C++ 入门指南：历史、首个程序与命名空间详解

下图是截止写这篇文章时热门编程语言的排行榜：

下图是主流编程语言的流行度变化情况：

由以上两图我们可以看到，C++、C 语言以及 Java 都是名列前茅的。这些变化并不是衡量编程语言好坏的标准，反映的则是行业技术趋势和人才需求方向。

4.2 C++ 在工作领域中的应用

C++ 的应用领域包括服务器端、游戏引擎、机器学习引擎、音视频处理、嵌入式软件、电信设备、金融应用、基础库、操作系统、编译器、基础架构、基础工具、硬件交互等很多方面。

由此可见，C++ 这门语言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。

C++ 学习建议及推荐的书籍

5.1 学习难度

C++ 这门语言的学习难度无疑是最难学的编程语言之一，其本身的语言设计和发展历史，决定了这门语言难学难精的特点。在网上流传着这样的梗图——21 天精通 C++：

5.2 推荐的书籍

对于学习 C++ 这门语言，有三本比较推荐的书籍：

C++ Primer：主要讲解语法，经典的语法书籍，前后中期都可以看。前期如果自学看可能会有点晦涩难懂，能看懂多少看懂多少，就当预习；学了培训课程后，中后期作为语法字典，非常好用。

STL 源码剖析：主要从底层实现的角度结合 STL 源码，庖丁解牛式剖析 STL 的实现，是侯捷老师的经典之作。可以很好地帮助我们学习别人用语法是如何实现出高效简洁的数据结构和算法代码，如何使用泛型封装等。让我们不再坐井观天，闭门造车，本书课程上一半以后，中后期可以看。

Effective C++：本书也是侯捷老师翻译的，本书有一句评价，把 C++ 程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了 55 个如何正确高效使用 C++ 的条款，建议中后期可以看一遍，工作 1-2 年后再看一遍，相信会有不一样的收获。

第一个 C++ 程序

我们在刚刚学习 C 语言的时候写了这样一个程序：

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

那么现在我们来看看第一个 C++ 程序是怎么写的：

#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还是有很大差别的，比如头文件啊、输入输出啊等方面，那现在我们就慢慢细说。

头文件

C++ 与 C 语言的第一个差别是在头文件上。一般来说，C++ 的头文件是不带有 ".h" 字样的。在标准头文件上，C 语言是 <stdio.h>，表示的是标准的输入输出 (standard input output)；而 C++ 的标准头文件则是 <iostream>，表示的是输入输出流 (input output stream)。

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 {} 即可，{} 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，所以下面的 rand 不在冲突了。
• C++ 中域有函数局部域、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，所有有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，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，当然它还可以嵌套定义。
• 项目工程中多文件中定义的同名 namespace 会认为是一个 namespace，不会冲突。
• C++ 标准库都放在一个叫 std (standard) 的命名空间中。

在 C++ 程序上我们可以看到，多了 using namespace std; 这行字。为什么呢？这就要追溯到 C++ 语言的本质了，C++ 语言的本质是为了解决 C 语言的不足，为了让语言用起来更加顺畅。

我们在写 C 语言程序时通常会碰到命名冲突，就是说自己命名的变量与头文件中的变量会冲突：

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

这段代码编译之后就会出现这样的问题：

这样就说明我们现在的变量 rand 与 <stdlib.h> 这个头文件的 rand() 函数重名了，发生了冲突。

那么我们的祖师爷本贾尼是怎么解决的呢？他就提出了使用命名空间这么个域来区分自己的变量和头文件中的变量。

首先就是 namespace 的用法，就以上的代码为例，如果我想使用 rand 这个变量名，那我就要这么写：

namespace + 限定域名字 {...}

同时，想要访问限定域中的变量，要使用到作用域解析运算符 ::，这样才能准确找到限定域中的变量。

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
namespace my_space {
    int rand(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}
int main() {
    printf("%p\n", rand);
    printf("%p", my_space::rand);
    return 0;
}

这样一来，编译之后就不会报错了，运行结果如下：

可见，程序这时候就能准确识别出头文件中的函数和我限定域中的函数。

这时候就会有人要问了，为什么加上 namespace 之后就可以使用了？

变量使用方法

我们的程序在寻找变量时，是这样的：

没有限定域时：局部 -> 全局 -> (如果没找到 -> 报错) 有限定域时：直接在限定域找 (使用作用域解析运算符 ::)

因为同一作用域下不能使用同名运算符，不同作用域下可以使用同名运算符。

在 namespace 中，不只有单变量，也可以使用结构体、函数等等，如下代码所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace my_space {
    int rand = 1;
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    typedef struct ListNode {
        int data;
        struct ListNode* next;
    } ListNode;
}
int main() {
    printf("%d\n", my_space::rand);
    printf("%d", my_space::add(1, 7));
    return 0;
}

运行结果如下：

命名空间的嵌套使用

对于命名空间，肯定有人就会问了，命名空间中能不能嵌套使用啊？可以的。对于嵌套使用，我们可以这样子写：

#include <iostream>
namespace my_space {
    namespace my_brother {
        char His_name[20] = "Li Hua";
    }
    namespace my_sister {
        char Her_name[20] = "Xiao Hong";
    }
}
int main() {
    printf("%s\n", my_space::my_brother::His_name);
    printf("%s", my_space::my_sister::Her_name);
    return 0;
}

运行结果如下：

命名空间的使用方法

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。

所以我们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：

#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;
}

但是这样子有一个弊端就是，每次在使用 std 或者自定义限定域时，就要一直加上 std:: 或者限定域名字 ::，很麻烦。有没有好一点的办法呢？有：

2. 展开命名空间中全部成员，项目不推荐，冲突风险很大，日常小练习程序为了方便推荐使用。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：

#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，这样就不用每次都写 std::了
    cout << "你好" << endl;
    return 0;
}

但是这种方式的缺点就是，会将 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的情况发生。那有没有什么这种一点点方法呢？有的。

3. using 将命名空间中某个成员展开，项目中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种方式。

#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。