零點(diǎn)起飛學(xué)C++之命名空間和作用域

1、第14章 命名空間和作用域命名空間（namespace）是一種將相關(guān)的類型進(jìn)行分組的邏輯命名方案。它將各種命名實(shí)體進(jìn)行分組，各組間可以互不影響，避免出現(xiàn)重名，這與Java的包機(jī)制類似。學(xué)習(xí)本章，讀者可以更好理解大型開發(fā)中的各種設(shè)計(jì)規(guī)劃，更好地深入學(xué)習(xí)項(xiàng)目構(gòu)建。14.1 為什么使用命名空間程序員在給對(duì)象命名時(shí)，一般都會(huì)使用一些有意義的記號(hào)，這些記號(hào)包括單詞、漢語(yǔ)拼音，或者縮寫等。所以很可能出現(xiàn)多個(gè)實(shí)體擁有不同的功能卻有相同的名稱。但是，C+中采用的是單一的全局變量命名空間，在這單一的空間中，實(shí)體必須有唯一的名字。但現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同名現(xiàn)象，這種命名沖突被稱為名字污染。當(dāng)然，為了解決這一問題，程序

2、員可以盡量給自己的實(shí)體命名一個(gè)特有的名字。比如myString、stringOfTom等。甚至可以在實(shí)體名稱上加上一個(gè)隨機(jī)的編碼，如string6547、string82734798等。但是這樣做不僅意義不明確，而且無論在使用時(shí)還是修改時(shí)都很不方便。更為糟糕的是，有時(shí)程序員不得不將實(shí)體命名為一個(gè)簡(jiǎn)單而容易沖突的名字，如user_name、password、login等。為了從根本上解決名字污染問題，C+引入了命名空間的命名機(jī)制，它提供了一種組織相關(guān)實(shí)體的邏輯方式?？梢詫⒚臻g理解為一個(gè)文件夾，其內(nèi)的對(duì)象就像一個(gè)個(gè)文件，不同文件夾內(nèi)的文件可以重名。在使用重名的文件時(shí)，只需要說明是哪個(gè)文件夾下的

3、就行了。但它與文件夾又有本質(zhì)上的區(qū)別，命名空間是一種邏輯組合，而不是文件夾那樣的物理組合。命名空間為實(shí)體提供了上下文環(huán)境。一個(gè)實(shí)體可在多個(gè)命名空間中定義，它在不同命名空間中的命名是互不相干的。這樣，在一個(gè)新的命名空間中可定義任何實(shí)體，它們不會(huì)與任何已有的實(shí)體發(fā)生沖突，因?yàn)橐延械亩x都處于其他命名空間中。例如Tom是X公司的員工，另一個(gè)Tom是Y公司的員工。由于它們?cè)诓煌墓荆跃哂邢嗤拿植⒉粫?huì)帶來麻煩，因?yàn)楣揪拖喈?dāng)于一個(gè)獨(dú)立的名字空間。如果兩人在同一家公司，那將肯定會(huì)引起許多不必要的麻煩。14.2 定義命名空間命名空間用namespace來聲明，后跟空間的名稱，名稱之后是由花括號(hào) 包

4、含起來的聲明塊。在一個(gè)名字空間內(nèi)聲明的實(shí)體被稱為名字空間成員（namespace member），每個(gè)成員都必須指向該名字空間內(nèi)的唯一實(shí)體，不同的名字空間可以具有相同名字的成員。命名空間的格式如下所示。namsespace space_name.其中，namespace是名字空間的關(guān)鍵字，space_name是空間的名稱，花括號(hào)內(nèi)是命名的實(shí)體。實(shí)體可以是變量（可以帶有初始化）、常量、結(jié)構(gòu)體、類等各種類型，也可以是另一個(gè)命名空間。把一個(gè)實(shí)體放在名字空間中并不會(huì)改變其意義，唯一的不同是這樣的聲明所引入的名字要與名字空間名復(fù)合起來。程序員可以根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)命名空間，每個(gè)命名空間名代表一個(gè)不同的命名

5、空間域，但是不同的命名空間不能同名?！臼纠?4-1】 兩個(gè)名字空間。分析：該示例定義了兩個(gè)命名空間SpaceA和SpaceB，在兩個(gè)空間內(nèi)都有同樣的類名A和變量str，但是在使用時(shí)并沒有引入沖突。注意：名字空間的說明與類的聲明有點(diǎn)兒像，但是它不能以“;”結(jié)束。名字空間的定義可以是不連續(xù)的?？梢詫⒁粋€(gè)名字空間拆成多個(gè)部分或跨越多個(gè)文件，但卻具有同一個(gè)名字。這時(shí)它們都將屬于同一個(gè)名字空間，既名字空間的定義是可累積的。例如，如果在上例中還有如下語(yǔ)句，變量hello將和類A和串str同屬空間SpaceA。namespace SpaceAchar *hello=hello world;還可以將上述語(yǔ)句放

6、在另一個(gè)文件內(nèi)，使用時(shí)將該文件引入，這樣字符串hello仍然和示例中的命名空間SpaceA是同一個(gè)空間。名字空間還可以嵌套，既在名字空間內(nèi)還可以有另一個(gè)名字空間。例如，在示例14-1的名字空間SpaceA內(nèi)還可以定義另一個(gè)名字空間SpaceAA。【示例14-2】 在示例14-1中嵌入另一個(gè)空間的定義。分析：空間SpaceAA被空間SpaceA嵌套在內(nèi)部，它的成員聲明被隱藏在該嵌套域中。這樣的成員會(huì)被自動(dòng)地加上最外層名字空間名，形成多空間前綴。所以，如果使用它就需要寫成：SpaceA:SpaceAA:str;此外，名字空間中的名字部分也可以省略，這時(shí)就定義了一個(gè)未命名的名字空間。例如，將示例中n

7、amespace SpaceB的名稱SpaceB去掉，就定義了一個(gè)未命名的名字空間。未命名空間的實(shí)體將只在定義它的文件內(nèi)有效。不像其他的名字空間，未命名的名字空間的定義局部于定義它的文件內(nèi)，而不能跨越多個(gè)文本文件。14.3 如何使用命名空間使用命名空間有兩種方法：域限定符和使用using聲明。下面將分別介紹它們的用法和別名的用法。1使用域限定符域限定符是:，其使用方法如下所示。space_name:space_member;如果命名空間是嵌套的，則要連續(xù)寫出所有空間名。space_name1:space_name2:.:space_nameN:space_member;但是，如果實(shí)體在未命名的

8、空間內(nèi)，則可以直接訪問，就像一個(gè)全局變量一樣。2使用using聲明命名空間一個(gè)using聲明一次只能作用于一個(gè)命名空間，它明確指出了用到的命名空間。其格式如下：using namespace name_space;using name_space:space_memeber;第一種方式表示將命名空間引入到該文件中，以后對(duì)該命名空間內(nèi)的成員訪問時(shí)，就不需要加完整的空間限定了。第二種方式表示只引入space_member這一個(gè)成員，而其他成員不可見。3別名有時(shí)名字空間的命名太長(zhǎng)不方便使用，這時(shí)可以給它定義一個(gè)別名。namespace othername=space_name;當(dāng)使用space_na

9、me時(shí)，就可以用名字othername來替代。假設(shè)有命名空間MyFirstNameSpace，在不引起歧義和沖突的情況下，可以給它一個(gè)別名My。【示例14-3】 給名字空間MyFirstNameSpace定義另一個(gè)別名。namespace My=MyFirstNameSpace;分析：以后就可以使用My，就像直接使用MyFirstNameSpace一樣?！臼纠?4-4】 演示一個(gè)名字空間的完整使用示例，文件otherfile.h定義一個(gè)名字空間OtherFile。文件test14_4.cpp中的代碼使用了otherfile.h中定義的名字空間。分析：該示例定義了3個(gè)名字空間OtherFile和

10、ThisFile，以及1個(gè)未命名的空間。使用OtherFile時(shí)，需要將它所在的文件包含進(jìn)來，而且使用了using將該名字空間進(jìn)行了聲明。所以，如果不加限定，則變量str和函數(shù)fun都將是命名空間OtherFile的成員。而要使用ThisFile的成員就必須加限定域。unnamed在未命名空間內(nèi)，所以可以直接訪問。技巧：使用未命名的名字空間可以取代static限定，將實(shí)體的作用域限定在一個(gè)文件內(nèi)部。14.4 我的地盤我做主作用域作用域就是實(shí)體的作用范圍，它限定了某個(gè)實(shí)體的生存期和有效期。作用域是編程中經(jīng)常要考慮的問題，也是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題的地方。本節(jié)將詳細(xì)講解C+中的各種作用域的概念和注意事項(xiàng)。

11、14.4.1 什么叫作用域程序中的實(shí)體名字并不總是有效或可用的，它有效或可用的代碼范圍就是它的作用域。作用域的使用提高了程序邏輯的局部性，增強(qiáng)了程序的可靠性，減少了名字沖突。在C+中作用域可以從5個(gè)層面來理解。文件作用域：也稱做全局作用域，它限定實(shí)體的作用范圍僅在某個(gè)文件內(nèi)；命名空間：它限定實(shí)體的作用范圍僅在某個(gè)命名空間內(nèi)，命名空間可以跨越多個(gè)文件；類作用域：它限定實(shí)體的作用范圍僅在該類內(nèi)有效；函數(shù)作用域：它限定實(shí)體僅在聲明它的函數(shù)內(nèi)有效；塊作用域：也叫局部作用域，它限定實(shí)體僅在一個(gè)花括號(hào)內(nèi)有效。14.4.2 作用域的分類對(duì)應(yīng)于14.4.2節(jié)，作用域可以從5個(gè)層面來劃分，分別是文件作用域、命名

12、空間、類作用域、函數(shù)作用域以及塊作用域等。1文件作用域文件作用域是全局的，它在所有其他作用域之外說明。其作用域從定義處開始，一直延伸到源文件結(jié)束。如果某個(gè)文件被引入到另一個(gè)文件中，則原文件中的作用域也擴(kuò)展到該文件中，直到該文件結(jié)束。但是如果用static來修飾實(shí)體，該實(shí)體將僅在定義它的文件內(nèi)有效。用戶也可以用匿名名字空間來代替static修飾符。每個(gè)文件都有一個(gè)匿名名字空間，不同文件的匿名空間互不影響。2命名空間命名空間的引入目的是為了解決名字沖突的問題。如果不使用命名空間，就必須給全局變量和函數(shù)賦予特定名字，以防止名字沖突。使用名字空間，就可以使用名字空間的限定來避免名字沖突的問題。當(dāng)然更主

13、要的是可以通過名字空間別名，使用聲明（特定的名字）和使用指示（全部名字）來達(dá)到既能有效防止沖突，又能在已確定的上下文中更方便地訪問名字的作用。3類作用域當(dāng)用struct和class定義一個(gè)自定義類型時(shí)，就定義了一個(gè)類作用域。它指在類的定義中由一對(duì)花括號(hào)所包含起來的部分。處于類作用域下的變量和函數(shù)通常被稱為成員變量和成員函數(shù)，它們可以是靜態(tài)的（屬于類型），也可以是非靜態(tài)的（屬于實(shí)例）。靜態(tài)的成員變量和成員函數(shù)與非成員變量和函數(shù)類似，而類型在這里只是起到一個(gè)特殊的名字空間的作用，公共的靜態(tài)成員函數(shù)如果是可見的，那也是可訪問的，也就具備外部鏈接的能力。在類的定義中可知，類域中可以定義變量，也可以定義

14、函數(shù)。從這一點(diǎn)上看類域與文件域很相似。但是，類域又不同于文件域。在類域中定義的變量不能使用auto、register和extern等修飾符，只能用static修飾符，而定義的函數(shù)也不能用extern修飾符。另外，在類域中的靜態(tài)成員和成員函數(shù)還具有外部的連接屬性。4函數(shù)作用域每個(gè)函數(shù)都構(gòu)成了一個(gè)函數(shù)域，函數(shù)域的概念跟變量的存儲(chǔ)位置和生命期有關(guān)。函數(shù)的參數(shù)和在函數(shù)中聲明并定義的變量被稱為局部變量或者是自動(dòng)變量。它們分配在堆棧上。它們隨著函數(shù)的執(zhí)行而生成，隨著函數(shù)的退出而消亡。而靜態(tài)成員變量和非成員變量則分配在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中，它們的位置是固定的，生命期從程序啟動(dòng)一直到程序關(guān)閉。5塊作用域局部域的作用通

15、常是用來進(jìn)一步限制局部變量的使用范圍。在某個(gè)局部域聲明的局部變量，在退出該局部域時(shí)會(huì)被自動(dòng)銷毀。用戶自己產(chǎn)生的代碼塊（局部域）多用于所謂的關(guān)鍵區(qū)，用來同步線程對(duì)外部狀態(tài)的訪問。如果函數(shù)需要寫的很長(zhǎng)，刻意地區(qū)分不同的局部域也有助于代碼的可讀性和防止不必要的錯(cuò)誤。技巧：當(dāng)局部變量和全局變量同名時(shí)，所有對(duì)變量名的引用都會(huì)指向局部變量。此時(shí)，如果使用全局變量，就要用作用域解析符:來限定變量?！臼纠?4-5】 作用域的使用舉例，文件other.h中定義一個(gè)函數(shù)fun()。主文件test14_5.cpp中使用other.h中定義的函數(shù)fun()。分析：該示例中，定義了命名空間mySpace、類myClass，它們的成員分別局限在命名空間和類內(nèi)。函數(shù)fun1()和字符串str1是文件內(nèi)全局有效。頭文件other.h引入了另外兩個(gè)實(shí)體fun和str，它們的作用域自動(dòng)擴(kuò)展到了主文件內(nèi)，變成全局有效。所以，如果fun1和str1寫成fun和str，則將會(huì)和other.h文件中的f