java中的“包”与C#中的“命名空间

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Package vs. Namespace

我们知道，重用性（reusebility）是软件工程中一个非常重要的目标。重用，不仅仅指自己所写的软件（代码、组件等等）可以被重复利用；更广义的重用是指不同的人，不同的团队，不同的公司之间可以互相利用别人的成果。另外，对于大型软件，往往是由多个团队共同开发的，这些团队有可能分布于不同的城市、地区、甚至国家。由于这些原因，名字管理成为一个非常重要的因素。

由于C语言本身不提供名字管理的机制（C语言的static命名解决的是可见性问题，这些名字不会输出给外部，但我们要讨论的名字空间和这个问题并不完全一样），为了解决名字冲突的问题，大家一般会选取加前缀的方法；而前缀规则往往是: ${project name}_${name}；更加安全的命名规则将前缀分了更多的级别：${project name}_${module name}_${name}。

这种方案在现实生活中有大量类似的例子。比如：中国的很多城市都有滨河路，如果你谈话的对象都明白你所指的城市，你只需要说滨河路，大家都会明白你的所指。但如果情况不是这样，你就需要加上前缀，说明这到底是乐山的滨河路，还是成都的滨河路。你在邮寄信件的时候，这一点体现的最为直接。

所以，如果存在一个全局的管理，C语言的这种方案应该是非常有效的。但它的缺陷是，这可能会造成很长的名字，而每次在引用一个名字的时候你都必须给出全名。

这是一件非常麻烦的事情。你不妨想象一下，明明大家都知道你所谈的是乐山的滨河路，但你不得不在每次谈到它的时候，都要说“中国四川省乐山市滨河路”，你会多么的痛苦。

为了解决这类问题，并给出一个行之有效的管理方案。随后的编程语言，无论是C++，Java还是C#都提供了自己的名字管理的机制。这些方案在本质上有其统一的思想，但操作方式存在着一定的差异。

在前面C语言的方案里，本身体现了分级管理的方式。分级管理是一种非常自然而有效的手段。比如，互联网的域名。它通过分级的命名保证了一个名字的全局唯一性，其排列方式是从小范围到大范围（这既是因为西方的书写习惯，也是为了方便。其实从这一点上，我们可以发现，如果一个人的预读习惯是从左到右的话，从小到大的排布方式则非常便于节省时间，比如 “滨河路，乐山市，四川省，中国”。在我们从左边的信息已经知道我们的所指时，则可以跳过或忽略后面的信息。而从大到小的排布方式则可以避免错误，因为我们首先了解了限定条件，最后读到滨河路的时候，我们已经确定我们的所指了) 。我们可以在前面加上名字，指定更小的范围。比如：wsd.wmsg.sps.motorola.com 说明这是motorola公司的SPS部门的wmsg部门的wsd组。

Java使用这种方式来命名包（Package）,只不过把书写方式反过来。这种方式可以非常有效的保证命名的统一。比如，一个名为mlca的项目的mmi模块包可以命名为：com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.mmi，而其engine模块包可以命名为：com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.engine。

这样，当不同的团队，公司之间的代码放在一起进行使用时，在一个名字不冲突的情况下，我们只需要简单的使用它。当引起冲突的时候，我们指定其全名就行了。比如，上述的两个包中都有一个名为Message的class，如果我们的另外一个package中的某个class要同时使用这两个包，在引用Message类的时候，我们需要指明它来自于哪个包。如下：

import com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.mmi;
import com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.engine;

// 我们需要指明class Message来自于哪个包.
public class Foo extends com.motorola.sps.wmsg.mlca.mlca.mmi.Message {
...
}

而C++和C#则提供了namespace的概念来支持这种方式。你可以在全局的空间内指定自己的namespace，然后还可以在某个namespace内制定更小范围的namespace。虽然C++和C#本身没有推荐任何namespace的命名方式(其实反域名的方式也是Java推荐的,并非强制)，但我们也可以使用上述方式。比如下面的C# code：

namespace com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.mmi
{
// MMI Stuff
...
}

namespace com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.engine
{
// Engine Stuff
...
}

当我们同时使用这两个模块时，如果出现名字冲突，也许要通过指定namespace来指明。比如：

class Foo: com.motorola.sps.wmsg.wsd.mlca.mmi.Message
{
...
}

Java的package本身没有子包的概念，所有package都是并列的关系，没有谁包含谁的问题。比如:org.dominoo.action和org.dominoo.action.asl之间绝对没有包与子包的关系。它们是各自独立的包，各自拥有自己的class/interface的集合。在org.dominoo.action.asl的某个java文件里，如果想引用org.dominoo.action里的某个class/interface，则必须import org.dominoo.action。

C++/C#的namespace方案则不然，一个namespace可以有自己的sub-namespace,我们不妨将namespace也称为package,那么C++/C#的package之间就可能存在包与子包的关系. 比如:

namespace org.dominoo
{
   namespace action
   {
     namespace asl
     {
       ....
     }
   }

namespace constraint
   {
     namespace ocl
     {
       ....
     }
   }
}

在这个例子中，action和constraint都是org.dominoo的子包，而它们又各自拥有自己的子包asl和ocl。

所以，对于一个全局的名字空间，C语言无法直接进行名字空间分离，而Java则可以从全局的名字空间里分离出独立的名字空间，但C++/C#则可以进一步将各个名字空间进行进一步分离。如下图：

|------------------|
| global namespace |
|                   |
|                  |
|                  |
|------------------|
         C 语言

|-------------------|
| global namespace |
|                   |
| |---| |---| |---| |
| | A | | B | | C | |
| |---| |---| |---| |
|-------------------|
       Java 语言

|----------------------------|
| global namespace            |
|                            |
| |-------------| |--------| |
| | A            | | B       | |
| | |---| |---| | | |---| | |
| | | C | | D | | | | E | | |
| | |---| |---| | | |---| | |
| |-------------| |--------| |
|----------------------------|
       C++/C# 语言

所以，Java的Package方案只对全局的名字空间进行了一次划分，本质上只是为语言提供了一个命名前缀方案，只是通过命名前缀的分级管理来保证名字的唯一性。它唯一的作用就是为了避免名字冲突。

而C++/C#则提供了对任何一个空间进行再次划分的能力。在Java中org.dominoo和org.dominoo.asl之间是完全没有包含关系的各自独立的包，但在C++/C#中，dominoo.asl则和明显是dominoo的一个子包。

事实上，如果仅仅为了避免命名冲突，像C++/C#这样复杂的方案并无必要，Java的方案就足够了。但C++/C#这种方案可以带来其它的便利：

1、软件开发的本质就是自上而下依次分解的，每一层都有自己的定义，并且这种定义可以作为下一层所有子系统的公共服务，多层次的树状结构符合这种逻辑。C++/C#方案用最自然的方式满足了这种划分关系。事实上,这种方案和文件管理的思路是一样的。

2、一个程序一旦using哪个namespace，就可以通过它向下访问它的子包，而无需指出全路经。比如，在上面的图中，如果一个程序写了using namespace A，则它在访问C包中的class Foo时，只需要写C::Foo，而不需要写全路径::A::C::Foo。在Java中，由于A，C是并列的关系，为了访问C中的内容，必须明确指出import C。然后在访问Foo而产生名字冲突的情况下，必须指出全路径。

3、当程序身处某个包的时候，在不产生名字冲突的情况下，可以直接访问外部包中的定义。由于Java包的层次只有一层，所以Java只能直接访问global namespace中的定义，任何其它包中的定义，必须通过import才能够访问。

毫无疑问，C++/C#的方案更加强大灵活，但也更复杂。而复杂的东西往往让使用者更容易犯错误。孰优孰劣，你自己判断吧。