C++入门——关键字+命名空间

这篇文章开始，我们进入C++的学习。

前言

什么是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，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(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。

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。

C++的发展史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。

语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。

我们先来看下C++的历史版本：

C++还在不断的向后发展。

但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所以大家不用追求最新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更新的特性。

C++的重要性

1. 使用广泛度

下图数据来自TIOBE编程语言社区2021年12月最新的排行榜，在30多年的发展中，C/C++几乎一致稳居前5：

TIOBE 编程语言社区排行榜是编程语言流行趋势的一个指标，每月更新，这份排行榜的排名基于互联网上有经验的程序员、 课程和第三方厂商的数量。

排名使用著名的搜索引擎（诸如 Google、MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube 以及 Baidu 等）进行计算。

注意：排名不能说明那个语言好，那个不好，每门编程语言都有适应自己的应用场景。

2. 工作领域的应用

1. 操作系统及大型系统软件开发

所有操作系统几乎都是C/C++写的，许多大型软件背后几乎都是C++写的。

比如：Photoshop、Office、JVM(Java虚拟机)等，究其原因还是性能高，可以直接操控硬件。

服务器端开发

后台开发：主要侧重于业务逻辑的处理，即对于前端的请求，后端给出对应的响应，现在主流采用java，但内卷化比较严重，大厂可能会有C++后台开发，主要做一些基础组件，中间件、缓存、分布式存储等。

服务器端开发比后台开发更广泛，包含后台开发，一般对实时性要求比较高，比如游戏服务器、流媒体服务器、网络通讯等都是采用C++开发的。

游戏开发

PC平台几乎所有的游戏都是C++写的。

比如：魔兽世界、传奇、CS、跑跑卡丁车等。

市面上相当多的游戏引擎都是基于C++开发的，比如：Cocos2d、虚幻4、DirectX等。

三维游戏领域计算量非常庞大，底层的数学全都是矩阵变换，想要画面精美、内容丰富、游戏实时性高，这些高难度需求无疑只能选择C++语言。

比较知名的厂商：腾讯、网易、完美世界、巨人网络等。

嵌入式和物联网领域

嵌入式：就是把具有计算能力的主控板嵌入到机器装置或者电子装置的内部，从而能够控制这些装置。

比如：智能手环、摄像头、扫地机器人、智能音响等。

谈到嵌入式开发，大家最能想到的就是单片机开发(即在8位、16位或者32位单片机产品或者裸机上进行的开发)，嵌入式开发除了单片机开发以外，还包含在soc片上、系统层面、驱动层面以及应用、中间件层面的开发。

常见的岗位有：嵌入式开发工程师、驱动开发工程师、系统开发工程师、Linux开发工程师、固件开发工程师等。

知名的一些厂商，比如：以华为、vivo、oppo、小米为代表的手机厂；以紫光展锐、乐鑫为代表的芯片厂；大疆、海康威视、大华、CVTE等具有自己终端业务厂商；以及海尔、海信、格力等传统家电行业。

随着5G的普及，物联网(即万物互联，)也成为了一种新兴势力，比如：阿里lot、腾讯lot、京东、百度、美团等都有硬件相关的事业部。

1. 数字图像处理

数字图像处理中涉及到大量数学矩阵方面的运算，对CPU算力要求比较高，主要的图像处理算法库和开源库等都是C/C++写的，比如：OpenCV、OpenGL等，大名鼎鼎的Photoshop就是C++写的。

人工智能

一提到人工智能，大家首先想到的可能就是python，认为学习人工智能就要学习python，这个是误区，python中库比较丰富，使用python可以快速搭建神经网络、填入参数导入数据，然后就可以开始训练模型了。

但人工智能背后深度学习算法等核心内容还是用C++写的。

分布式应用

近年来随着移动互联网的兴起，各应用数据量业务量不断攀升；后端架构要不断提高性能和并发能力才能应对大信息时代的来临。

在分布式领域，好些分布式框架、文件系统、中间组件等都是C++开发的。对分布式计算影响极大的Hadoop生态的几个重量级组件：HDFS、zookeeper、HBase等，也都是基于Google用C++实现的GFS、Chubby、BigTable。包括分布式计算框架MapReduce也是Google先用C++实现了一套之后才有开源的java版本。

除了上述领域外，科学计算、浏览器、流媒体开发、网络软件等都是C++比较适合的场景，作为一名老牌语言的常青树，C++一直霸占编程语言前5名，肯定有其存在的价值。

接下来，我们正式进入C++的学习。

C++（兼容C）是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等。

熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，本章节主要目标：

补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。

为后续类和对象学习打基础。

1. C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字。

ps：我们只是看一下C++有多少关键字，不对关键字进行具体的讲解。后面我们学到以后再细讲。

2. 命名空间

经过上面的了解，我们知道：

C++呢，其实就是之前的大佬感觉C语言存在一些不足，所以在C语言的基础上做了一些改进，并增加了一些新的东西。

那命名空间就是我们的大佬为C语言补的第一个坑：

在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。

什么意思呢？举个栗子：

先来创建一个C++的项目：

跟创建C的项目一样，文件后缀CPP我们不要动就行了（创建C项目我们一般修改成.c后缀的）。

ps：.c就调C的编译器，.cpp就调C++的编译器。

那我们写了这样一段代码：

#include <stdio.h>
int rand = 10;

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

这是C版的代码，但我们说了C++是兼容C的。

这段代码有什么问题吗？

没有问题，我们打印了一个全局变量，名为rand。

🆗，那我们再多包含一个头文件呢？

再次运行代码：

哦豁，发生错误了，怎么回事？

这里就发生了命名冲突。

为什么我们加了一个头文件就发生命名冲突了呢？

其实编译器的提示已经很明显了：

如果大家以前了解过rand函数的话就知道它其实是库里面的一个函数，用来产生随机数的嘛。

需要包含的头文件就是，第一次之所以没事就是我们没有包对应的头文件。

那rand是我们定义的一个全局变量，现在也包含的rand()函数对应的头文件，所以我们打印的时候就在全局范围内找到了两个rand，所以就出错了。

类似的情况可能还有很多，我们只是举了其中一个例子。

所以这就是C语言的一个缺陷，C语言是不能很好的处理这种情况的，我们只能对我们自己定义的变量重新命名。

那我们的大佬是如何解决这个问题的呢？

C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决。

namespace（命名空间）关键字的出现就是针对这种问题的，使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染。

那大家先思考一下：

什么情况下同一个工程中出现多个同名的变量或函数不会发生命名冲突？

是不是只要它们在不同的域里，它们的作用域互不干扰就行了啊。

举个栗子：

void f1()
{
    int a = 0;
}

void f2()
{
    int a = 1;
}

int main()
{
    return 0;
}

这样就没问题，因为虽然有两个a，但是它们两个都是局部变量，它们的作用域都是自己所在的函数，互不干扰，所以就没事。

那这时候如果我们在main函数里打印a其实是不行的：

为什么不行呢？

main函数要打印a的话首先就会在main函数对应局部域找a，当然它找不到，因为main函数里我们没有定义a，然后就会在全局去找，也找不到，因为我们定义的两个a都是局部的。

如果我们再定义一个全局的a就行了：

再来看一个问题：

如果我们现在在两个局部变量a所在的函数中打印a，打印的是全局的a还是局部的a？

🆗，当全局变量和局部变量名字相同时，局部优先嘛，这个我们之前C语言就提到过。

那现在我就想在函数f2()打印全局的a，有没有办法？

有的：

确实打印出来了，那那两个冒号是什么东西啊，为什么在a前面加了这个符号就打印全局a了？

🆗，：：叫做 作用域限定符。

在a前面加上作用域限定符之后，打印a时就会直接在指定的作用域进行寻找，而：：前面啥也不写，就代表限定的作用域是全局。

如果我们把全局的屏蔽掉：

就不行了。

另外这样是不行的：

不能指定另一个函数f1作为限定的域。

那了解了上面的内容，其实命名空间也是用类似的思想来避免这些冲突的。

2.1 命名空间的定义

我们还是通过例子来给大家讲解：

还来看这个，现在是存在命名冲突的：

C++提出的命名空间就是解决这种问题的。

怎么做呢？

如果我们想解决这个命名冲突，就可以定义一个命名空间，将我们自己的rand放到命名空间里：

定义命名空间，需要使用到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。

那这样做就不会报错了吗？

是的。

这次就成功的打印出来了rand的值，那打印出来的是个啥大家能看出来吗？

🆗，这里打印的其实是库里面的rand函数的地址（所以我改成了%P更合适一点），因为打印rand的时候会先在main函数所在的局部去找rand，但是没有，然后去全局找，就找到了库里面的rand，而我们自己定义的rand现在是在命名空间里的，所以不会找到，自然就没事了。

那我们现在如果想访问命名空间里的rand怎么办？

是不是用我们上面提到的作用域限定符就行了啊：

当然，在命名空间中，不止可以放变量：

命名空间中可以定义变量/函数/类型等等。

另外呢：

命名空间可以嵌套（多层嵌套）

那访问就应该这样：

那大家再想一下：

命名空间是用来解决名字冲突的，那如果多个命名空间的名字撞了怎么办？

同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。

一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个N1会被合并成一个。

2.2 命名空间的使用

通过上面的学习我们知道，命名空间的引入其实是为了解决命名冲突的问题。

那现在我们想使用命名空间里的某个成员，有哪些方法呢？

我们通过一个例子给大家介绍：

我们学习一门新的编程语言一般第一个程序都是“hello world”

接下来我们就来写一个C++版的“hello world”

那是不是很简单啊，写个main函数，然后打印一下就行了：

我们C语言打印用printf，C++里可以用cout（cout 用于在计算机屏幕上显示信息）。这个大家先了解一下就行了。

然后后面的endl其实就是换行。

这样就可以了吗？

运行发现还不行，为什么呢？

我们知道C语言使用printf打印需要包含头文件，那C++也一样，这里cout和endl想要使用的话也得包一个头文件，就是

但我们发现现在还不行，怎么回事？

原因就在于C++为了避免我们自己命名的变量或者函数会与库里面的发生命名冲突，所以将标准库里面的东西都放到了一个命名空间——std里。

那现在我们想使用命名空间std里的cout这些东西怎么办？

1. 使用作用域限定符指定对应的命名空间
   第一个方法就是用我们上面提到的作用域限定符：：指定其对应的命名空间，这样我们的程序就会直接去对应的命名空间里寻找cout，那找到了，就可以用了：
2. 
3. 这样就可以了。

那还有没有其它方法呢？

1. 使用using namespace 命名空间名称 将该命名空间引入（全局展开）
2. 
3. 这样就可以了，using namespace std;相当于把这个命名空间在全局范围内展开了。
   所以现在不指定命名空间也可以用了。
4. 
5. 但是这样做好不好呢？
   是不是不太好啊，人家故意把这些东西封到命名空间中来防止命名冲突，我们这样直接全局展开的话是不是命令空间的存在就没什么意义了。
   我们不小心再定义一个同名的变量啥的是不是就出现问题了。
6. 
7. 所以呢，在一些项目中，我们一般不建议直接全局展开。
   但是平时我们自己写一些练习，小程序之类的，图方便的话可以全局展开，自己注意一点就行了。

然后还有第3种方法：

1. 用哪个成员，就使用using引入哪个（部分展开）
   std命名空间里是包含很多成员的，那我们现在如果只用到了cout和endl，我们就可以只把这两个引入程序中。
2. 
3. 然后呢，就可以直接用了：
4. 

2.3 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？

在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。

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。