【C++】踏上C++学习之旅(一)：初识C++和命名空间

前言

本文是正式踏上C++学习之旅的第一篇文章，也是我分享C++笔记的第一篇文章。在这篇文章中，我会给大家介绍C++的发展历史，让大家更好从C语言过渡到C++，也会让大家认识到为什么C++能够兼容C语言的语法。

光是讲解C++的历史那可就太无趣了，所以在本文中我还会给大家加一点料 —— “命名空间”，以及如何高效的使用C++中命名空间。

还会教大家如何用C++的方式，输出"Hello World"。

1. 初识C++

C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代， 计算机界提出了OOP(objectoriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。所以我们经常说到C++是面向对象的语言，而C语言是面向过程的语言。

1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此：C++是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行面向对象的程序设计。

请大家记住C++诞生的时间(1982年)以及发明C++的大佬 —— “本贾尼”！

2. C++的发展阶段

作为了解就好，但是也要知道我们现在是在用C++版本是多少。

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0	添加虚函数概念，函数和运算符重载，引用、常量等
C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理
C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++03	C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性
C++05	C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布
C++11	增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等
C++14	对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等
C++17	在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等
C++20	自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等
C++23	明确的对象参数（Deducing this）、if consteval、多维下标运算符、内建衰减复制支持、标记不可达代码（std::unreachable）、平台无关的假设（[[assume]]）、命名通用字符转义、扩展基于范围的 for 循环中临时变量的生命周期、constexpr 增强、简化的隐式移动、静态运算符 static operator[] 以及类模板参数推导

C++还在不断地向后发展。但是现在公司主流的是用的还是C++98和C++11，等大家以后工作时可以慢慢钻研C++的新特性，现在这需要我们熟练的掌握C++98和C++11这两个标准即可。

我们现在学习阶段大都接触到的也就是这两种标准(C++11和C++98)。

2. 命名空间

2.1 为什么要有命名空间？

请大家看一下下面的代码：

#include<stdio.h>int rand = 0;
int main()
{int rand = 10;printf("%d\n",rand);return 0;
}

上面的代码会不会报错？相信掌握C语言语法的读者就会说，上面的代码是可以正常编译通过的。没错，上面的代码的确是没有任何问题的。

那如果我将上述的代码做了一点改变，代码还能正常编译过去吗？

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 0;
int main()
{int rand = 10;printf("%d\n",rand);return 0;
}

如果你们自己去测试的话，显然会出现编译错误。

这是什么原因呢？
编译器说rand重定义，而且错误是我们在引用stdlib.h的头文件之后才出现的。到这里我们就意识到了有个rand的变量名或者时函数名，而我们知道一个.c/.cpp的源文件在编译阶段的预处理阶段会把头文件的内容给展开，所以就会出现rand重定义了。

这个问题在C语言上只能是要你改变这个变量名了。C++就能够解决这个问题，即使你不更改变量名，编译器也不会报错，这个C++的利器就是命名空间

为了让大家对命名空间的这个新事物引起更高的重视，我来给大家举个生活中实际例子：

比如现在有一个互联网公司，这个公司最近准备研发一个项目，老板就把项目就分配给了一个小组，而小组里面有两人小明和小刚负责分别负责这个项目的两个模块。他们两个写啊写啊，终于有一天他们俩将各自写的项目都提交了上去，编译一下却出现错误，经过检查发现他们两个项目的变量名有很多是重叠了，这个会出现命名冲突的问题。如果他们是用C语言来写的话，那必定有一方得是改变变量命名，那两个人肯定都不愿意改的。如果用C++的命名空间的话，就可以完美避开这个问题了。

好了，在讲完命名空间的重要性之后，我们就得认识一下命名空间的用法以及底层的原理！

2.2 命名空间的语法

namespace 命名空间名
{内容
}

下面我来一遍做展示，一遍拓展：

1. 这个是我们进行正常的命名空间定义：

namespace test
{int rand = 10;int Add(int x, int y){return x+y;}struct Node{int data;struct Node* next;}
}

🍉我们不仅可以在命名空间定义并初始化变量，还可以进行对函数的定义，结构体的定义等。

2. 命名空间可以嵌套：

namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}

🍉可以看到我们中命名空间去嵌套另一个命名空间。

3. 同一个工程中允许不同的文件出现名称相同的命名空间，但是最后编译器会将不同文件相同名称的命名空间给合并到一起：

//这个是test.h文件里面的命名空间
namespace N1
{int Mul(int left, int right){return left * right;}
}//这个是test.cpp文件里面的命名空间
namespace N1
{int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}

经过编译器的编译之后，最后的合并的结果就是：

namespace N1
{int Mul(int left, int right){return left * right;}int a;int b;int Add(int left, int right){return left + right;}namespace N2{int c;int d;int Sub(int left, int right){return left - right;}}
}

2.3 命名空间的原理

提到命名空间，我们就不得不提另一个概念"域"。

想必大家或多或少都会在C语言中听过"作用域"(全局域、局部域)这个名词。这个就是"域"中的一种，在C++中还有命名空间域、类域等等。而我们现在说讲的命名空间，它的实质就是一种命名空间域。

那可能有的读者会问，"域"是个什么东西？
那我们可以先从我们熟悉的入手，全局域和局部域。我们都知道在给全局变量和局部变量去相同的变量名时，程序是不会报错的，这个就是"域"的作用。我们可以把"域"想象成一面墙，被这面的墙隔开的事物互不干扰，你干你的事，我刚我的事。
讲到这里，我相信你已经对命名空间域已经有感觉了。我们也可以把命名空间域看作是一面墙，将局部域与全局域给隔开了。在这个域里面有自己独自维护的变量。

🍉所以我们可以总结一下：命名空间是解决全局变量与头文件的命名冲突问题，或者是解决同一个工程项目中不同模块之间的命名冲突问题。

2.4 使用命名空间的三种方式

我们讲解了命名空间的原理，那命名空间里面的成员我们该怎么引用呢？比如：

namespace test
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型int a = 0;int b = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}

int main()
{// 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符printf("%d\n", a);return 0;
}

2.4.1 加命名空间名称及作用域限定符( :: )

int main()
{printf("%d\n", test::a);return 0;
}

2.4.2 使用using关键字将命名空间中某个成员 引入

using  test::b;
int main()
{printf("%d\n", test::a);printf("%d\n", b);return 0;
}

这种方式建议使用！！！

2.4.3 使用using namespace 命名空间名 引入

using  namespace test;
int main()
{printf("%d\n", test::a);printf("%d\n", b);Add(10,20);return 0;
}

🍉注意：使用这个方法时是有风险的(这个命名空间里面有着和全局变量一样的变量名)，所以我们在平时进行练习或比赛的时候使用即可。

---

3. 简单了解C++的输入和输出

我们再学一门新的语言时，往往会都会干一件事，就是在屏幕上输出"Hello World"。
所以这里我们就简单认识一下C++的输入和输出。

#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{cout<<"Hello world!!!"<<endl;return 0;
}

说明：
1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及按命名空间使用方法使用std。
2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。
3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。
4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。
C++的输入输出可以自动识别变量类型。
5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应
头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，
规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持<iostream.h>格式，后续编译器已不支持，因
此推荐使用+std的方式。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 10;double b = 3.1415;char c = 'l';// 可以自动识别变量的类型cin>>a;cin>>b>>c;cout<<a<<endl;cout<<b<<" "<<c<<endl;return 0;
}

🍉最后在声明一点,std命名空间的使用惯例：
std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。
2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

到这里本文就结束了，如果觉得文章写得还不错的话，麻烦给偶点个赞吧！！！