命名空间的原因，并举例展示了命名空间的定义和使用的三种方式。文中还提到了标准命名空间std，在扩展阅读中你可以进一步理解命名空间的意义，在相关问题中提出了两个阅读中可能会产生的问题，并给出了相关回答。

以上就是本文的全部内容，文章通过查看网上的资料整理而成，有些部分是我经过思考得来，有可能不对，所以本文只能供大家参考，如果你全部都相信，不如没有看到这篇文章。如您发现错误，还请批评，如有疑问也可在评论中留言。

参考资料

C++ 命名空间 | 菜鸟教程 (runoob.com). ↩︎
请问：名字空间std是在哪个文件里定义的？-CSDN论坛. ↩︎
using namespace std中的std定义在哪个文件_loudyten的专栏-CSDN博客. ↩︎
（笔记）什么是命名空间为什么C++头文件有的要加.h有的不用加.h_*的专栏-CSDN博客. ↩︎
C++std命名空间详解_rioalian的博客-CSDN博客. ↩︎
由string头文件和std命名空间说开去：为什么引入头文件的同时还需要使用namespace？ - 知乎 (zhihu.com). ↩︎
C++标准库和标准模板库_迂者-贺利坚的专栏-CSDN博客_c++模板库. ↩︎
为什么在C++中使用printf时不使用命名空间std不会报错 - 沃锋问答-赞臣社区旗下知识互动平台 (zanchen.net). ↩︎
c++中printf函数在哪几个头文件中有?_百度知道 (baidu.com). ↩︎

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