为什么 <cmath> 中的某些函数不在 std 命名空间中？

Question

我正在开发一个使用多种算术类型的项目。所以我做了一个标题，其中定义了用户定义的算术类型的最低要求：

user_defined_arithmetic.h：

typedef double ArithmeticF;   // The user chooses what type he 
                              // wants to use to represent a real number

namespace arithmetic          // and defines the functions related to that type
{

const ArithmeticF sin(const ArithmeticF& x);
const ArithmeticF cos(const ArithmeticF& x);
const ArithmeticF tan(const ArithmeticF& x);
...
}

困扰我的是，当我使用这样的代码时：

#include "user_defined_arithmetic.h"

void some_function()
{
    using namespace arithmetic;
    ArithmeticF lala(3);
    sin(lala);
}

我得到一个编译器错误：

error: call of overloaded 'sin(ArithmeticF&)' is ambiguous
candidates are:
double sin(double)
const ArithmeticF arithmetic::sin(const ArithmeticF&)

我从未使用过<math.h> 标头，只使用了<cmath>。我从未在头文件中使用过using namespace std。

我正在使用 gcc 4.6.*。我检查了包含模棱两可声明的标题是什么，结果是：

ma​​thcalls.h：

Prototype declarations for math functions; helper file for <math.h>.
...

我知道，<cmath> 包括 <math.h>，但它应该屏蔽 std 命名空间的声明。我深入研究<cmath> 标头并找到：

cmath.h：

...

#include <math.h>

...

// Get rid of those macros defined in <math.h> in lieu of real functions.
#undef abs
#undef div
#undef acos
...

namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
{
...

所以命名空间std 在#include <math.h> 之后开始。这里有什么问题，还是我误会了什么？

Answer 1

允许 C++ 标准库的实现在全局命名空间以及 std 中声明 C 库函数。有些人会称这是一个错误，因为（正如您所发现的）命名空间污染会导致与您自己的名称发生冲突。然而，事情就是这样，所以我们必须忍受它。你只需要将你的名字限定为arithmetic::sin。

用标准（C++11 17.6.1.2/4）的话来说：

然而，在 C++ 标准库中，声明（除了 在 C 中定义为宏的名称在命名空间 std 的命名空间范围 (3.3.6) 内。 是 未指定这些名称是否首先在全局命名空间范围内声明然后注入 通过显式使用声明 (7.3.3) 进入命名空间 std。

Answer 2

如果您真的愿意，您可以随时围绕cmath 编写一个小包装器，如下所示：

//stdmath.cpp
#include <cmath>
namespace stdmath
{
    double sin(double x)
    {
        return std::sin(x);
    }
}

//stdmath.hpp
#ifndef STDMATH_HPP
#define STDMATH_HPP
namespace stdmath {
    double sin(double);
}
#endif

//uses_stdmath.cpp
#include <iostream>
#include "stdmath.hpp"

double sin(double x)
{
    return 1.0;
}

int main()
{
    std::cout << stdmath::sin(1) << std::endl;
    std::cout << sin(1) << std::endl;
}

我想额外的函数调用可能会产生一些开销，具体取决于编译器的聪明程度。

Answer 3

这只是开始解决这个问题的一个不起眼的尝试。 （欢迎提出建议。）

我已经处理这个问题很长时间了。一个case 问题很明显就是这个case：

#include<cmath>
#include<iostream>

namespace mylib{
    std::string exp(double x){return "mylib::exp";}
}

int main(){
    std::cout << std::exp(1.) << std::endl; // works
    std::cout << mylib::exp(1.) << std::endl; // works

    using namespace mylib;
    std::cout << exp(1.) << std::endl; //doesn't works!, "ambiguous" call
    return 0;
}

在我看来，这是一个令人讨厌的错误，或者至少是一个非常不幸的情况。 （至少在 GCC 中，以及在 Linux 中使用 GCC 库的 clang。）

最近我再次尝试解决这个问题。通过查看cmath（来自 GCC），似乎标头只是为了重载 C 函数并在过程中搞砸命名空间。

namespace std{
   #include<math.h>
}
//instead of #include<cmath>

有了它就可以了

using namespace mylib;
std::cout << exp(1.) << std::endl; //now works.

我几乎可以肯定这并不完全等同于#include<cmath>，但大多数功能似乎都可以工作。

最糟糕的是，最终某些依赖库最终会#inclulde<cmath>。为此，我还没有找到解决方案。

注意：不用说这根本不起作用

namespace std{
   #include<cmath> // compile errors
}