C++ 入门基础：历史、首个程序与命名空间详解

由此可见，C++ 在现代社会发展中起着举足轻重的作用，学好这门语言可以参与社会中绝大多数的行业生产。

学习建议及推荐书籍

学习难度

C++ 的学习难度无疑是最高的编程语言之一，其本身的语言设计和发展历史决定了难学难精的特点。网上流传着'21 天精通 C++'的梗图，这恰恰说明了其复杂性。

经典书籍

对于初学者和进阶者，有三本比较推荐的书籍：

1. 《C++ Primer》：主要讲解语法，经典的语法书籍。前期自学可能略显晦涩，可作为预习；学了相关课程后，中后期作为语法字典非常好用。
2. 《STL 源码剖析》：侯捷老师的经典之作。主要从底层实现角度结合 STL 源码，庖丁解牛式地剖析 STL 的实现。有助于理解别人如何用语法实现高效简洁的数据结构和算法，如何运用泛型封装。建议课程上一半以后，中后期阅读。
3. 《Effective C++》：同样由侯捷老师翻译。本书有句评价：'把 C++ 程序员分为看过此书的和没看过此书的'。主要讲了 55 个条款，教你如何正确高效地使用 C++。建议中后期看一遍，工作 1-2 年后再看一遍，会有不一样的收获。

第一个 C++ 程序

我们在刚学习 C 语言时通常写这样的程序：

#include<stdio.h>
int main() {
    printf("Hello World\n");
    return 0;
}

那么第一个 C++ 程序是怎么写的呢？

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "Hello World" << endl;
    return 0;
}

可以看出，这两段代码在写法上有很大差别，比如头文件和输入输出方式。下面我们来细说。

头文件

C++ 与 C 语言的第一个差别在于头文件。一般来说，C++ 的头文件不带 ".h" 后缀。在标准头文件上，C 语言是 <stdio.h>（Standard Input Output），表示标准的输入输出；而 C++ 的标准头文件则是 <iostream>（Input Output Stream），表示输入输出流。

命名空间

基本定义

定义命名空间需要使用 namespace 关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对 {}，其中即为命名空间的成员。命名空间中可以定义变量、函数、类型等。

namespace 本质是定义出一个域，这个域跟全局域各自独立，不同的域可以定义同名变量，从而避免冲突。C++ 中的域包括函数局部域、全局域、命名空间域、类域。域影响的是编译时语法查找一个变量/函数/类型出处（声明或定义）的逻辑。有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了影响编译查找逻辑，还会影响变量的生命周期；命名空间域和类域不影响变量生命周期。

namespace 只能定义在全局，当然还可以嵌套定义。项目工程中多文件中定义的同名 namespace 会被认为是同一个 namespace，不会冲突。C++ 标准库都放在一个叫 std（standard）的命名空间中。

为什么需要命名空间？

在 C 语言程序中，我们常碰到命名冲突，即自己命名的变量与头文件中的变量重名：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int rand = 1; // 与 stdlib.h 中的 rand() 函数冲突
int main() {
    printf("%d", rand);
    return 0;
}

这段代码编译后会出现错误，说明变量 rand 与头文件中的函数发生了冲突。

为了解决这个问题，提出了使用命名空间来区分自己的变量和头文件中的变量。

命名空间的使用方式

编译查找一个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间里面去查找。所以要使用命名空间中定义的变量/函数，有三种方式：

1. 指定命名空间访问（项目中推荐）

这种方式每次在使用自定义限定域时，都要加上限定域名字 ::，很麻烦，但最安全。

#include<iostream>
namespace my_space {
    int a = 1;
    int b = 2;
}
int main() {
    // 这里使用 my_space:: 这样的方式来指定查找的作用域
    printf("%d\n", my_space::a);
    printf("%d", my_space::b);
    return 0;
}

2. 展开命名空间中全部成员（日常小练习推荐）

这种方式就是我们现在刚开始学习使用到的最常用的方式，但项目中不推荐，因为冲突风险很大。

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    // cout 是 std 中的函数，这里使用了 using 将 std 中的变量全部暴露于全局中
    cout << "你好" << endl;
    return 0;
}

这种方式的缺点是将 std 中的变量名与自己的变量放在同一作用域中，可能会导致命名冲突。

3. using 将命名空间中某个成员展开（项目中经常访问的成员推荐）

这种方式适合项目中经常访问但不存在冲突的成员。

#include<iostream>
// 这样就相当于只把 cin 和 cout 这两个函数名暴露在全局中
using std::cin;
using std::cout;
int main() {
    int i = 0;
    cin >> i;
    cout << i;
    return 0;
}

小贴士：如果同个命名空间在不同文件中一起使用，系统会自动将多文件的相同命名空间进行合并，并不会当成其他的命名空间。同时，C++ 标准库都放在一个叫做 std 的命名空间中。