标准输入输出与命名空间

C++ 最初被设计为 “C with Classes”，完全兼容 C 语言。也就是说，C 语言中的代码是完全可以复制到 C++ 中运行的。比如，我们可以把 C 语言打印 "Hello, world!" 的代码复制到这里运行，代码如下：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, world!");
    return 0;
}

虽然以上代码可以正常运行，但是，在引入头文件 #include <stdio.h> 处会出现警告：

C++ 中包含了 C 标准库的移植版本，C 标准库的头文件 xxxx.h 基本上变成了 cxxxx。例如，stdio.h 在 C++ 中对应的是 cstdio；math.h 变成了 cmath；string 变成了 cstring。

下面是 C++ 中打印 Hello World! 的代码：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

接下来我们讲解一下上面这段程序：

• C++ 语言定义了一些头文件，这些头文件包含了程序中必需的或有用的信息。上面这段程序中，包含了头文件 <iostream>。
• int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
• std::cout << "Hello, World!" << std::endl;：会在屏幕上显示消息 "Hello World"。
• return 0：终止 main() 函数，并向调用进程返回值 0。

C++ 的输入输出

在 C 语言中，我们通常会使用 scanf 和 printf 来对数据进行输入输出操作。在 C++ 语言中，C 语言的这一套输入输出库我们仍然能使用，但是 C++ 又增加了一套新的、更容易使用的输入输出库，即 iostream 库。这个库包含了两个主要的对象：cin 和 cout，分别用于输入和输出。

cout 和 cin 都是 C++ 的内置对象，而不是关键字。C++ 库定义了大量的类（Class），程序员可以使用它们来创建对象，cout 和 cin 就分别是 ostream 和 istream 类的对象，只不过它们是由标准库的开发者提前创建好的，可以直接拿来使用。这种在 C++ 中提前创建好的对象称为内置对象。

使用 cout 进行输出：

std::cout << "Hello, World!" << std::endl;

• std:: 是命名空间前缀，表明 cout 属于 C++ 标准库（std 命名空间），用于避免名称冲突;
• << 符号是输出运算符（或称为插入运算符）表示该语句把这个字符串发送给 cout；
• 结尾的 endl 是 end of line 的缩写，等同于 \n；
• << 符号可以拼接输出：

char name[] = "罗大富";
int age = 30;
std::cout << "我的名字是" << name << "，今年 " << age << " 岁" << std::endl;

接着是使用 cin 进行输入：

int age;
std::cin >> age;

float height;
std::cin >> age;

char name[20];
std::cin >> age;

// 输出
std::cout << "我的名字是" << name << std::endl;
std::cout << "年龄：" << age << std::endl;
std::cout << "身高：" << height << "m" << std::endl;

使用 cout 进行输出时需要紧跟 << 运算符，使用 cin 进行输入时需要紧跟 >> 运算符，这两个运算符可以自行分析所处理的数据类型，因此无需像使用 scanf 和 printf 那样给出格式控制字符串。

cout 能够连续地输出。同样 cin 也是支持对多个变量连续输入，代码如下：

// 定义变量
char name[20];
int age;
float height;

// 连续输入
std::cin >> name >> age >> height >> gender;

// 输出
std::cout << "我的名字是" << name << std::endl;
std::cout << "年龄：" << age << std::endl;
std::cout << "身高：" << height << "m" << std::endl;

命名空间 - namespace

有时候我们也会看到这个形式的 C++ 打印 Hello, world 的程序：

#include <iostream>                     // 声明引用的头文件
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
    return 0;
}

与之前的程序最大的区别在于，添加了代码 using namespace std; 后，调用 cout、endl、cin 时不再需要添加 std:: 前缀。

一个中大型软件往往由多名程序员共同开发，会使用大量的变量和函数，不可避免地会出现变量或函数的命名冲突。当所有人的代码都测试通过，没有问题时，将它们结合到一起就有可能会出现命名冲突。

因此，引入了命名空间这个概念，专门用于解决上面的问题，它可作为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等。

namespace 是 C++ 中的关键字，用来定义一个命名空间，语法格式为：

namespace 标识符 {
   // 代码声明，如变量、函数、类、宏定义等都可以放在其中
}

标识符 是命名空间的名字，它里面可以包含变量、函数、类、typedef、#define 等，最后由 {} 包围。例如下面代码中在两个命名空间中创建了相同的变量名和函数名：

namespace space_1 {
    int id = 123;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_1 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}

namespace space_2 {
    int id = 456;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_2 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}

为了调用带有命名空间的函数或变量，需要在前面加上命名空间的名称，如下所示：

name::code;  // code 可以是变量、函数等

:: 是一个新符号，称为域解析操作符，在 C++ 中用来指明要使用的命名空间。代码如下：

#include <iostream>

namespace space_1 {
    int id = 123;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_1 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}

namespace space_2 {
    int id = 456;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_2 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}


int main() {
    std::cout << "space_1 的 id：" << space_1::id << std::endl;
    space_1::func();

    std::cout << "space_2 的 id：" << space_2::id << std::endl;
    space_2::func();
}

除了直接使用域解析操作符，还可以采用 using namespace 命名空间 指令，这样在使用命名空间时就可以不用在前面加上命名空间的名称。这个指令会告诉编译器，后续的代码将使用指定的命名空间中的名称。例如，我们可以在上面的代码中添加 using namespace space_1，这样，我峨嵋你在调用 space_1 中的变量函数时，就不需要再添加命名空间前缀，代码如下：

#include <iostream>

namespace space_1 {
    int id = 123;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_1 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}

namespace space_2 {
    int id = 456;

    void func() {
        std::cout << "调用了space_2 的 func() 函数" << std::endl;
    }
}

using namespace space_1;

int main() {
    std::cout << "space_1 的 id：" << id << std::endl;
    func();

    std::cout << "space_2 的 id：" << space_2::id << std::endl;
    space_2::func();
}

由于 space_1 与 space_2 中含有相同的变量与函数，因此，不可以同时声明 space_1 与 space_2。

using 指令也可以用来指定命名空间中的特定项目。例如，如果只打算使用 space_1 中的 id，或者，只想使用 space_2 中的 func() 函数，我们就可以使用如下语句：

using space_1::id;
using space_2::func;        // 声明函数时，只需要写函数名，不需要加括号

int main() {
    std::cout << "id：" << id << std::endl;
    func();
}

了解了命名空间后，我们就可以回过头来学习 std 命名空间。按住 ctrl + 鼠标左键点击 iostream，进入 c++ 标准库可以发现：

因此，我们可以在代码中声明 using namespace std，这样，我们在调用 cin、cout、endl 时就不在需要添加 std:: 前缀，代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int id;
    cin >> id;
    cout << "Hello, " << id << endl;
    return 0;
}

我们之前在学习 C 语言的时候，提到过作用域的问题，using 声明也是有作用域的，如果我们将 using namespace std; 写在 main 函数中，那么我们只能在 main 函数中调用标准库的代码时可以省略 std:: 前缀，在其他函数中则不行，示例如下：

#include <iostream>

void func() {
    std::cout << "你好" << std::endl;
}

int main() {
    using namespace std;
    int id;
    cin >> id;
    cout << "Hello, " << id << endl;
    func();
    return 0;
}

由于 using namespace std 写在了 main 函数中，main 函数外的 func 函数在调用标准库中的 cout、endl 时依然需要添加前缀。