Prostory jmen

Jednou jsem ve své dynamicky linkované knihovně se standardním rozhraním definoval globální proměnnou jménem log. Knihovnu jsem testoval proti renomované externí aplikaci, jejíž zdrojový kód jsem nestudoval. Moje, s mnoha jinými aplikacemi otestovaná, knihovna najednou způsobovala pád programu. Důsledné používání prostorů jmen mi mohlo ušetřit jeden celý den ladění. V čem byl problém? Jinou proměnnou jménem log používala i aplikace. Není už důležité zda k proměnné z aplikace nechtěně přistupovala knihovna nebo naopak. Důležité je zabránit konfliktu identifikátorů. C++ k tomu nabízí namespace.

namespace dynamickaKnihovna {
  int log;
}

Kód obsahující identifikátory můžeme umístit do prostoru jmen, anglicky namespace. Definice prostoru je přípustná pouze na globální úrovni, nelze tedy definovat namespace uvnitř funkce. Mimo prostor jsou pak v něm definované identifikátory dostupné explicitně pomocí identifikátoru tohoto prostoru. Například

dynamickaKnihovna::log = 1;

Uvnitř prostoru jsou identifikátory dostupné i přímo.

namespace dynamickaKnihovna {
  int log;

  void f(void) {
    log = 1;
  }
}

Samotný prostor nemusí být definován na jediném místě, lze jej rozdělit i do více zdrojových souborů.

namespace prostor {
  int a;
}
/*
  .....
*/
// O kus dál, klidně i v jiném souboru
namespace prostor {
  int b;
}

Tělo funkce zpravidla do prostoru nedáváme, stačí když v něm uvedeme hlavičku a do definice přidáme identifikátor prostoru. Pro přístup k identifikátoru funkce platí stejná pravidla, jako v případě proměnných.

namespace prostor {
  int i;
  // Funkce f1 má definici uvnitř prostoru.
  void f1(void) {
    i = 1;
  };
  // Funkce f2 nikoli.
  void f2(void);
}

void prostor::f2(void) {
  // f2 je z prostor1, může tedy používat jeho identifikátory
  i = 2;
  f1();
}

void f3(void) {
  // f3 není z prostor1, musíme používat plnou kvalifikaci
  prostor::i = 3;
  prostor::f1();
  prostor::f2();
}

Prostory jmen nijak nemění pravidla ohledně pořadí deklarace a použití identifikátoru. V místě použití již musí být identifikátor známý, nelze tedy ani s použitím namespace nejprve zavolat funkci a teprve dále v kódu poprvé deklarovat její prototyp. Stejně je tomu i s proměnnými.

Chování namespace vůči identifikátorům definovaným v rámci prostoru a těm na globální úrovni je podobný jako v případě funkcí. Přístup ke globálnímu identifikátoru je možný, tak jako by žádné prostory jmen neexistovaly. Platí však, že lokální identifikátor zastíní ten globální, v tomto případě pro přístup ke globálnímu identifikátoru použijeme čtyřtečku. Ještě více to mohou zkomplikovat proměnné lokální v rámci funkce. V případě trojitého konfliktu identifikátorů mají přednost ty z funkce, potom z namespace a nakonec globální.

#include <stdio.h>
int i = 1;
namespace prostor {
  int i = 2;

  void f(void) {
     int i = 3;

     printf("%i %i %i\n", i, prostor::i, ::i);
  }
}

int main(void) {
  prostor::f();
  return 0;
}

Prostory je možné do sebe zanořovat. Pokud programátor chce, může napsat i takovéhle peklo:

#include <stdio.h>

int i = 0;
namespace vnejsi {
  void f(void) {
    i = 1;
  }
  int i = 0;

  namespace vnitrni {
    void f(void) {
      vnejsi::f();
      i = 2;
      int i = 0;
    }
    int i = 0;
    void g(void) {
      i = 1;
      int i = 3;
      f();
      printf("%i %i %i %i\n", i, vnitrni::i, vnejsi::i, ::i);
    }
  }


}

int main(void) {
  vnejsi::vnitrni::g();
  return 0;
}
 

Uhodnete co program nakonec vypíše? Zkuste to nejdřív vymyslet sami a teprve potom otestujte kvalitu Vašeho překladače. Pokud vám něco nebude jasné, zeptejte se v diskusi.

Z příkladu je patrné, že zanořené prostory jmen se používají podobně jako zanořené adresáře v operačním systému unixového typu, jen jako oddělovač místo znaku / používáme ::. Chybí nám užitečný symbol nadřazeného adresáře .., není zde totiž tak často zapotřebí, neboť identifikátory se hledají postupně ve všech prostorech na cestě zanoření od aktuálního namespace až po kořen stromu, tedy globální prostor jmen. V případě konfliktu identifikátorů se tedy použije ten definovaný z logického hlediska blíže.

Domácí úkol

Napište si vlastní sdílenou knihovnu s globální proměnnou int i a proměnnou stejného jména a typu definujte i v programu, rovněž jako globální. Ani v jednom případě nesmí být static. Použijte i jak v programu, tak i v knihovně a zjistěte, ke které proměnné se bude přistupovat. Potom změňte typ i z hlavního programu na double. Nepoužívejte namespace. Pracujte na systému (třeba Linux), kde není třeba explicitně exportovat symboly sdílené knihovny, jako je tomu např. na Windows. Nad výsledkem se zamyslete.

Pokračování příště

Domácí úkol byl tentokrát trochu náročnější, tak si ho příště zkontrolujeme. Teprve potom dokončíme povídání o namespace.