c++基础篇（三）——命名空间

前言：
   与c相比，命名空间是c++的一大特色，这样的设计注定了c++是面向超大型编程项目的。

1 介绍

  为什么需要命名空间？在c中并不支持命名命名空间，c在大型项目中会遇到烦人的命名重复的问题。大型工程中，不同的模块会分配给不同的人或团队开发，各自模块测试通过，最终合到一起时可能会发现命名重复，给模块设计带来额外的负担。使用第三方代码时，也存在与其命名重复的可能，c++引入命名空间可以很好的解决大型项目中命名重复的问题。

2 定义命名空间

   c++中通过关键词 namespace 定义一个命名空间，在这个命名空间内定义的变量或函数即属于这个命名空间，必须通过该命名空间才能访问到。以下代码定义了命名空间 MyNameSpace ，并且通过命名空间名访问了命名空间内的函数和变量，访问通过 :: 符号。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
int Val1 = 1;
int Val2 = 2;

int Add(int Num1, int Num2)
{
    return Num1 + Num2;
}
}

int main(void)
{
    int Rtn = 0U;

    Rtn = MyNameSpace::Add(MyNameSpace::Val1, MyNameSpace::Val2);
    std::cout << Rtn << std::endl;

    return 0;
}

  一个源文件内可同时定义多个命名空间，不同命名空间内的命名可以重复，通过命名空间名来区分。

#include <iostream>

namespace MyNameSpaceFirst
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    int Add(int Num1, int Num2)
    {
        return Num1 + Num2;
    }
}

namespace MyNameSpaceSecond
{
    int Val1 = 11;
    int Val2 = 22;
    int Val3 = 33;

    int Add(int Num1, int Num2, int Num3)
    {
        return Num1 + Num2 + Num3;
    }
}

int main(void)
{
    int Rtn = 0U;

    Rtn = MyNameSpaceFirst::Add(MyNameSpaceFirst::Val1, MyNameSpaceFirst::Val2);
    std::cout << Rtn << std::endl;

    Rtn = MyNameSpaceSecond::Add(MyNameSpaceSecond::Val1, MyNameSpaceSecond::Val2, MyNameSpaceSecond::Val3);
    std::cout << Rtn << std::endl;

    return 0;
}

  命名空间可以多次定义，即继续往里添加内容。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;

    int Add(int Num1, int Num2)
    {
        return Num1 + Num2;
    }
}

namespace MyNameSpace
{
    int Val2 = 2;
}

namespace MyNameSpace
{
    int Sub(int Num1, int Num2)
    {
        return Num1 - Num2;
    }
}

int main(void)
{
    std::cout << MyNameSpace::Val1 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace::Val2 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace::Sub(5, 1) << std::endl;

    return 0;
}

3 使用命名空间

  命名空间定义后，通过关键词 using 指令导入一个名称空间进行使用。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;
}

using namespace MyNameSpace;

int main(void)
{
    std::cout << Val1 << std::endl;
    std::cout << Val2 << std::endl;

    return 0;
}

   using namespace MyNameSpace 使用 using 导入 MyNameSpace 命名空间中的所有名称，就不需要每次在调用命名空间中成员时都加 <MyNameSpace>:: 了，注意其有作用域。
  命名空间也有作用域的限制，仅在其域内可见，以下是示例代码。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;
}

int main(void)
{
    {
        using namespace MyNameSpace;

        std::cout << Val1 << std::endl;
        std::cout << Val2 << std::endl;
    }

    // std::cout << Val1 << std::endl; /* Error. */
    // std::cout << Val2 << std::endl;

    return 0;
}

  若命名空间里的名称与局部变量同名，则会使用局部变量。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;
}

int main(void)
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    {
        using namespace MyNameSpace;

        std::cout << Val1 << std::endl;
        std::cout << Val2 << std::endl;
    }

    std::cout << Val1 << std::endl;
    std::cout << Val2 << std::endl;

    return 0;
}

  输出结果为。

1
2
1
2

  当命名空间中的名称与非局部名称同名时，编译器会报错，因为产生了二义性，程序不知道应该调用哪个。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    void Fun(void)
    {
        printf("Call Fun 1\n");
    }
}

int Val1 = 3;
int Val2 = 4;

void Fun(void)
{
    printf("Call Fun 2\n");
}

int main(void)
{
    {
        using namespace MyNameSpace;

        std::cout << Val1 << std::endl;
        std::cout << Val2 << std::endl;
        Fun();
    }

    std::cout << Val1 << std::endl;
    std::cout << Val2 << std::endl;
    Fun();

    return 0;
}

4 不同命名空间内成员同名

  如果两个命名，比如变量名同名，但属于不同命名空间，可以通过命名空间名分别调用他们，语法为 <NameSpace>::<ObjectName>。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace1
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;
}

namespace MyNameSpace2
{
    int Val1 = 3;
    int Val2 = 4;
}

int main(void)
{
    std::cout << MyNameSpace1::Val1 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace2::Val1 << std::endl;

    return 0;
}

  输出结果为。

1
3

  建议不止是在命名重复时用这种方式调用命名空间内成员，养成这种好的编码习惯可以预防将来发生命名重复。

5 命名空间新增成员

  已经定义的命名空间如何继续往里新增成员，新增和定义的方式相同。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    void Fun(void)
    {
        printf("Call Fun 1\n");
    }
}

namespace MyNameSpace
{
    int Val3 = 3;
}

void Fun(void)
{
    printf("Call Fun 1\n");
}

int main(void)
{
    std::cout << MyNameSpace::Val1 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace::Val2 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace::Val3 << std::endl;
    Fun();

    return 0;
}

  输出结果为。

1
2
3
Call Fun 1

6 命名空间嵌套

  命名空间也支持嵌套，以下是代码示例。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace1
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    namespace MyNameSpace2
    {
        int Val1 = 3;
        int Val3 = 4;
    }
}

int main(void)
{
    std::cout << MyNameSpace1::Val1 << std::endl;
    std::cout << MyNameSpace1::MyNameSpace2::Val1 << std::endl;

    return 0;
}

  输出结果为。

1
3

  命名空间嵌套的不同层级之间成员名也可同名，通过加 <NameSpace>:: 前缀来调用，前缀数量和顺序和嵌套层级对应。
  也可以把头文件包含放到命名空间中，这样头文件中的成员都需要通过该命名空间进行访问，在一些大型项目中为了防止与第三方库的命名同名，会使用此方法，比如Qt6。

#include <iostream>
QT_BEGIN_NAMESPACE
#include <QString>
QT_END_NAMESPACE

int main() {
    using namespace Qt;

    QString message = "Hello, World!";
    std::cout << qPrintable(message) << std::endl;

    return 0;
}

  有时嵌套层级太多了，为了省去前缀可以这样写。

#include <iostream>

namespace MyNameSpace1
{
    int Val1 = 1;
    int Val2 = 2;

    namespace MyNameSpace2
    {
        int Val1 = 2;
        int Val3 = 3;
    }
}

int main(void)
{
    using namespace MyNameSpace1::MyNameSpace2;

    std::cout << Val1 << std::endl;

    return 0;
}

  输出结果为。

2