C++std命名空间和头文件详解

Posted 2021-04-23 C和C加加

来源：http://i0k.cn/4QMoG

一.前言

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，cpp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。

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 fpHan::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关键字声明，例如：

using Li::fp;fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fpHan :: 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 fpHan::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。在 using 声明后，如果有未具体指定命名空间的变量产生了命名冲突，那么默认采用命名空间 Li 中的变量。

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：

#include <stdio.h>
//将类定义在命名空间中namespace Diy{ class Student{ public: char *name; int age; float score;
 public: void say(){ printf("%s的年龄是 %d，成绩是 %f\n", name, age, score); } };}
int main(){ Diy::Student stu1; stu1.name = "小明"; stu1.age = 15; stu1.score = 92.5f; stu1.say();
 return 0;}

运行结果：

小明的年龄是 15，成绩是 92.500000

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 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，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。这样共存在了两份功能相似的库，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。

二.下面是我总结的 C++ 头文件的现状：

1. 旧的 C++ 头文件，如 iostream.h、fstream.h 等将会继续被支持，尽管它们不在官方标准中。这些头文件的内容不在命名空间 std 中。

2. 新的 C++ 头文件，如 iostream、fstream 等包含的基本功能和对应的旧版头文件相似，但头文件的内容在命名空间 std 中。

注意：在标准化的过程中，库中有些部分的细节被修改了，所以旧的头文件和新的头文件不一定完全对应。

3. 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。

4. 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。

三.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;}

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://c.biancheng.net"<<endl;} int main(){ //声明命名空间std using namespace std;  cout<<"C语言"<<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stdusing namespace std; void func(){ cout<<"http://c.biancheng.net"<<endl;} int main(){ cout<<"C语言"<<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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