第12章 - 预处理器和命名空间

嗨，朋友！我是长安。

这一章我们要学习两个重要概念：预处理器和命名空间。

预处理器在代码编译前处理，而命名空间帮助我们组织和管理代码，避免命名冲突。

🔧 预处理器指令

预处理器在编译之前处理源代码，所有预处理指令都以 # 开头。

#include - 包含头文件

我们一直在使用的 #include就是预处理指令：

#include <iostream>  // 包含系统头文件
#include "myfile.h"  // 包含自定义头文件

区别：

  • <> - 在系统目录中查找
  • "" - 先在当前目录查找，再在系统目录查找

#define - 定义宏

定义常量

#include <iostream>
using namespace std;

#define PI 3.14159
#define MAX_SIZE 100

int main() {
    double radius = 5.0;
    double area = PI * radius * radius;
    
    cout << "圆的面积：" << area << endl;
    cout << "最大容量：" << MAX_SIZE << endl;
    
    return 0;
}

定义函数宏

#include <iostream>
using namespace std;

#define SQUARE(x) ((x) * (x))
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

int main() {
    cout << "5的平方：" << SQUARE(5) << endl;
    cout << "10和20中较大的：" << MAX(10, 20) << endl;
    
    return 0;
}

注意

宏是简单的文本替换，要小心使用括号避免优先级问题：

#define BAD_SQUARE(x) x * x      // ❌ 危险
#define GOOD_SQUARE(x) ((x) * (x))  // ✅ 安全

// BAD_SQUARE(2 + 3) 会被替换成 2 + 3 * 2 + 3 = 11
// GOOD_SQUARE(2 + 3) 会被替换成 ((2 + 3) * (2 + 3)) = 25

#ifdef / #ifndef - 条件编译

#include <iostream>
using namespace std;

#define DEBUG  // 定义调试模式

int main() {
    int value = 100;
    
    #ifdef DEBUG
        cout << "调试信息：value = " << value << endl;
    #endif
    
    cout << "程序运行中..." << endl;
    
    return 0;
}

#pragma once - 防止重复包含

// myheader.h
#pragma once

// 或者使用传统方式：
#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H

// 头文件内容

#endif

📦 命名空间

为什么需要命名空间？

想象两个人都叫"张三"，在同一个房间会很混乱。命名空间就像给他们加上姓氏："北京_张三"和"上海_张三"。

// 没有命名空间 - 可能冲突
int value = 10;
int value = 20;  // ❌ 错误：重复定义

// 使用命名空间 - 不冲突
namespace A {
    int value = 10;
}
namespace B {
    int value = 20;
}

定义命名空间

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义命名空间
namespace Math {
    const double PI = 3.14159;
    
    double square(double x) {
        return x * x;
    }
}

namespace Physics {
    const double G = 9.8;  // 重力加速度
    
    double freefall(double t) {
        return 0.5 * G * t * t;
    }
}

int main() {
    cout << "PI = " << Math::PI << endl;
    cout << "5的平方 = " << Math::square(5) << endl;
    
    cout << "自由落体2秒的距离 = " << Physics::freefall(2) << endl;
    
    return 0;
}

using 声明

#include <iostream>
using namespace std;

namespace MyNamespace {
    int value = 100;
    
    void print() {
        cout << "MyNamespace::print()" << endl;
    }
}

int main() {
    // 方式1：使用完整名称
    cout << MyNamespace::value << endl;
    
    // 方式2：using 声明
    using MyNamespace::print;
    print();  // 可以直接使用
    
    // 方式3：using 指令（不推荐）
    using namespace MyNamespace;
    cout << value << endl;  // 可以直接使用
    
    return 0;
}

建议

  • ✅ 在函数内使用 using 声明
  • ⚠️ 谨慎在全局使用 using namespace
  • ❌ 头文件中不要使用 using namespace

嵌套命名空间

#include <iostream>
using namespace std;

namespace Company {
    namespace HR {
        void hire() {
            cout << "招聘员工" << endl;
        }
    }
    
    namespace IT {
        void deploy() {
            cout << "部署系统" << endl;
        }
    }
}

// C++17 简化写法
namespace Company::Finance {
    void pay() {
        cout << "发工资" << endl;
    }
}

int main() {
    Company::HR::hire();
    Company::IT::deploy();
    Company::Finance::pay();
    
    return 0;
}

🌟 实战案例

案例1：数学工具库

#include <iostream>
using namespace std;

namespace MathUtils {
    const double PI = 3.14159;
    const double E = 2.71828;
    
    double power(double base, int exp) {
        double result = 1;
        for (int i = 0; i < exp; i++) {
            result *= base;
        }
        return result;
    }
    
    double abs(double x) {
        return x < 0 ? -x : x;
    }
}

int main() {
    using namespace MathUtils;
    
    cout << "PI = " << PI << endl;
    cout << "E = " << E << endl;
    cout << "2^10 = " << power(2, 10) << endl;
    cout << "|-5| = " << abs(-5) << endl;
    
    return 0;
}

案例2：游戏引擎命名空间

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

namespace GameEngine {
    namespace Graphics {
        void draw(const string& obj) {
            cout << "绘制: " << obj << endl;
        }
    }
    
    namespace Audio {
        void play(const string& sound) {
            cout << "播放: " << sound << endl;
        }
    }
    
    namespace Physics {
        void simulate() {
            cout << "物理模拟中..." << endl;
        }
    }
}

int main() {
    GameEngine::Graphics::draw("角色");
    GameEngine::Audio::play("背景音乐");
    GameEngine::Physics::simulate();
    
    return 0;
}

案例3：版本控制

#include <iostream>
using namespace std;

#define VERSION_MAJOR 2
#define VERSION_MINOR 1
#define VERSION_PATCH 5

namespace App {
    void showVersion() {
        cout << "版本: " << VERSION_MAJOR << "." 
             << VERSION_MINOR << "." 
             << VERSION_PATCH << endl;
    }
    
    #ifdef DEBUG
        void debugInfo() {
            cout << "[DEBUG] 调试模式已启用" << endl;
        }
    #endif
}

int main() {
    App::showVersion();
    
    #ifdef DEBUG
        App::debugInfo();
    #endif
    
    return 0;
}

案例4：平台相关代码

#include <iostream>
using namespace std;

#ifdef _WIN32
    #define PLATFORM "Windows"
#elif __APPLE__
    #define PLATFORM "macOS"
#elif __linux__
    #define PLATFORM "Linux"
#else
    #define PLATFORM "Unknown"
#endif

int main() {
    cout << "当前平台: " << PLATFORM << endl;
    
    #ifdef _WIN32
        cout << "执行 Windows 特定代码" << endl;
    #elif __linux__
        cout << "执行 Linux 特定代码" << endl;
    #endif
    
    return 0;
}

🎯 小结

概念说明示例
#include包含头文件#include <iostream>
#define定义宏#define PI 3.14
#ifdef条件编译#ifdef DEBUG
#pragma once防止重复包含#pragma once
namespace定义命名空间namespace MyNS { }
using使用命名空间using namespace std;
::作用域解析符std::cout

重要提醒：

  • ✅ 使用 const 而不是 #define 定义常量
  • ✅ 在函数内使用 using 声明
  • ✅ 命名空间可以帮助组织大型项目
  • ⚠️ 避免全局使用 using namespace

💪 练习题

  1. 创建一个工具命名空间，包含常用的字符串处理函数
  2. 使用宏定义实现简单的断言功能
  3. 创建嵌套命名空间表示公司组织结构
  4. 使用条件编译实现调试日志功能
  5. 创建一个数学库命名空间，包含各种数学函数
点击查看参考答案

题目1 参考答案：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

namespace StringUtils {
    string toUpper(string str) {
        for (char& c : str) {
            if (c >= 'a' && c <= 'z') {
                c = c - 'a' + 'A';
            }
        }
        return str;
    }
    
    string toLower(string str) {
        for (char& c : str) {
            if (c >= 'A' && c <= 'Z') {
                c = c - 'A' + 'a';
            }
        }
        return str;
    }
    
    string reverse(string str) {
        int left = 0, right = str.length() - 1;
        while (left < right) {
            swap(str[left], str[right]);
            left++;
            right--;
        }
        return str;
    }
}

int main() {
    using namespace StringUtils;
    
    string text = "Hello World";
    cout << "原文: " << text << endl;
    cout << "大写: " << toUpper(text) << endl;
    cout << "小写: " << toLower(text) << endl;
    cout << "反转: " << reverse(text) << endl;
    
    return 0;
}

🎉 恭喜完成进阶基础！

你已经完成了进阶基础的全部内容（第8-12章）！

现在你已经掌握了：

  • ✅ 指针和内存管理
  • ✅ 引用和动态内存
  • ✅ 结构体和枚举
  • ✅ 文件操作
  • ✅ 预处理器和命名空间

🚀 下一步

接下来，我们要进入 C++ 的核心——面向对象编程！

➡️ 第13章 - 类和对象基础

最近更新:
Contributors: 王长安