c++工程实践1---匿名namespace
时间：2011-02-21 来源：nosaferyao
我最近在工作中遇到并重新思考了这一问题，发现匿名 namespace 并不是多多益善。
C 语言的 static 关键字的两种用法
C 语言的 static 关键字有两种用途：
1. 用于函数内部修饰变量，即函数内的静态变量。这种变量的生存期长于该函数，使得函数具有一定的“状态”。使用静态变量的函数一般是不可重入的，也不是线程安全的。
2. 用在文件级别（函数体之外），修饰变量或函数，表示该变量或函数只在本文件可见，其他文件看不到也访问不到该变量或函数。专业的说法叫“具有 internal linkage”（简言之：不暴露给别的 translation unit）。
C 语言的这两种用法很明确，一般也不容易混淆。
C++ 语言的 static 关键字的四种用法
由于 C++ 引入了 class，在保持与 C 语言兼容的同时，static 关键字又有了两种新用法：
3. 用于修饰 class 的数据成员，即所谓“静态成员”。这种数据成员的生存期大于 class 的对象（实体 instance）。静态数据成员是每个 class 有一份，普通数据成员是每个 instance 有一份，因此也分别叫做 class variable 和 instance variable。
4. 用于修饰 class 的成员函数，即所谓“静态成员函数”。这种成员函数只能访问 class variable 和其他静态程序函数，不能访问 instance variable 或 instance method。
当 然，这几种用法可以相互组合，比如 C++ 的成员函数（无论 static 还是 instance）都可以有其局部的静态变量（上面的用法 1）。对于 class template 和 function template，其中的 static 对象的真正个数跟 template instantiation （模板具现化）有关，相信学过 C++ 模板的人不会陌生。
可见在 C++ 里 static 被 overload 了多次。匿名 namespace 的引入是为了减轻 static 的负担，它替换了 static 的第 2 种用途。也就是说，在 C++ 里不必使用文件级的 static 关键字，我们可以用匿名 namespace 达到相同的效果。（其实严格地说，linkage 或许稍有不同，这里不展开讨论了。）
匿名 namespace 的不利之处
在工程实践中，匿名 namespace 有两大不利之处：
- 其中的函数难以设断点，如果你像我一样使用的是 gdb 这样的文本模式 debugger。
- 使用某些版本的 g++ 时，同一个文件每次编译出来的二进制文件会变化，这让某些 build tool 失灵。
考虑下面这段简短的代码 (anon.cc)：
1: namespace
2: {
3: void foo()
4: {
5: }
6: }
7:
8: int main()
9: {
10: foo();
11: }
对于问题 1：
gdb 的<tab>键自动补全功能能帮我们设定断点，不是什么大问题。前提是你知道那个"(anonymous namespace)::foo()"正是你想要的函数。
$ gdb ./a.out
GNU gdb (GDB) 7.0.1-debian
(gdb) b '<tab>
(anonymous namespace) __data_start _end
(anonymous namespace)::foo() __do_global_ctors_aux _fini
_DYNAMIC __do_global_dtors_aux _init
_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ __dso_handle _start
_IO_stdin_used __gxx_personality_v0 anon.cc
__CTOR_END__ __gxx_personality_v0@plt call_gmon_start
__CTOR_LIST__ __init_array_end completed.6341
__DTOR_END__ __init_array_start data_start
__DTOR_LIST__ __libc_csu_fini dtor_idx.6343
__FRAME_END__ __libc_csu_init foo
__JCR_END__ __libc_start_main frame_dummy
__JCR_LIST__ __libc_start_main@plt int
__bss_start _edata main
(gdb) b '(<tab>
anonymous namespace) anonymous namespace)::foo()
(gdb) b '(anonymous namespace)::foo()'
Breakpoint 1 at 0x400588: file anon.cc, line 4.
麻烦的是，如果两个文件 anon.cc 和 anonlib.cc 都定义了匿名空间中的 foo() 函数（这不会冲突），那么 gdb 无法区分这两个函数，你只能给其中一个设断点。或者你使用 文件名:行号 的方式来分别设断点。（从技术上，匿名 namespace 中的函数是 weak text，链接的时候如果发生符号重名，linker 不会报错。）
从根本上解决的办法是使用普通具名 namespace，如果怕重名，可以把源文件名（必要时加上路径）作为 namespace 名字的一部分。
对于问题 2：
把它编译两次，分别生成 a.out 和 b.out：
$ g++ -g -o a.out anon.cc
$ g++ -g -o b.out anon.cc
$ md5sum a.out b.out
0f7a9cc15af7ab1e57af17ba16afcd70 a.out
8f22fc2bbfc27beb922aefa97d174e3b b.out
$ g++ --version
g++ (GCC) 4.2.4 (Ubuntu 4.2.4-1ubuntu4)
$ diff -u <(nm a.out) <(nm b.out)
--- /dev/fd/63 2011-02-15 22:27:58.960754999 +0800
+++ /dev/fd/62 2011-02-15 22:27:58.960754999 +0800
@@ -2,7 +2,7 @@
0000000000600940 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
0000000000400634 R _IO_stdin_used
w _Jv_RegisterClasses
-0000000000400538 t _ZN36_GLOBAL__N_anon.cc_00000000_E2CEEB513fooEv
+0000000000400538 t _ZN36_GLOBAL__N_anon.cc_00000000_CB51498D3fooEv
0000000000600748 d __CTOR_END__
0000000000600740 d __CTOR_LIST__
0000000000600758 d __DTOR_END__
由上可见，g++ 4.2.4 会随机地给匿名 namespace 生成一个惟一的名字（foo() 函数的 mangled name 中的 E2CEEB51 和 CB51498D 是随机的），以保证名字不冲突。也就是说，同样的源文件，两次编译得到的二进制文件内容不相同，这有时候会造成问题。比如说拿到一个会发生 core dump 的二进制可执行文件，无法确定它是由哪个 revision 的代码编译出来的。毕竟编译结果不可复现，具有一定的随机性。
这可以用 gcc 的 -frandom-seed 参数解决，具体见文档。
这个现象在 gcc 4.2.4 中存在（之前的版本估计类似），在 gcc 4.4.5 中不存在。
替代办法
如果前面的“不利之处”给你带来困扰，解决办法也很简单，就是使用普通具名 namespace。当然，要起一个好的名字，比如 boost 里就常常用 boost::detail 来放那些“不应该暴露给客户，但又不得不放到头文件里”的函数或 class。
总而言之，匿名 namespace 没什么大问题，使用它也不是什么过错。万一它碍事了，可以用普通具名 namespace 替代之。
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