C++ 匿名namespace的作用以及它与static的区别

Stella981
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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:

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.

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):

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 .

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;
}

-------------------------------------------------------------------------------
Comeau C/C++ 4.3.3 (Aug  6 2003 15:13:37) for ONLINE_EVALUATION_BETA1
Copyright 1988-2003 Comeau Computing.  All rights reserved.
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".

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