C++標准庫和std命名空間

C++ 是在C語言的基礎上開發的，早期的 C++ 還不完善，不支持命名空間，沒有自己的編譯器，而是將 C++ 代碼翻譯成C代碼，再通過C編譯器完成編譯。這個時候的 C++ 仍然在使用C語言的庫，stdio.h、stdlib.h、string.h 等頭文件依然有效；此外 C++ 也開發了一些新的庫，增加了自己的頭文件，例如：

• iostream.h：用於控制台輸入輸出頭文件。
• fstream.h：用於文件操作的頭文件。
• complex.h：用於復數計算的頭文件。

和C語言一樣，C++ 頭文件仍然以.h為後綴，它們所包含的類、函數、宏等都是全局范圍的。

後來 C++ 引入了命名空間的概念，計劃重新編寫庫，將類、函數、宏等都統一納入一個命名空間，這個命名空間的名字就是std。std 是 standard 的縮寫，意思是“標准命名空間”。

但是這時已經有很多用老式 C++ 開發的程序了，它們的代碼中並沒有使用命名空間，直接修改原來的庫會帶來一個很嚴重的後果：程序員會因為不願花費大量時間修改老式代碼而極力反抗，拒絕使用新標准的 C++ 代碼。

C++ 開發人員想了一個好辦法，保留原來的庫和頭文件，它們在 C++ 中可以繼續使用，然後再把原來的庫復制一份，在此基礎上稍加修改，把類、函數、宏等納入命名空間 std 下，就成了新版 C++ 標准庫。這樣共存在了兩份功能相似的庫，使用了老式 C++ 的程序可以繼續使用原來的庫，新開發的程序可以使用新版的 C++ 庫。

為了避免頭文件重名，新版 C++ 庫也對頭文件的命名做了調整，去掉了後綴.h，所以老式 C++ 的iostream.h變成了iostream，fstream.h變成了fstream。而對於原來C語言的頭文件，也采用同樣的方法，但在每個名字前還要添加一個c字母，所以C語言的stdio.h變成了cstdio，stdlib.h變成了cstdlib。

需要注意的是，舊的 C++ 頭文件是官方所反對使用的，已明確提出不再支持，但舊的C頭文件仍然可以使用，以保持對C的兼容性。實際上，編譯器開發商不會停止對客戶現有軟件提供支持，可以預計，舊的 C++ 頭文件在未來數年內還是會被支持。

下面是我總結的 C++ 頭文件的現狀：
1) 舊的 C++ 頭文件，如 iostream.h、fstream.h 等將會繼續被支持，盡管它們不在官方標准中。這些頭文件的內容不在命名空間 std 中。

2) 新的 C++ 頭文件，如 iostream、fstream 等包含的基本功能和對應的舊版頭文件相似，但頭文件的內容在命名空間 std 中。

注意：在標准化的過程中，庫中有些部分的細節被修改了，所以舊的頭文件和新的頭文件不一定完全對應。

3) 標准C頭文件如 stdio.h、stdlib.h 等繼續被支持。頭文件的內容不在 std 中。

4) 具有C庫功能的新C++頭文件具有如 cstdio、cstdlib 這樣的名字。它們提供的內容和相應的舊的C頭文件相同，只是內容在 std 中。

可以發現，對於不帶.h的頭文件，所有的符號都位於命名空間 std 中，使用時需要聲明命名空間 std；對於帶.h的頭文件，沒有使用任何命名空間，所有符號都位於全局作用域。這也是 C++ 標准所規定的。

不過現實情況和 C++ 標准所期望的有些不同，對於原來C語言的頭文件，即使按照 C++ 的方式來使用，即#include <cstdio>這種形式，那麼符號可以位於命名空間 std 中，也可以位於全局范圍中，請看下面的兩段代碼。

1) 使用命名空間 std：

#include <cstdio>
int main(){
    std::printf("http://c.biancheng.net\n");
    return 0;
}

2) 不使用命名空間 std：

#include <cstdio>
int main(){
    printf("http://c.biancheng.net\n");
    return 0;
}

這兩種形式在 Microsoft Visual C++ 和 GCC 下都能夠編譯通過，也就是說，大部分編譯器在實現時並沒有嚴格遵循標准，它們對兩種寫法都支持，程序員可以使用 std 也可以不使用。

第 1) 種寫法是標准的，第 2) 種不標准，雖然它們在目前的編譯器中都沒有錯誤，但我依然推薦使用第 1) 種寫法，因為標准寫法會一直被編譯器支持，非標准寫法可能會在以後的升級版本中不再支持。

使用C++的頭文件

雖然 C++ 幾乎完全兼容C語言，C語言的頭文件在 C++ 中依然被支持，但 C++ 新增的庫更加強大和靈活，請讀者盡量使用這些 C++ 新增的頭文件，例如 iostream、fstream、string 等。

前面幾節我們使用了C語言的格式輸出函數 printf，引入了C語言的頭文件 stdio.h，將C代碼和 C++ 代碼混合在了一起，我不推薦這樣做，請盡量使用 C++ 的方式。下面的例子演示了如何使用 C++ 庫進行輸入輸出：

#include <iostream>
#include <string>

int main(){
    //聲明命名空間std
    using namespace std;
   
    //定義字符串變量
    string str;
    //定義 int 變量
    int age;
    //從控制台獲取用戶輸入
    cin>>str>>age;
    //將數據輸出到控制台
    cout<<str<<"已經成立"<<age<<"年了！"<<endl;

    return 0;
}

運行結果：
C語言中文網↙
4↙
C語言中文網已經成立4年了！

string 是 C++ 中的字符串類，初學者可以將 string 看做一種內置的數據類型，就像 int、float 等，可以用來定義變量。cin 用於從控制台獲取用戶輸入，cout 用於將數據輸出到控制台，下節我們會詳細講解。

讀者暫時不需要深入了解這段代碼的細節，只需要留意using namespace std;，它聲明了命名空間 std，後續如果有未指定命名空間的符號，那麼默認使用 std，代碼中的 string、cin、cout 都位於命名空間 std。

在 main() 函數中聲明命名空間 std，它的作用范圍就位於 main() 函數內部，如果在其他函數中又用到了 std，就需要重新聲明，請看下面的例子：

#include <iostream>

void func(){
    //必須重新聲明
    using namespace std;
    cout<<"http://c.biancheng.net"<<endl;
}

int main(){
    //聲明命名空間std
    using namespace std;
   
    cout<<"C語言中文網"<<endl;
    func();

    return 0;
}

如果希望在所有函數中都使用命名空間 std，可以將它聲明在全局范圍中，例如：

#include <iostream>

//聲明命名空間std
using namespace std;

void func(){
    cout<<"http://c.biancheng.net"<<endl;
}

int main(){
    cout<<"C語言中文網"<<endl;
    func();

    return 0;
}

很多教程中都是這樣做的，將 std 直接聲明在所有函數外部，這樣雖然使用方便，但在中大型項目開發中是不被推薦的，這樣做增加了命名沖突的風險，我推薦在函數內部聲明 std。

不過為了方便，本教程還是忍不住違反了原則，後面有很多代碼都在全局范圍內聲明了 std。