c++ 的namespace及注意事项

前文

下文中的出现的"当前域"为"当前作用域"的简写
namepsace在c++中是用来避免不同模块下相同名字冲突的一种关键字，本文粗略的介绍了一下namespace的使用以及需要注意的地方：

• 1.可通过显示指定namespace，or使用using引入符号的方式， or使用using namepsace加载整个namespace的方式使用一个名称空间下的符号
• 2.显示指定符号所属namespace的情况下，无论该表达式在哪里都是按照namespace绝对路径进行匹配而不是相对路径
• 3.using 指令是存在作用域和指令顺序性的，允许同时使用多个namespace，同时使用多个namespace存在相同的符号并不会覆盖，但编译会报ambigious，可通过显示指定符号所属namespace解决
• 4.using namespace相当于在当前域把namespace下的所有符号导入全局，如果当前域有局部变量，会出现局部变量覆盖全局变量的情况；
• 5.直接使用using引入变量A，相当于在当前域涉及到的A都是这个引入的A，不允许覆盖，同名，重复，否则报错。
• 6.对于匿名namespace， 编译器为每个不同编译单元(.o文件)生成的不同的namespace并使用它，可通过匿名空间实现类似于static的符号外部不可见性
• 7.namespace在编译期完成后的本质就是给符号加前缀
• 8.人生苦短，我还是显示指定吧

正文

使用namespace

下文简单的创建了一个名为n1的namespace，在其中放入了一个变量number，并在main()中使用了它

namespace n1{
    int number = 1;
};

int main(){
    //1.显式指出使用那个namespace下的number
    std::cout<<n1::number<<std::endl; 
    
    //2.引入n1::number后再使用它
    using n1::number;                
    std::cout<<number<<std::endl;
    return 0;
}

还有另一种方式获取到n1::number，可以通过using namespace加载整个namespace进来，但这种方式有其复杂性(后文详述)，通常不推荐使用

namespace n1{
    int number = 1;
}

int main(){
    using namespace n1;        //使用namespace n1
    std::cout<<number<<std::endl; 

    return 0;
}

符号的namepsace查找规则

由于namespace是支持嵌套的，在显式指出符号所属的namespace的情况下，无论这个表达式放在什么地方，都是按照绝对路径从头开始匹配namespace，什么意思呢， 如下：

namespace n1{
    void fn(){
        std::cout<<"1"; //这里是去找std::cout， 而不是找 n1::std::cout
    }
}

global namspace

因为编译器为程序默认创建使用一个的global namespace(未显示指定在其余namespace下的定义生命变量都在global namespace下), 对于global namespace， 直接使用::， 前面什么都不需要加, 一般而言全局域的::是可以省略的，因为所有创建的东西都是在全局名称空间下，包括自己创建的namespace， 所以std::cout和::std::cout是一样的。

int number = 0;

int main(){
    std::cout<<::temp<<std::endl;
return 0;
}

作用域

下面的例子显示了 using 是有作用域的，和一般的变量的作用域规则一样

namespace n1{
    int number = 1;
}

namespace n2{
    int number = 2;
}

int main(){
    {
        using  n1::number;
        std::cout<<number<<std::endl;     // 1 输出n1::number
        {
            using  n2::number;
            std::cout<<number<<std::endl; // 2 输出n2::number
        }
        std::cout<<number<<std::endl;     // 1 输出n1::number
    }
    return 0;
}

覆盖

当使用using namespace的时候，就会使用一个namespace，同时支持多个namespace的使用，在同时使用多个namespace的情况下，是会存在同名符号冲突的情况的，如下：
此时还是需要通过显示的指出所属namespace来解决

int number = 0;         //global namespace

namespace n1{
    int number = 1;      //n1 namespace
}

int main(){
    using namespace n1;
    std::cout<<number<<std::endl; //由于同时存在两个全局变量number，所以此处会报ambigious的错误
return 0;
}

但如果此处using的变量则没有问题，其相当于在当前域引入了一个变量number

int number = 0;

namespace n1{
    int number = 1;
}

int main(){
    using n1::number;              //声明接下来要使用n1::number了，接下里的number都是它，相当于在当前域引入了一个变量number
    std::cout<<number<<std::endl; //没问题，输出1
return 0;
}

当使用一个namespace的时候，就相当于在当前域把该namespace的变量都导入全局中了，如往常，局部变量会覆盖全局变量

namespace n1{
    int number = 1;
}

int main(){
    int number = 0;
    using namespace n1;
    std::cout<<number<<std::endl;//输出的结果为0， 局部变量覆盖了n1::number
return 0;
}

但是要注意，如果是引入变量到当前域，和之前所说的一样相当于定义一个变量，编译器严格控制了，不允许再定义相同的符号

namespace n1{
    int number = 1;
}

int main(){
    using n1::number;    // error: redeclaration of ‘int number’
    int number = 0;
return 0;
}

匿名namespace

当定义一个名称空间时，可以忽略这个名称空间的名称，这种名称空间又被称为匿名namespace(匿名空间)

namespace {
    int number;
}

编译器在内部会为这个名称空间生成一个唯一的名字，而且还会为这个匿名的名称空间生成一条using指令。所以上面的代码在效果上等同于：

namespace __UNIQUE_NAME_ {
        int number;
}
using namespace __UNIQUE_NAME_;

匿名空间在不同的编译单元下的__UNIQUE_NAME_ 是不同的，可以用来解决链接阶段不同编译单元(.o文件)的符号同名现象，如下

**************f1.c***************
namespace{
    int number;
}
void fn1(){}

**************f2.c***************
namespace{
    int number;
}
void fn2(){}

**************main.c***************

int main(){
return 0;    
}

**************编译链接***************
 ⚡ root@acnszavl00033 � ~/temp/test g++ -c f1.c
 ⚡ root@acnszavl00033 � ~/temp/test g++ -c f2.c
 ⚡ root@acnszavl00033 � ~/temp/test g++ -o a.out main.c f1.o f2.o

但如果去掉了f1.c和f2.c中的namespace就会报重定义的错，因为在链接阶段会发现有两个同名符号（详见编译链接(1)的2.1 关于链接)；namespace在编译期后的本质，就是给不同的名称空间下的符号加上前缀, 而static将变量的可见性限制为.o文件内部(而不是源文件内部)，因无法在编程时显示调用我要xxx.o文件的匿名空间从而使用到其符号，所以也常见google也使用匿名空间以替代static

跨文件使用namespace

有时候我们希望跨文件使用namespace，可以如下使用方式

**************fn1.h***************
namespace n1{
    extern int number;    //声明
}
**************fn1.c***************
namespace n1{
   int number = 1;        //定义
}

**************main.c***************
#include"fn1.h"
#include<iostream>
int main(){
    std::cout<<n1::number<<std::endl;
return 0;
}

当我们使用g++ main.c fn1.c去编译的时候应该想到，其做了如下操作,

g++ -c main.c //生成main.o
g++ -c fn1.c  //生成fn1.o
g++ main.o fn1.o

因为我们知道namespace在编译期后的本质，就是给不同的名称空间下的符号加上前缀, 所以在链接阶段，要链接符号前缀相同，所以可以链接上