【C++】命名空间 namespace 与 标准流 iostream ( 命名空间概念简介 | 命名空间定义 | 命名空间使用 | iostream 中的命名空间分析 )

一、命名空间 namespace

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1、命名空间基本概念

命名空间 namespace 又称为 名字空间 , 名称空间 , 名域 , 作用域 , 是 C++ 语言 对 C 语言 的扩展 之一 ;

C++ 中的 命名空间 namespace 指的是 标识符 的 可见范围 , C++ 标准库中的 所有 标识符 , 都定义在 std 命名空间中 ;

2、名称概念

命名空间 英文名称是 " namespace " , name 是 名字 , 名称 的意思 , space 空间 ; 这里的 名称 name 可以是

• 符号常量 名称
• 变量 名称
• 宏定义 名称
• 函数 名称
• 结构体 名称
• 枚举 名称
• 类 名称
• 对象 名称

在命名空间中 , 可以定义上述 符号常量 , 变量 , 宏定义 , 函数 , 结构体 , 枚举 , 类 , 对象 等内容 ;

命名空间 不是专门定义 标识符名称的 , 而是可以定义 C++ 中出现的所有语法元素 ;

4、C 语言的命名空间

在 C 语言中 , 只有一个命名空间 namespace , 就是 全局作用域 ;

C 语言中 , 所有的 全局标识符 , 都共享 同一个 命名空间 namespace ( 作用域 / 名字空间 ) ;

这就使得 , 在 C 语言开发中 , 标识符 定义 经常出现冲突 , 在 C 语言 的 大规模开发中 , 不同的团队 开发者之间不好协调 ;

• 示例 1 : 开发者 A 定义了 全局变量 name , 开发者 B 也定义了 全局变量 name , 这就导致了二者之间出现了冲突 ;
• 示例 2 : C 语言模块 1 中定义了 全局变量 name , 在 C 语言模块 2 中定义了相同名称的全局变量 name , 如果 主程序 同时导入了这两个模块 , 就出现了冲突 ;

鉴于上述问题 , 在 C++ 中引入了新的概念 , 命名空间 namespace , 解决上述 标识符名称冲突的问题 ;

3、命名空间避免标识符冲突

C++ 被设计用于开发 大规模 的程序 , 参与开发的 开发者 或 团队 可能很多 , 每个开发者都要定义各种 变量 函数 类 对象 等 , 涉及到大量的 标识符 名称 ;

为了避免名称冲突 , 引入了 命名空间 namespace 关键字 , 每个开发者将自己写的 名称 定义到 专门的空间中 , 这个空间就是 命名空间 namespace ;

命名空间 namespace 可以避免 定义 各种 变量名称 / 函数名称 等名称时 , 出现 " 名称冲突 " 问题 ;

在 命名空间 中 , 开发者可以 将 各种 常量 / 变量 / 宏定义 / 函数 / 结构体 / 枚举 / 类 / 对象 等 内容 , 组织在一起 , 避免与 其它 命名空间 或 全局标识符 发生冲突 ;

命名空间 可以 将 整体的 全局作用于 切割成 不同的区域 , 也就是 不同的区域 使用 不同的 命名空间 ;

不同的 命名空间 中 , 可以定义 相同名称的 标识符 , 不会出现冲突 ;

C++ 中 的 默认命名空间是 全局作用域 , 访问 全局作用域 中的标识符 ,

• 可以直接访问 ,
• 也可以使用 ::标识符 进行访问 ;

命名空间 是 可以嵌套的 , 可以在一个命名空间中 , 定义另外一个命名空间 ;

C++ 的命名空间 可以理解为 Java 中的 包名 Package , 在不同的 Package 包 中 , 可以定义相同名称的 类 ;

二、命名空间定义

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1、命名空间基本概念

C++ 命名空间类型 :

• 嵌套命名空间 : 在 命名空间 中可以 嵌套 定义 另一个命名空间 , 内层 被 嵌套的 命名空间 可以进一步嵌套 ; 访问 嵌套 命名空间 标识符 , 需要将 不同层次 的 命名空间都写上 ;
• 普通命名空间 : 标识符 独立 的 使用 范围 , 在 普通命名空间 中定义的标识符 , 可以在 其它命名空间 或 默认的全局命名空间 中使用 ;

2、命名空间定义语法

命名空间定义语法 : 定义 命名空间 需要使用 namespace 关键字 , 将要定义的内容 写在 namespace 命名空间名称 后的大括号中 ;

namespace 命名空间名称 {  
    // 声明标识符  
    // 可以是 符号常量 , 变量 , 宏定义 , 函数 , 结构体 , 枚举 , 类 , 对象 等内容  
}

命名空间定义示例 :

// 自定义命名空间
namespace MyNamespace {
	// 声明标识符  
	int myVariable = 10;
	void myFunction() {
		// 函数体  
		cout << "MyNamespace myFunction" << endl;
	}
}

3、代码示例 - 命名空间定义使用

这里要特别注意 , 在下面的代码中 , 定义了 MyNamespace 命名空间 ,

但是在该 文件 中没有使用 该 命名空间 , 那么如果要访问 命名空间 中的内容 , 需要添加 MyNamespace :: 前缀 ,

访问 MyNamespace 命名空间中的 的 myVariable 变量 , 需要使用 MyNamespace::myVariable 代码访问 ;

访问 MyNamespace 命名空间中的 的 myFunction 方法 , 需要使用 MyNamespace::myFunction() 代码访问 ;

代码示例 :

// 包含 C++ 头文件
#include "iostream"

// 使用 std 标准命名空间
//		该命名空间中 , 定义了很多标准定义
using namespace std;

// 自定义命名空间
namespace MyNamespace {
	// 声明标识符  
	int myVariable = 10;
	void myFunction() {
		// 函数体  
		cout << "MyNamespace myFunction" << endl;
	}
}


int main() 
{
	cout << "命名空间中的变量 : " << MyNamespace::myVariable << endl;
	MyNamespace::myFunction(); // 调用命名空间中的函数 
	
	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
}

执行结果 :

命名空间中的变量 : 10
MyNamespace myFunction
Press any key to continue . . .

三、命名空间使用

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1、命名空间默认访问方式

如果不导入命名空间 std , 将 using namespace std; 代码注释掉 , 此时就会报错 , cin , cout , endl 都会报 " 未定义标识符 " 错误 ;

如果想要在 不声明 命名空间 的情况下 , 使用 标准流 中的标识符 , 就需要使用

• std::cout
• std::endl
• std::cin

否则 无法访问 这些 标识符;

代码如下 : 在下面的代码中 , 没有声明全局命名空间 std , 要使用 iostream 中的标识符 , 必须加上 std:: 前缀 ;

// 包含 C++ 头文件
#include "iostream"

// 使用 std 标准命名空间
//		该命名空间中 , 定义了很多标准定义
//using namespace std;

int main()
{
	// 定义圆半径 , 周长 , 面积 对应的变量
	double r = 0, p = 0, a = 0;

	// 提示输入圆半径
	std::cout << "输入圆半径 :" << std::endl;

	// 从命令行标准输入得到的数据 到 变量 r 指示的内存空间中
	std::cin >> r;
	std::cout << "接收到圆半径 :" << r << std::endl;

	// 计算圆周长
	p = 3.14159 * 2 * r;

	// 计算圆面积
	a = 3.14159 * r * r;

	// 打印计算结果
	std::cout << "圆周长为 :" << p << " 圆面积为 : " << a << std::endl;


	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
}

执行结果 :

输入圆半径 :
10
接收到圆半径 :10
圆周长为 :62.8318 圆面积为 : 314.159
请按任意键继续. . .

2、使用命名空间

使用命名空间 语法 : 使用如下语法 , 可以 声明使用一个命名空间 , 可以直接访问命名空间中的元素 ;

// 使用 指定的 命名空间
using namespace 命名空间名称;

如果要使用 嵌套的命名空间 , 如 : 命名空间 A 中定义 命名空间 B , 命名空间 B 中定义了 命名空间 C , 则使用如下语法 :

// 使用 指定的 嵌套 命名空间
using namespace A::B::C;

之前的章节中 , 自定义了 命名空间 MyNamespace ,

// 自定义命名空间
namespace MyNamespace {
	// 声明标识符  
	int myVariable = 10;
	void myFunction() {
		// 函数体  
		cout << "MyNamespace myFunction" << endl;
	}
}

但是 , 使用时 , 必须通过 MyNamespace::myVariable 的形式访问 命名空间 中的变量 ;

如果想要 直接访问命名空间元素 , 可以使用上述 语法 , 导入命名空间 :

// 使用自定义的命名空间
// 注意 : 使用命名空间需要在 定义命名空间之后
using namespace MyNamespace;

注意 : 使用 命名空间 需要在 定义命名空间之后 , 否则会报错 ;

3、使用默认的命名空间

当前的 全局命名空间 就是 默认的 命名空间 , 如果你 没有在 命名空间 中定义 变量 / 类 / 函数 等元素 , 而是 直接在 C++ 代码中直接定义 , 那么这些元素 就是 定义在了 默认的 命名空间 中 ;

将变量定义在 C++ 代码中 , 就是定义了 全局空间变量 , 就是 默认命名空间 中的变量 ;

调用 默认命名空间 中的变量 , 可以使用 :: 前缀访问 ;

代码示例 :

// 包含 C++ 头文件
#include "iostream"

// 将变量 定义在了 默认命名空间 : 全局命名空间
int globalVariable = 10;

// 将函数 定义在了 默认命名空间 : 全局命名空间
void globalFunction() {
	std::cout << "globalFunction" << std::endl;
}

int main() {
	::globalFunction();		// 调用全局函数 默认命名空间中的函数  
	::globalVariable = 20;  // 修改全局变量 默认命名空间中的变量
	std::cout << "::globalVariable : " << ::globalVariable << std::endl;

	// 调用 默认命名空间 中的元素 , 不加域操作符也可以使用
	globalFunction();		// 调用全局函数 默认命名空间中的函数  
	globalVariable = 30;    // 修改全局变量 默认命名空间中的变量
	std::cout << "globalVariable : " << globalVariable << std::endl;

	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
	return 0;
}

执行结果 :

globalFunction
::globalVariable : 20
globalFunction
globalVariable : 30
Press any key to continue . . .

4、代码示例 - 使用命名空间

完整代码示例 :

// 包含 C++ 头文件
#include "iostream"

// 使用 std 标准命名空间
//		该命名空间中 , 定义了很多标准定义
using namespace std;

// 自定义命名空间
namespace MyNamespace {
	// 声明标识符  
	int myVariable = 10;
	void myFunction() {
		// 函数体  
		cout << "MyNamespace myFunction" << endl;
	}
}

// 使用自定义的命名空间
// 注意 : 使用命名空间需要在 定义命名空间之后
using namespace MyNamespace;


int main() 
{
	cout << "命名空间中的变量 : " << myVariable << endl;
	myFunction(); // 调用命名空间中的函数 
	
	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
}

执行结果 :

命名空间中的变量 : 10
MyNamespace myFunction
Press any key to continue . . .

四、标准流 iostream

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标准流 iostream 的内容 , 都定义在 std 命名空间中 ;

C++ 语言为了与 C 语言 在 头文件上 进行区分

• C++ 语言的头文件没有 .h 后缀 ;
• C 语言的头文件有 .h 后缀 ;

1、查看 iostream 头文件

在代码中 , " Ctrl + 左键 " 点击 iostream 头文件 , 即可 跳转到该 标准流 头文件中 ;

在 Visual Studio 2019 中的 解决方案资源管理器 中 , 双击展开 外部依赖项 ,

向下翻 , 就可以找到 iostream 头文件 ,

2、iostream 头文件源码

iostream 头文件 , 只有 60 行代码 , 核心的内容都定义在 yvals_core.h 和 istream 头文件中 ;

在 该头文件 中 , 第 19 行使用了 _STD_BEGIN 宏定义 , 相当于定义 namespace std { 命名空间的开始 , 最后的第 53 行使用的 _STD_END 宏 相当于 命名空间的 定义结束 } ;

// iostream standard header

// Copyright (c) Microsoft Corporation.
// SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception

#pragma once
#ifndef _IOSTREAM_
#define _IOSTREAM_
#include 
#if _STL_COMPILER_PREPROCESSOR
#include 

#pragma pack(push, _CRT_PACKING)
#pragma warning(push, _STL_WARNING_LEVEL)
#pragma warning(disable : _STL_DISABLED_WARNINGS)
_STL_DISABLE_CLANG_WARNINGS
#pragma push_macro("new")
#undef new
_STD_BEGIN // 开始定义 std 命名空间
#ifdef _M_CEE_PURE
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern istream cin, *_Ptr_cin;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern ostream cout, *_Ptr_cout;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern ostream cerr, *_Ptr_cerr;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern ostream clog, *_Ptr_clog;

__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern wistream wcin, *_Ptr_wcin;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern wostream wcout, *_Ptr_wcout;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern wostream wcerr, *_Ptr_wcerr;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern wostream wclog, *_Ptr_wclog;

#else // _M_CEE_PURE
      // OBJECTS
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT istream cin, *_Ptr_cin;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT ostream cout, *_Ptr_cout;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT ostream cerr, *_Ptr_cerr;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT ostream clog, *_Ptr_clog;

__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT wistream wcin, *_Ptr_wcin;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT wostream wcout, *_Ptr_wcout;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT wostream wcerr, *_Ptr_wcerr;
__PURE_APPDOMAIN_GLOBAL extern _CRTDATA2_IMPORT wostream wclog, *_Ptr_wclog;

// CLASS _Winit
class _CRTIMP2_PURE_IMPORT _Winit {
public:
    __thiscall _Winit();
    __thiscall ~_Winit() noexcept;

private:
    __PURE_APPDOMAIN_GLOBAL static int _Init_cnt;
};
#endif // _M_CEE_PURE
_STD_END // 结束定义 std 命名空间
#pragma pop_macro("new")
_STL_RESTORE_CLANG_WARNINGS
#pragma warning(pop)
#pragma pack(pop)
#endif // _STL_COMPILER_PREPROCESSOR
#endif // _IOSTREAM_

3、yvals_core.h 头文件中 std 命名空间相关宏定义

在 yvals_core.h 头文件中 , 定义了 std 命名空间相关的宏定义 , 如 : _STD_BEGIN , _STD_END , _STD 等 ;

// NAMESPACE
#define _STD_BEGIN namespace std {
#define _STD_END }
#define _STD ::std::

4、iostream 使用时一般导入 std 命名空间

在 C++ 代码中 , 经常见到 下面两行代码 在一起使用 ,

使用 C++ 的 iostream 标准流时 , 需要使用 #include "iostream" 代码先导入该标准库 ;

由于 iostream 头文件中没有定义 全局命名空间 , 如果要使用 cin 或者 cout , 必须加上 std:: 前缀 , 如 : std::cin 和 std::cout ;

// 包含 C++ 头文件
#include "iostream"

// 使用 std 标准命名空间
//		该命名空间中 , 定义了很多标准定义
using namespace std;