using namespace无效

一、using namespace无效
C++ namespace与name lookup之惑

问题由 清风雨 于2005年底在 “namespace 和 操作符重载” 一文中提出，
讨论众多，但疑惑未解。

翻到此文时觉得不可思议，可事实如此，试了多个编译器都是相同结果。
试图去解释，可是过后细想还是有问题。
经查阅相关概念，大胆猜想并编码求证，终于有了一个合理解释，希望与大家共同研究。

原文中，在test命名空间重载了一个小于操作符("<")，并使用

    using namespace test;
   
进行使用。

可是出乎意料，std::sort()使用该"<"操作符时编译出错！

代码如下：

#include <vector>
#include <algorithm>

class testClass
{
};

namespace test
{
    bool operator<( const testClass &class1,
                    const testClass &class2 )
    {
        return true;
    }
};

using namespace test;

main()
{
    std::vector< testClass > vec;
    std::sort( vec.begin(),vec.end() );    // Fail!
}

对该代码请注意以下几点：

* 编译错误显示为：no match for 'operator<'.

* operator< 与类testClass不在一个命名空间。
如定义于同一命名空间或都是全局的则可以通过。

* 若类定义于namespace, 而操作符是全局的，也可以。

* operator< 是可见并可用的，如

using namespace test;

main()
{
    testClass obj1,obj2;
    bool b = obj1 < obj2;    // OK
}

* 即使std::sort()调用在test空间同，也是不行。

namespace test
{
    void test_sort( void )
    {
        std::vector< testClass > vec;
        std::sort( vec.begin(),vec.end() );    // Fail!
    }
};

仿佛“using namespace test;”并没有起效？

引用清风雨的原话："我只是觉得，编译器应该在可见空间里，找到operator<。
而且直接使用也是可以的，只是用了std::sort就不可以了，这个感觉就有些怪怪的了。"

 

 

二、using namespace无效
C++ namespace与name lookup之惑
 
问题是否出在std::sort()里面？为了让问题更清晰，我们把std::sort()原码提出来。
将std::sort()中相关代码提出，生成std::my_sort().

#include <vector>
#include <algorithm>

class testClass
{
};

namespace test
{
    bool operator<( const testClass &class1,
                    const testClass &class2 )
    {
        return true;
    }
};

using namespace test;

namespace std
{
    template<typename _RandomAccessIterator>
    void mysort(_RandomAccessIterator __first,
                _RandomAccessIterator __last)
    {
        if (*__first < *__last)
            ;
    }
}

main()
{
    std::vector<testClass> vec;
    mysort(vec.begin(), vec.end());
}

正如所预料的，问题就在小于操作符的使用上。
再简化一点，去除iterator。如下代码问题依旧。

#include <vector>
#include <algorithm>

class testClass
{
};

namespace test
{
    bool operator<( const testClass &class1,
                    const testClass &class2 )
    {
        return true;
    }
};

using namespace test;

namespace std
{
    void testCompare(const testClass & t1,
                     const testClass & t2)
    {
        if (t1 < t2)
            ;
    }
}

main()
{
    testClass t1, t2;
    std::testCompare(t1, t2);
}

但是把testCompare()的命名空间改掉，如std001，竟然可以通过了！
testCompare()的namespace是std或是std001会有什么差别呢？
难道编译器对std库有特殊处理？不会。
可能是std namespace中有些声明造成了影响。

好，我们现在不需要std库了，把两个#include删去，
但是保持std::testCompare()，果然通过了。
再include一个stl头文件，又是错误！

 

三、using namespace无效！

C++ namespace与name lookup之惑

std空间中已定义的operator<造成了这个错误，这是以上测试得出的猜想。
stl里面pair定义最简单，stl_pair.h也不包含其它头文件，其中就有一个operator<,
所以 #include <bits/stl_pair.h> 试试，确实有问题。

再试试自定义一个operator<，让问题彻底清晰化。

class testClass
{
};

namespace test
{
    bool operator<( const testClass &class1,
                    const testClass &class2 )
    {
        return true;
    }
};

using namespace test;

namespace std001    // or std
{
    struct my_pair
    {
    };

    bool operator<(const my_pair & x,
                   const my_pair & y)
    {
        return true;
    }

    void testCompare(const testClass & t1,
                     const testClass & t2)
    {
        if (t1 < t2)    // Fail: no match '<'
            ;
    }
}

main()
{
    testClass t1, t2;
    std::testCompare(t1, t2);
}

这样就可以清楚地看到问题：

In function `void std001::testCompare(const testClass&, const testClass&)':
no match for 'operator<' in 't1 < t2'
candidates are: bool std001::operator<(const std001::my_pair&, const std001::my_pair&) 

果然是"std001::operator<"造成了问题。
但是为什么会这样，为什么对"test::operator<"视而不见？
难道using namespace test;无效？
试试using test::operator<;是有效的，那么

using namespace test;            // error?
using test::operator <;          // OK!

两者不能等效？

为了解释这个问题，必须先了解C++名字查找的相关概念。
搜索“C++ name lookup”可以找到此概念，如“GotW#30”就是对此概念的解释与例子。
当然“GotW#30”没有提出上述的问题，也没有对上述问题的提示。

What is koenig lookup?
主要是解释“koenig lookup(ADL)”的，同时也解释了“Ordinary name lookup(OL)”.
简单地说，名字查找分为两部分，一是“koenig lookup”，
也称为argument-dependent name lookup(ADL)，即根据参数查找，
二是“Ordinary name lookup”，从最近的作用域开始查找。
但请注意这段文字：OL terminates as soon as the name is found。
OL可能找到的是错误的。
这就是上述代码所表现出来的问题。

std001::testCompare会在其参数所在空间查找operator<, 但并没有定义。
如果operator<与类testClass定义于同一命名空间则可利用ADL正确找到定义。

std001::testCompare在最近的作用域找到了std001::operator<，结果是错误的。

为什么对test::operator<视而不见？是否using namespace test;无效？
不是无效，是名字查找过程退出的原因.

这个OL错误问题更早的在一篇文章"C++ Lookup Mysteries"由Sven Rosvall描述并解释，
他的代码例子稍复杂，不容易看到问题所在，但他的解释却充分详实的多。

using namespace test;            // error?
using test::operator <;          // OK!
两者等效吗？

确实不等效。
“using namespace test”  is using-Directive,
“using test::operator<” is using-Declaration.
“using test::operator<” means '<' is fully-qualified name.

 (完)