C和C++中的名字空間和作用域

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一、C語言有名字空間這個概念嗎？

提到名字空間（或者可能更普遍的叫法，名稱空間），很可能先想到的是C++，甚至是C#。C中沒有名字空間吧？一開始我也是這樣認為的，直到我看了C primer plus這本書，才直到C語言中其實也有名字空間的概念！而為什麼我們更熟悉C++中的名字空間呢？能是因為我們一些C++程式，不過知不知道為什麼，總是要加上一句using namespace std吧。其實C語言中也是有名字空間的概念的，只不過C語言中不能自定義名字空間，而C++中，我們可以定義自己的名字空間。

二、C語言中的名字空間和作用域

在網上看過很多資料，很多人都認為名字空間是作用域的一個補充，認為名字空間是為了區分同一作用域下相同的識別符號，解釋的也有一定道理。
但是在C primer plus中理解的是作用域是對名字空間的一個補充。我是這樣理解的：名字空間之間是相互獨立的，但是作用域之間卻有包含的關係，比如說一個全域性變數和一個函式內部的區域性變數，全域性變數的作用域是檔案作用域，而區域性變數的作用域是塊作用域，但是在函式內部全域性變數就消失了嗎？沒有呀，我們依然可以訪問全域性變數，只不過當區域性變數和全域性變數同名時，全域性變數被隱藏了而已。可能有點糊塗，沒關係，往下看。

三、C語言中有4中名字空間

C語言中的四種名字空間分別為：

• 所有的標籤l（label）都屬於同一個名字空間
• struct、union、和enum的名稱，在C99中稱之為tag，所有的tag屬於同一個名稱空間。也就是說，如果你已經宣告struct A { int a }; 就不能再宣告 union A { int a };
  說明：之所以讓所有的tag組成一個名稱空間，由於tag前面總是帶struct、union和enum關鍵字，所以編譯器可以將它們與其他的識別符號區分開。
• struct和union的成員位於它們各自struct或union名稱空間下，相互獨立互不影響，並且可以形成遞迴的名稱空間（如struct中再定義struct）。
  例如：如果你已經宣告 struct A { int a };其成員的名稱為a，你仍然可以宣告 struct B { int a}; 或者 union B { int a };
  說明：之所以讓struct和union成員各自成為一個名稱空間，是因為它們的成員訪問時，需要通過".“或”->"運算子，而不會單獨使用，所以編譯器可以將它們與其他的識別符號區分開。由於列舉型別enum的成員可以單獨使用，所以列舉型別的成員不在這一名稱空間類。
• 其他所有的識別符號，屬於同一個名稱空間。包括變數名、函式、函式引數，巨集定義、typedef的型別名、enum的成員等等。

四、C語言中有四種作用域

C語言中四種作用域為：

• 塊作用域
  塊作用域作用域整個大括號中，比如一個函式中的區域性變數就具有塊作用域。還要注意，函式頭中的形式引數也是塊作用域，它的作用範圍也是整個函式體
• 檔案作用域
  檔案作用域也叫全域性作用域，作用範圍是整個檔案。全域性作用域有連結屬性一說，分為內部連結屬性（靜態連結屬性）和外部連結屬性。當全域性變數被static修飾的時候，有內部連結屬性，也就是作用域為本.c檔案，在其他.c檔案中是不可見的。而當全域性變數被extern修飾的時候（也是預設的情況，如果不寫，就預設extern），有外部連結屬性，也就是不僅作用域本.c檔案，也作用域其他.c檔案。之所以叫連結屬性，是因為C語言的編譯單元為一個.c檔案，也就是說，如果在不同的.c檔案中含有同名的全域性變數，在編譯的時候是不會發現錯誤的，因為不同的.c檔案時分別編譯的，編譯時期是相互獨立的。但是在連結階段就會報錯。
• 函式作用域
  注意和塊作用域相互區分，函式體中的區域性變數具有塊作用域，而不是函式作用域。所謂函式作用域，只針對“標號”。什麼意思呢？我們知道C語言有個goto語句（當然由於goto語句使程式的邏輯混亂，所以C++中摒棄了goto語句），那麼我們要goto到什麼地方呢？這個地方是用一個叫“標號”的東西表示的。比如我們用goto語句實現一個迴圈。

int i,sum=0;

i=1;

loop: if(i<=100)

{

　　sum=sum+i;

　　i++;

　　goto loop;

}

其中loop就是標號，他的作用域叫函式作用域，在函式內部有效。

• 函式原型作用域
  函式原型作用域就是在函式原型宣告時，形參的作用域。

比如 void fun(int a,int b);

其中a和b的作用域就是函式原型作用域，作用域小括號內部。注意和函式定義時，形參的作用域相區別，定義時，函式形參的作用域是塊作用域，在函式體內有效。

重點是檔案作用域和塊作用域。

五、同一名字空間中的同一個作用域中，名字（識別符號）只能唯一

直接看例子吧，來的比較直接一些。

#include <stdio.h>

int fun = 10;

void fun()

{

         printf("hahaha\n");

}

 

int main()

{

         return 0;

}

結果：編譯時出錯！

gec@ubuntu:~/linux/nfs/struct$ gcc main.c -o main
main.c:5:6: error: ‘fun’ redeclared as different kind of symbol
 void fun()
      ^~~
main.c:3:5: note: previous definition of ‘fun’ was here
 int fun = 10;
     ^~~

原因就是 全域性變數fun和函式fun有著相同的名字空間，都是位於第4種名字空間中，而且兩者的作用域都是檔案作用域，同一名字空間和同一作用域中是不能夠有相同的識別符號的。
再來看一個例子：

#include <stdio.h>

struct fun{

         int a;

         int b;

};

void fun()

{

         printf("hahaha\n");

}

 

int main()

{

         return 0;

}

結果：通過編譯，沒有問題。

這是因為，雖然struct fun和函式fun有著相同的作用域，都是檔案作用域，但是有著不同的名字空間，struct fun屬於第二種名字空間，而函式fun屬於第四種名字空間。
再看一個例子：

#include <stdio.h>

struct fun{

         int a;

         int b;

};

void fun()

{

         printf("hahaha\n");

}

 

int main()

{

         struct fun fun;

         fun.a = 10;

         fun.b = 20;

         return 0;

}

結果：編譯通過

我們來看 struct fun fun；這個語句，兩個fun並不衝突，因為他們有著不同的名字空間。第一個fun位於第二種名字空間中，而第二個fun位於第三種名字空間中，所以不衝突。
再看一個例子：

#include <stdio.h>

struct fun{

         int a;

         int b;

};

enum fun{

         A,

         B,

         C

};

 

int main()

{

         return 0;

}

結果：編譯錯誤

gec@ubuntu:~/linux/nfs/struct$ gcc main.c -o main
main.c:11:6: error: ‘fun’ defined as wrong kind of tag
 enum fun{
      ^~~

原因：struct fun和enum fun中的fun有著相同的名字空間，都是位於第二種名字空間中，而且他們的作用域都是檔案作用域，所以一樣啦。
再來看一個例子（不常用）：

#include <stdio.h>

int main()

{

         int loop = 10;

         int i = 0;

loop:i++;

          if(i < 10)

                   goto loop;

         return 0;

}

結果：通過編譯，沒有問題

原因，變數loop和標號loop位於不同的名字空間，變數loop位於第四種名字空間，而標號loop位於第一種名字空間。

最後再看一個例子（最常用）：

#include <stdio.h>

int a = 10;

int b = 20;

 

int main()

{

         int b = 30;

         a = 50;

         printf("a = %d,b = %d\n",a,b);

         return 0;

}

結果，編譯通過：且輸出為：

gec@ubuntu:~/linux/nfs/struct$ gcc main.c -o main
gec@ubuntu:~/linux/nfs/struct$ ./main 
a = 50,b = 30

原因 雖然全域性變數和區域性變數位於同一個名字空間中，都是位於第4中名字空間中，但是全域性變數b的作用域為檔案作用域，而區域性變數b的作用域為塊作用域，作用域小的b會將作用域大的b隱藏掉。

其實這就是我認為，作用域是名字空間的一個補充，的原因。

兩個b有著同樣的名字空間，但是有著大小不同的作用域，實際上檔案作用域的作用範圍是包含塊作用域的作用範圍的，這也是為什麼在函式內部依然可以訪問全域性變數a的原因。作用域實際上是包含的關係，小的作用域會將大的作用域隱藏掉。但是名字空間之間卻是相互獨立的，這一點在C++中，自定義名字空間時，會體會的更深刻。

再次表明一下我的觀點，我認為，作用域是對名字空間的一個補充，當在同一個名字空間中，用作用域來描述名字（也就是識別符號）的可見性，小的作用域會隱藏大的作用域。

六、下面說說C++中的名字空間

首先，C++中繼承了C語言中的名字空間，也就是那四類名字空間在C++中依然適用。需要說明的是，類的名字，位於第二種名字空間中，類中的成員的名字位於第三種名字空間中，這一點和struct、enum等類似。

C++中允許我們自定義名字空間，自定義的方法就是適用namespace關鍵字。
先考慮這樣一個問題：
一個工程中有多個.c檔案，其中一個.c檔案讓柯南完成，另外一個.c檔案讓小蘭完成。這兩個人心有靈犀，都定義了一個叫conan的全域性變數，這個時候當工程連結的時候就會報錯。原因是兩個conan有同樣的名字空間，都是位於第4種名字空間中，也有著同樣的作用域，都是檔案作用域，於是這兩個conan就衝突了。

怎麼解決呢？

前面提到過，只有同一個名字空間中同一作用域下，相同的名字才會衝突。所以要解決衝突無非就是修改名字空間或者作用域。首先說修改作用域，前面提到過，檔案作用域的識別符號有一個連結屬性，static修飾的，的作用域僅僅限於本.c檔案，而extern（或者預設情況下）作用域是所有.c檔案，所以我們可以個其中一個conan加上static修飾，這樣就改變了作用域，就不會衝突了，但是問題是，我們既然定義成全域性變數，通常情況下，我們都希望它有外部連結屬性。我們之所以定義成全域性變數，很可能就是為了讓其他.c檔案使用。所以static雖然解決了衝突，但是沒有達到我們的目的。那麼我們只能夠用另一種方法解決衝突了，就是修改名字空間，這在C語言中是不可行的，因為C語言中就那4中名字空間。但是在C++中是可行的，因為C++可以自定義名字空間。
於是柯南將他的int conan;寫成了:

namespace nan

{

       int conan;

}

小蘭將他的int conan;寫成了：

namespace lan

{

       int conan;

}

這樣柯南的conan就在名字空間nan中了，而小蘭conan就在名字空間lan中了，就不衝突了。

但是需要注意，在其他檔案中引用時，需要帶上名字空間名比如，lan.conan;

至於namespace的詳細用法，以及using namespace的使用，就不寫了，大家看書就好。

七、最後提一下C語言中怎樣解決命名衝突。

C語言中怎樣解決命名衝突呢？C語言並不支援自定義名字空間，所以解決命名衝突貌似只能是：1、 如果可能的話用static修飾（有些情況是不能能用static修飾的，比如提供給外部使用的函式）2、在命名上下功夫，比如使用字首，比如libnids庫中的所有函式都是nids_開頭的。