C++ 匿名namespace的作用以及它与static的区别

匿名namespace的作用以及它与static的区别

一。匿名namespace的作用
在C语言中，如果我们在多个tu（translation unit）中使用了同一个名字做
为函数名或者全局变量名，则在链接阶段就会发生重定义错误，为了解决这个
问题，我们可以在定义这些标识符（identifier）的时候加上static关键字修
饰以限制它只在一个tu范围内可见。
C++继承了C语言中static关键字的这个用途，我们依旧可以使用static来避免
多个tu中使用同一个标识符带来的重定义问题。此外C++还提供了另一种特有
的方式，那就是匿名namespace：一个没有指定名字的namespace被称为一个匿
名namespace；在一个tu中可以出现多个匿名namespace，并且相同层次的匿名
namespace实际上被合成为同一个；出现在不同tu的匿名namespace中的相同标
识符相互独立不会发生冲突，因此我们可以把那些只希望在同一个tu范围可见
的全局标识符放入一个匿名namespace中，效果与前面加static相同。

二。匿名namespace与static的区别
一个全局标识符被static修饰后它的linkage变为internal linkage，这就是
为什么不同tu中的相同标识符不会发生冲突的原因。
而匿名namespace却并不会改变在它内部定义的标识符的linkage，它用来避免
名字冲突所采用的手段同C++用来实现重载的手段一摸一样，就是使用名字改
编（name mangling）：根据C++标准7.3.1.1，每个tu中的匿名namespace实际
上会拥有一个独一无二的名字，因此在不同tu的匿名namespace中相同的标识
符实际上属于不同的namespace，自然在名字改编后就不会发生冲突了：
[quote
7.3.1.1 Unnamed namespaces [namespace.unnamed]
An unnamed-namespace-definition behaves as if it were replaced by
        namespace unique { /* empty body */ }
        using namespace unique;
        namespace unique { namespace-body }
where all occurrences of unique in a translation unit are replaced
by the same identifier and this identifier differs from all other
identifiers in the entire program.
end quote]
为什么匿名namespace不采取跟static一样的做法呢，搞个新花样岂不是增加
了编译器开发的负担？这其实是因为另一个C++的特性牵制了匿名namespace的
实现，那就是模板非类型参数（template non-type arguments）：
[quote
14.3.2 Template non-type arguments [temp.arg.nontype]
A template-argument for a non-type, non-template template-parameter
shall be one of:
— an integral constant-expression of integral or enumeration type; or
— the name of a non-type template-parameter; or
— the address of an object or function with external linkage, including
   function templates and function template-ids but excluding non-static
   class members, expressed as & id-expression where the & is optional
   if the name refers to a function or array, or if the corresponding
   template-parameter is a reference; or
— a pointer to member expressed as described in 5.3.1 .
end quote]
正是被红字标出的external linkage这一需求限制了匿名namespace的实现！
试想一下，假如我们有一个全局对象或者函数只希望它在一个tu中有效，又
希望能够用它的地址来实例化一个模板，怎么办？只在一个tu中有效，可以
选择internal linkage，但是要用它的地址做为模板参数，又要求它必须要
是external linkage！！
很显然，匿名namespace不改变其内部标识符的linkage这一性质解决了这一
难题，我们可以把这个全局对象或者函数放心的扔在一个匿名namespace中，
然后用它的地址来实例化一个模板，绝对不会发生重定义错误:)

现在大部分C++书籍都认为匿名namespace和static是相同的，而正如这里所阐
述的，它们之间差异是明显的：static修饰的标识符由于internal linkage的
限制，是不能用来实例化模板的！


最后给出一个例子证实匿名namespace确实不改变linkage，呵呵
代码中验证了external linkage/internal linkage/no linkage三种情况
---------------------------------------------------------
template <char *p>
struct foo
{
  void bar();
};

static char a ='a';

namespace
{
  char b = 'b';
  static char c = 'c';

  template <class T> struct xxx {};

  void foobar()
  {
    struct no_linkage {};
    xxx<no_linkage>();  // 如果编译错误，说明no_linkage的linkage没有变化
  }
}

int main()
{
  foo<&a>().bar();  // 由于a的linkage是internal，因此应该编译错误
  foo<&b>().bar();  // 如果编译正确，说明b的linkage是external
  foo<&c>().bar();  // 如果编译错误，说明c的linkage是internal

  foobar();

  return 0;
}
---------------------------------------------------------
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MODE:strict errors C++

"ComeauTest.c", line 19: error: a template argument may not reference a
          local type
      xxx<no_linkage>();
          ^
          ^

"ComeauTest.c", line 25: error: a template argument may not reference a
          non-external entity
          Hint: http://www.comeaucomputing.com/techtalk/templates/#stringliteral
    foo<&a>().bar();
        ^

"ComeauTest.c", line 27: error: a template argument may not reference a
          non-external entity
          Hint: http://www.comeaucomputing.com/techtalk/templates/#stringliteral
    foo<&c>().bar();
        ^

3 errors detected in the compilation of "ComeauTest.c".