c++ 命名空间

C++标准库和std命名空间

C++ 是在C语言的基础上开发的，早期的 C++ 还不完善，不支持命名空间，没有自己的编译器，而是将 C++ 代码翻译成C代码，再通过C编译器完成编译。这个时候的 C++ 仍然在使用C语言的库，stdio.h、stdlib.h、string.h 等头文件依然有效；此外 C++ 也开发了一些新的库，增加了自己的头文件，例如：

iostream.h：用于控制台输入输出头文件。
fstream.h：用于文件操作的头文件。
complex.h：用于复数计算的头文件。

和C语言一样，C++ 头文件仍然以.h为后缀，它们所包含的类、函数、宏等都是全局范围的。

后来 C++ 引入了命名空间的概念，计划重新编写库，将类、函数、宏等都统一纳入一个命名空间，这个命名空间的名字就是std。std 是 standard 的缩写，意思是“标准命名空间”。

但是这时已经有很多用老式 C++ 开发的程序了(个人：这里指的是使用老式的C++库开发的应用程序，如果C++库重写的话，这里的应用代码里使用到C++库的地方需要重写修改)，它们的代码中并没有使用命名空间，直接修改原来的库会带来一个很严重的后果：程序员会因为不愿花费大量时间修改老式代码而极力反抗，拒绝使用新标准的 C++ 代码。

C++ 开发人员想了一个好办法，

保留原来的库和头文件，它们在 C++ 中可以继续使用，
然后再把原来的库复制一份，在此基础上稍加修改，把类、函数、宏等纳入命名空间 std 下，就成了新版 C++ 标准库。

这样共存在两份功能相似的库，

使用了老式 C++ 的程序可以继续使用原来的库，
新开发的程序可以使用新版的 C++ 库。

为了避免头文件重名，

新版 C++ 库也对头文件的命名做了调整，去掉了后缀.h，所以老式 C++ 的iostream.h变成了iostream，fstream.h变成了fstream。
而对于原来C语言的头文件，也采用同样的方法，但在每个名字前还要添加一个c字母，所以C语言的stdio.h变成了cstdio，stdlib.h变成了cstdlib。

需要注意的是，旧的C++ 头文件是官方所反对使用的，已明确提出不再支持，但旧的C头文件仍然可以使用，以保持对C的兼容性。实际上，编译器开发商不会停止对客户现有软件提供支持，可以预计，旧的 C++ 头文件在未来数年内还是会被支持。(个人：实测，vstudio2022,clion+mingw64中已经不支持了)

标准C头文件如 stdio.h、stdlib.h 等继续被支持。头文件的内容不在 std 中。
具有C库功能的新C++头文件具有如 cstdio、cstdlib 这样的名字。它们提供的内容和相应的旧的C头文件相同，只是内容在 std 中。

可以发现，

对于不带.h的头文件，所有的符号都位于命名空间 std 中，使用时需要声明命名空间 std；
对于带.h的头文件，没有使用任何命名空间，所有符号都位于全局作用域。这也是 C++ 标准所规定的。

不过现实情况和C++标准所期望的有些不同，对于原来C语言的头文件，即使按照 C++ 的方式来使用，即#include <cstdio>这种形式，那么符号可以位于命名空间 std 中，也可以位于全局范围中，请看下面的两段代码。

使用命名空间 std：

1

2

3

4

5

#include <cstdio>

int main(){

std::printf("http://www.baidu.com\n");

return 0;

}

不使用命名空间 std：

1

2

3

4

5

#include <cstdio>

int main(){

printf("http://www.baidu.com\n");

return 0;

}

这两种形式在 Microsoft Visual C++ 和 GCC 下都能够编译通过，也就是说，大部分编译器在实现时并没有严格遵循标准，它们对两种写法都支持，程序员可以使用 std 也可以不使用。第 1) 种写法是标准的，第 2) 种不标准，虽然它们在目前的编译器中都没有错误，但我依然推荐使用第 1) 种写法，因为标准写法会一直被编译器支持，非标准写法可能会在以后的升级版本中不再支持。

使用C++的头文件

虽然 C++ 几乎完全兼容C语言，C语言的头文件在 C++ 中依然被支持，但 C++ 新增的库更加强大和灵活，请读者尽量使用这些 C++ 新增的头文件，例如 iostream、fstream、string 等。

前面几节我们使用了C语言的格式输出函数 printf，引入了C语言的头文件 stdio.h，将C代码和 C++ 代码混合在了一起，我不推荐这样做，请尽量使用 C++ 的方式。下面的例子演示了如何使用 C++ 库进行输入输出：

#include <iostream>
#include <string>
int main(){
    //声明命名空间std
    using namespace std;
    
    //定义字符串变量
    string str;
    //定义 int 变量
    int age;
    //从控制台获取用户输入
    cin>>str>>age;
    //将数据输出到控制台
    cout<<str<<"已经成立"<<age<<"年了！"<<endl;
    return 0;
}

运行结果：

岳麓书院↙
1↙
岳麓书院已经成立1年了！

string 是 C++ 中的字符串类，初学者可以将 string 看做一种内置的数据类型，就像 int、float 等，可以用来定义变量。cin 用于从控制台获取用户输入，cout 用于将数据输出到控制台。

using namespace std;，它声明了命名空间 std，后续如果有未指定命名空间的符号，那么默认使用 std，代码中的 string、cin、cout 都位于命名空间 std。

在 main() 函数中声明命名空间 std，它的作用范围就位于 main() 函数内部，如果在其他函数中又用到了 std，就需要重新声明，请看下面的例子：

#include <iostream>
void func(){
    //必须重新声明
    using namespace std;
    cout<<"http://www.baidu.com"<<endl;
}
int main(){
    //声明命名空间std
    using namespace std;
    
    cout<<"岳麓书院"<<endl;
    func();
    return 0;
}　

如果希望在所有函数中都使用命名空间 std，可以将它声明在全局范围中，例如：

#include <iostream>
//声明命名空间std
using namespace std;
void func(){
    cout<<"http://www.baidu.com"<<endl;
}
int main(){
    cout<<"岳麓书院"<<endl;
    func();
    return 0;
}

很多教程中都是这样做的，将 std 直接声明在所有函数外部，这样虽然使用方便，但在中大型项目开发中是不被推荐的，这样做增加了命名冲突的风险，我推荐在函数内部声明 std。

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C++命名空间（名字空间）

一个中大型软件往往由多名程序员共同开发，会使用大量的变量和函数，不可避免地会出现变量或函数的命名冲突。当所有人的代码都测试通过，没有问题时，将它们结合到一起就有可能会出现命名冲突。

例如小李和小韩都参与了一个文件管理系统的开发，它们都定义了一个全局变量 fp，用来指明当前打开的文件，将他们的代码整合在一起编译时，很明显编译器会提示 fp 重复定义（Redefinition）错误。

为了解决合作开发时的命名冲突问题，C++ 引入了命名空间（Namespace）的概念。请看下面的例子：

namespace Li{ //小李的变量定义
FILE fp = NULL;
}
namespace Han{ //小韩的变量定义
FILE fp = NULL
}

小李与小韩各自定义了以自己姓氏为名的命名空间，此时再将他们的 fp 变量放在一起编译就不会有任何问题。

命名空间有时也被称为名字空间、名称空间。

namespace 是C++中的关键字，用来定义一个命名空间，语法格式为：

namespace name{
    //variables, functions, classes
}

name是命名空间的名字，它里面可以包含变量、函数、类、typedef、#define 等，最后由{ }包围。

使用变量、函数时要指明它们所在的命名空间。以上面的 fp 变量为例，可以这样来使用：

Li :: fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han :: fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp

::是一个新符号，称为域解析操作符，在C++中用来指明要使用的命名空间。

除了直接使用域解析操作符，还可以采用 using 声明，例如：

using Li :: fp;
fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han :: fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp

在代码的开头用using声明了 Li::fp，它的意思是，using 声明以后的程序中如果出现了未指明命名空间的 fp，就使用 Li::fp；但是若要使用小韩定义的 fp，仍然需要 Han::fp。

using 声明不仅可以针对命名空间中的一个变量，也可以用于声明整个命名空间，例如：

using namespace Li;
fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han :: fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp

如果命名空间 Li 中还定义了其他的变量，那么同样具有 fp 变量的效果。

此时会报错，

改正后，

运行结果为：

或者改为：

运行结果为：

命名空间内部不仅可以声明或定义变量，对于其它能在命名空间以外声明或定义的名称，同样也都能在命名空间内部进行声明或定义，例如类、函数、typedef、#define 等都可以出现在命名空间中。

站在编译和链接的角度，代码中出现的变量名、函数名、类名等都是一种符号（Symbol）。

有的符号可以指代一个内存位置，例如变量名、函数名；
有的符号仅仅是一个新的名称，例如 typedef 定义的类型别名。

下面来看一个命名空间完整示例代码：

https://www.cnblogs.com/zjuhaohaoxuexi/p/16470113.html

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《C++命名空间》一节讲到，C++ 引入命名空间是为了避免合作开发项目时产生命名冲突，例如：

#include <iostream>
namespace Li {  //小李的变量定义
    class Student {
    public:
        void display(){
            std::cout << "Li::display" << std::endl;
        }
    };
}
namespace Han {  //小韩的变量定义
    class Student {
    public:
        void display() {
            std::cout << "Han::display" << std::endl;
        }
    };
}
int main() {
    Li::Student stu1;
    stu1.display();
 
    Han::Student stu2;
    stu2.display();
    return 0;
}　

程序执行结果为：

如上所示，小李与小韩各自定义了以自己姓氏为名的命名空间，此时再将他们各自定义的 Student 类放在一起编译就不会有任何问题。

那么，

当进行多文件编程时，命名空间又该如何使用呢？(个人：用在头文件中)
一个项目的多个头文件中可以使用同一个命名空间吗？(个人：可以，例如，string头文件，vector头文件等使用的都是同一个命名空间std)

接下来就对这些疑问做一一解答。

《C++多文件编程是什么》一节讲到，当进行多文件编程时，

通常是将声明部分（例如变量、函数和类等）划分到 .h 文件中，
将实现部分划分到 .cpp 文件中。

当进行多文件编程时，命名空间常位于 .h 头文件中。

举个例子，如下是对之前程序做的合理划分：

//student_li.h
#ifndef _STUDENT_LI_H
#define _STUDENT_LI_H
namespace Li {  //小李的变量定义
    class Student {
    public:
        void display();
    };
}
#endif
 
//student_li.cpp
#include "student_li.h"
#include <iostream>
void Li::Student::display() {
    std::cout << "Li::display" << std::endl;
}
 
//student_han.h
#ifndef _STUDENT_HAN_H
#define _STUDENT_HAN_H
namespace Han {  //小韩的变量定义
    class Student {
    public:
        void display();
    };
}
#endif
 
//student_han.cpp
#include "student_han.h"
#include <iostream>
void Han::Student::display() {
    std::cout << "han::display" << std::endl;
}
 
//main.cpp
#include <iostream>
#include "student_han.h"
#include "student_li.h"
int main() {
    Li::Student stu1;
    stu1.display();
    Han::Student stu2;
    stu2.display();
    return 0;
}

项目执行结果为：

注意，当类的声明位于指定的命名空间中时，如果要在类的外部实现其成员方法，需同时注明所在命名空间名和类名（例如本项目中的 Li::Student::display() ）。

上面的程序示例中，不同的头文件中使用的是不同的命名空间，除此之外，不同头文件中也可以使用名称相同的命名空间，但前提是位于该命名空间中的成员必须保证互不相同。

举个例子：

//demo1.h
#ifndef _DEMO1_H
#define _DEMO1_H
#include<iostream>
namespace demo {
    void display() {
        std::cout << "demo1::display" << std::endl;
    }
    int num=20;
}
#endif
 
//demo2.h
#ifndef _DEMO2_H
#define _DEMO2_H
#include <iostream>
namespace demo {
    void display(int a) {
        std::cout << "demo2::display" << std::endl;
    }
    //int num; 因为 demo1.h 中已经声明有同名的变量，取消注释会造成重定义错误
}
#endif
 
//main.cpp
#include <iostream>
#include "demo1.h"
#include "demo2.h"
int main() {
    demo::display();
    demo::display(2);
    std::cout << demo::num << std::endl;
    return 0;
}

项目执行结果为：

demo1::display
demo2::display
20

注意，本例中 display() 函数的实现也位于 .h 文件中，仅仅是为了演示方便，读者可自行将该函数的声明和定义进行合理划分。

可以看到，demo1.h 和 demo2.h 文件中都定义有 demo 命名空间，当这 2 个头文件被引入到 main.cpp 文件中时，意味着 demo 空间中同时包含 display()、display(int n) 以及 num 这 3 个成员。也就是说，分散在不同头文件中的同名命名空间会合并为一个。

(个人：必须将不同的头文件都包含，才能使用，也就是在编译当前文件可见，否则虽然定义的成员在同一个命名空间中，因此得要求不能重复定义，但是使用时我们得要求在成员名字在当前编译的文件中可见。实际这里的在main中合并，是声明使得命名空间中的名字可见，命名空间相当于在成员名字外面加了一层外壳，由即使不使用，同一个命名空间的成员不得重复定义可知，在不同文件同一命名空间中的成员早就合并了，只是分散在各个文件，在当前文件并不可见)