C++與Java比較

阿新 • • 發佈：2019-01-18

“作為一名C++程式設計師，我們早已掌握了面向物件程式設計的基本概念，而且Java的語法無疑是非常熟悉的。事實上，Java本來就是從C++衍生出來的。”
　　然而，C++和Java之間仍存在一些顯著的差異。可以這樣說，這些差異代表著技術的極大進步。一旦我們弄清楚了這些差異，就會理解為什麼說Java是一種優秀的程式設計語言。本附錄將引導大家認識用於區分Java和C++的一些重要特徵。
　　(1) 最大的障礙在於速度：解釋過的Java要比C的執行速度慢上約20倍。無論什麼都不能阻止Java語言進行編譯。寫作本書的時候，剛剛出現了一些準實時編譯器，它們能顯著加快速度。當然，我們完全有理由認為會出現適用於更多流行平臺的純固有編譯器，但假若沒有那些編譯器，由於速度的限制，必須有些問題是Java不能解決的。

　　(2) 和C++一樣，Java也提供了兩種型別的註釋。
　　(3) 所有東西都必須置入一個類。不存在全域性函式或者全域性資料。如果想獲得與全域性函式等價的功能，可考慮將static方法和static資料置入一個類裡。注意沒有象結構、列舉或者聯合這一類的東西，一切只有“類”（Class）！
　　(4) 所有方法都是在類的主體定義的。所以用C++的眼光看，似乎所有函式都已嵌入，但實情並非如何（嵌入的問題在後面講述）。
　　(5) 在Java中，類定義採取幾乎和C++一樣的形式。但沒有標誌結束的分號。沒有class foo這種形式的類宣告，只有類定義。
　　class aType()
　　void aMethod() {/* 方法主體*/}

　　}
　　(6) Java中沒有作用域範圍運算子“::”。Java利用點號做所有的事情，但可以不用考慮它，因為只能在一個類裡定義元素。即使那些方法定義，也必須在一個類的內部，所以根本沒有必要指定作用域的範圍。我們注意到的一項差異是對static方法的呼叫：使用ClassName.methodName()。除此以外，package（包）的名字是用點號建立的，並能用import關鍵字實現C++的“#include”的一部分功能。例如下面這個語句：
　　import java.awt.*;
　　（#include並不直接對映成import，但在使用時有類似的感覺。）
　　(7) 與C++類似，Java含有一系列“主型別”（Primitive type），以實現更有效率的訪問。在Java中，這些型別包括boolean，char，byte，short，int，long，float以及double。所有主型別的大小都是固有的，且與具體的機器無關（考慮到移植的問題）。這肯定會對效能造成一定的影響，具體取決於不同的機器。對型別的檢查和要求在Java裡變得更苛刻。例如：

　　■條件表示式只能是boolean（布林）型別，不可使用整數。
　　■必須使用象X+Y這樣的一個表示式的結果；不能僅僅用“X+Y”來實現“副作用”。
　　(8) char（字元）型別使用國際通用的16位Unicode字符集，所以能自動錶達大多數國家的字元。
　　(9) 靜態引用的字串會自動轉換成String物件。和C及C++不同，沒有獨立的靜態字元陣列字串可供使用。
　　(10) Java增添了三個右移位運算子“>>>”，具有與“邏輯”右移位運算子類似的功用，可在最末尾插入零值。“>>”則會在移位的同時插入符號位（即“算術”移位）。
　　(11) 儘管表面上類似，但與C++相比，Java陣列採用的是一個頗為不同的結構，並具有獨特的行為。有一個只讀的length成員，通過它可知道陣列有多大。而且一旦超過陣列邊界，執行期檢查會自動丟棄一個異常。所有陣列都是在記憶體“堆”裡建立的，我們可將一個數組分配給另一個（只是簡單地複製陣列控制代碼）。陣列識別符號屬於第一級物件，它的所有方法通常都適用於其他所有物件。
　　(12) 對於所有不屬於主型別的物件，都只能通過new命令建立。和C++不同，Java沒有相應的命令可以“在堆疊上”建立不屬於主型別的物件。所有主型別都只能在堆疊上建立，同時不使用new命令。所有主要的類都有自己的“封裝（器）”類，所以能夠通過new建立等價的、以記憶體“堆”為基礎的物件（主型別陣列是一個例外：它們可象C++那樣通過集合初始化進行分配，或者使用new）。
　　(13) Java中不必進行提前宣告。若想在定義前使用一個類或方法，只需直接使用它即可——編譯器會保證使用恰當的定義。所以和在C++中不同，我們不會碰到任何涉及提前引用的問題。
　　(14) Java沒有預處理機。若想使用另一個庫裡的類，只需使用import命令，並指定庫名即可。不存在類似於預處理機的巨集。
　　(15) Java用包代替了名稱空間。由於將所有東西都置入一個類，而且由於採用了一種名為“封裝”的機制，它能針對類名進行類似於名稱空間分解的操作，所以命名的問題不再進入我們的考慮之列。資料包也會在單獨一個庫名下收集庫的元件。我們只需簡單地“import”（匯入）一個包，剩下的工作會由編譯器自動完成。
　　(16) 被定義成類成員的物件控制代碼會自動初始化成null。對基本類資料成員的初始化在Java裡得到了可靠的保障。若不明確地進行初始化，它們就會得到一個預設值（零或等價的值）。可對它們進行明確的初始化（顯式初始化）：要麼在類內定義它們，要麼在構建器中定義。採用的語法比C++的語法更容易理解，而且對於static和非static成員來說都是固定不變的。我們不必從外部定義static成員的儲存方式，這和C++是不同的。
　　(17) 在Java裡，沒有象C和C++那樣的指標。用new建立一個物件的時候，會獲得一個引用（本書一直將其稱作“控制代碼”）。例如：
　　String s = new String("howdy");
　　然而，C++引用在建立時必須進行初始化，而且不可重定義到一個不同的位置。但Java引用並不一定侷限於建立時的位置。它們可根據情況任意定義，這便消除了對指標的部分需求。在C和C++裡大量採用指標的另一個原因是為了能指向任意一個記憶體位置（這同時會使它們變得不安全，也是Java不提供這一支援的原因）。指標通常被看作在基本變數陣列中四處移動的一種有效手段。Java允許我們以更安全的形式達到相同的目標。解決指標問題的終極方法是“固有方法”（已在附錄A討論）。將指標傳遞給方法時，通常不會帶來太大的問題，因為此時沒有全域性函式，只有類。而且我們可傳遞對物件的引用。Java語言最開始聲稱自己“完全不採用指標！”但隨著許多程式設計師都質問沒有指標如何工作？於是後來又宣告“採用受到限制的指標”。大家可自行判斷它是否“真”的是一個指標。但不管在何種情況下，都不存在指標“算術”。
　　(18) Java提供了與C++類似的“構建器”（Constructor）。如果不自己定義一個，就會獲得一個預設構建器。而如果定義了一個非預設的構建器，就不會為我們自動定義預設構建器。這和C++是一樣的。注意沒有複製構建器，因為所有自變數都是按引用傳遞的。
　　(19) Java中沒有“破壞器”（Destructor）。變數不存在“作用域”的問題。一個物件的“存在時間”是由物件的存在時間決定的，並非由垃圾收集器決定。有個finalize()方法是每一個類的成員，它在某種程度上類似於C++的“破壞器”。但finalize()是由垃圾收集器呼叫的，而且只負責釋放“資源”（如開啟的檔案、套接字、埠、URL等等）。如需在一個特定的地點做某樣事情，必須建立一個特殊的方法，並呼叫它，不能依賴finalize()。而在另一方面，C++中的所有物件都會（或者說“應該”）破壞，但並非Java中的所有物件都會被當作“垃圾”收集掉。由於Java不支援破壞器的概念，所以在必要的時候，必須謹慎地建立一個清除方法。而且針對類內的基礎類以及成員物件，需要明確呼叫所有清除方法。
　　(20) Java具有方法“過載”機制，它的工作原理與C++函式的過載幾乎是完全相同的。
　　(21) Java不支援預設自變數。
　　(22) Java中沒有goto。它採取的無條件跳轉機制是“break 標籤”或者“continue 標準”，用於跳出當前的多重巢狀迴圈。
　　(23) Java採用了一種單根式的分級結構，因此所有物件都是從根類Object統一繼承的。而在C++中，我們可在任何地方啟動一個新的繼承樹，所以最後往往看到包含了大量樹的“一片森林”。在Java中，我們無論如何都只有一個分級結構。儘管這表面上看似乎造成了限制，但由於我們知道每個物件肯定至少有一個Object介面，所以往往能獲得更強大的能力。C++目前似乎是唯一沒有強制單根結構的唯一一種OO語言。
　　(24) Java沒有模板或者引數化型別的其他形式。它提供了一系列集合：Vector（向量），Stack（堆疊）以及Hashtable（散列表），用於容納Object引用。利用這些集合，我們的一系列要求可得到滿足。但這些集合並非是為實現象C++“標準模板庫”（STL）那樣的快速呼叫而設計的。Java 1.2中的新集合顯得更加完整，但仍不具備正宗模板那樣的高效率使用手段。
　　(25) “垃圾收集”意味著在Java中出現記憶體漏洞的情況會少得多，但也並非完全不可能（若呼叫一個用於分配儲存空間的固有方法，垃圾收集器就不能對其進行跟蹤監視）。然而，記憶體漏洞和資源漏洞多是由於編寫不當的finalize()造成的，或是由於在已分配的一個塊尾釋放一種資源造成的（“破壞器”在此時顯得特別方便）。垃圾收集器是在C++基礎上的一種極大進步，使許多程式設計問題消彌於無形之中。但對少數幾個垃圾收集器力有不逮的問題，它卻是不大適合的。但垃圾收集器的大量優點也使這一處缺點顯得微不足道。
　　(26) Java內建了對多執行緒的支援。利用一個特殊的Thread類，我們可通過繼承建立一個新執行緒（放棄了run()方法）。若將synchronized（同步）關鍵字作為方法的一個型別限制符使用，相互排斥現象會在物件這一級發生。在任何給定的時間，只有一個執行緒能使用一個物件的synchronized方法。在另一方面，一個synchronized方法進入以後，它首先會“鎖定”物件，防止其他任何synchronized方法再使用那個物件。只有退出了這個方法，才會將物件“解鎖”。線上程之間，我們仍然要負責實現更復雜的同步機制，方法是建立自己的“監視器”類。遞迴的synchronized方法可以正常運作。若執行緒的優先等級相同，則時間的“分片”不能得到保證。
　　(27) 我們不是象C++那樣控制宣告程式碼塊，而是將訪問限定符（public，private和protected）置入每個類成員的定義裡。若未規定一個“顯式”（明確的）限定符，就會預設為“友好的”（friendly）。這意味著同一個包裡的其他元素也可以訪問它（相當於它們都成為C++的“friends”——朋友），但不可由包外的任何元素訪問。類——以及類內的每個方法——都有一個訪問限定符，決定它是否能在檔案的外部“可見”。private關鍵字通常很少在Java中使用，因為與排斥同一個包內其他類的訪問相比，“友好的”訪問通常更加有用。然而，在多執行緒的環境中，對private的恰當運用是非常重要的。Java的protected關鍵字意味著“可由繼承者訪問，亦可由包內其他元素訪問”。注意Java沒有與C++的protected關鍵字等價的元素，後者意味著“只能由繼承者訪問”（以前可用“private protected”實現這個目的，但這一對關鍵字的組合已被取消了）。
　　(28) 巢狀的類。在C++中，對類進行巢狀有助於隱藏名稱，並便於程式碼的組織（但C++的“名稱空間”已使名稱的隱藏顯得多餘）。Java的“封裝”或“打包”概念等價於C++的名稱空間，所以不再是一個問題。Java 1.1引入了“內部類”的概念，它祕密保持指向外部類的一個控制代碼——建立內部類物件的時候需要用到。這意味著內部類物件也許能訪問外部類物件的成員，毋需任何條件——就好象那些成員直接隸屬於內部類物件一樣。這樣便為回撥問題提供了一個更優秀的方案——C++是用指向成員的指標解決的。
　　(29) 由於存在前面介紹的那種內部類，所以Java裡沒有指向成員的指標。
　　(30) Java不存在“嵌入”（inline）方法。Java編譯器也許會自行決定嵌入一個方法，但我們對此沒有更多的控制權力。在Java中，可為一個方法使用final關鍵字，從而“建議”進行嵌入操作。然而，嵌入函式對於C++的編譯器來說也只是一種建議。
　　(31) Java中的繼承具有與C++相同的效果，但採用的語法不同。Java用extends關鍵字標誌從一個基礎類的繼承，並用super關鍵字指出準備在基礎類中呼叫的方法，它與我們當前所在的方法具有相同的名字（然而，Java中的super關鍵字只允許我們訪問父類的方法——亦即分級結構的上一級）。通過在C++中設定基礎類的作用域，我們可訪問位於分級結構較深處的方法。亦可用super關鍵字呼叫基礎類構建器。正如早先指出的那樣，所有類最終都會從Object裡自動繼承。和C++不同，不存在明確的構建器初始化列表。但編譯器會強迫我們在構建器主體的開頭進行全部的基礎類初始化，而且不允許我們在主體的後面部分進行這一工作。通過組合運用自動初始化以及來自未初始化物件控制代碼的異常，成員的初始化可得到有效的保證。
　　public class Foo extends Bar {
　　 public Foo(String msg) {
　　 super(msg); // Calls base constructor
　　 }
　　 public baz(int i) { // Override
　　 super.baz(i); // Calls base method
　　 }
　　}
　　(32) Java中的繼承不會改變基礎類成員的保護級別。我們不能在Java中指定public，private或者protected繼承，這一點與C++是相同的。此外，在衍生類中的優先方法不能減少對基礎類方法的訪問。例如，假設一個成員在基礎類中屬於public，而我們用另一個方法代替了它，那麼用於替換的方法也必須屬於public（編譯器會自動檢查）。
　　(33) Java提供了一個interface關鍵字，它的作用是建立抽象基礎類的一個等價物。在其中填充抽象方法，且沒有資料成員。這樣一來，對於僅僅設計成一個介面的東西，以及對於用extends關鍵字在現有功能基礎上的擴充套件，兩者之間便產生了一個明顯的差異。不值得用abstract關鍵字產生一種類似的效果，因為我們不能建立屬於那個類的一個物件。一個abstract（抽象）類可包含抽象方法（儘管並不要求在它裡面包含什麼東西），但它也能包含用於具體實現的程式碼。因此，它被限制成一個單一的繼承。通過與介面聯合使用，這一方案避免了對類似於C++虛擬基礎類那樣的一些機制的需要。
　　為建立可進行“例示”（即建立一個例項）的一個interface（介面）的版本，需使用implements關鍵字。它的語法類似於繼承的語法，如下所示：
　　public interface Face {
　　 public void smile();
　　}
　　public class Baz extends Bar implements Face {
　　 public void smile( ) {
　　 System.out.println("a warm smile");
　　 }
　　}
　　(34) Java中沒有virtual關鍵字，因為所有非static方法都肯定會用到動態繫結。在Java中，程式設計師不必自行決定是否使用

JAVA和C++都是面嚮物件語言。也就是說，它們都能夠實現面向物件思想（封裝，繼承，多型）。而由於C++為了照顧大量的C語言使用者，而相容了C，使得自身僅僅成為了帶類的C語言，多多少少影響了其面向物件的徹底性！JAVA則是完全的面嚮物件語言，它句法更清晰，規模更小，更易學。它是在對多種程式設計語言進行了深入細緻研究的基礎上，據棄了其他語言的不足之處，從根本上解決了c++的固有缺陷。 Java和c++的相似之處多於不同之處，但兩種語言幾處主要的不同使得Java更容易學習，並且程式設計環境更為簡單。

我在這裡不能完全列出不同之處，僅列出比較顯著的區別：

1、指標

JAVA語言讓程式設計者無法找到指標來直接訪問記憶體無指標，並且增添了自動的記憶體管理功能，從而有效地防止了c／c++語言中指標操作失誤，如野指標所造成的系統崩潰。但也不是說JAVA沒有指標，虛擬機器內部還是使用了指標，只是外人不得使用而已。這有利於Java程式的安全。

2、多重繼承

c++支援多重繼承，這是c++的一個特徵，它允許多父類派生一個類。儘管多重繼承功能很強，但使用複雜，而且會引起許多麻煩，編譯程式實現它也很不容易。Java不支援多重繼承，但允許一個類繼承多個介面(extends+implement)，實現了c++多重繼承的功能，又避免了c++中的多重繼承實現方式帶來的諸多不便。

3、資料型別及類

Java是完全面向物件的語言，所有函式和變數部必須是類的一部分。除了基本資料型別之外，其餘的都作為類物件，包括陣列。物件將資料和方法結合起來，把它們封裝在類中，這樣每個物件都可實現自己的特點和行為。而c++允許將函式和變數定義為全域性的。此外，Java中取消了c／c++中的結構和聯合，消除了不必要的麻煩。

4、自動記憶體管理

Java程式中所有的物件都是用new操作符建立在記憶體堆疊上，這個操作符類似於c++的new操作符。下面的語句由一個建立了一個類Read的物件，然後呼叫該物件的work方法： Read r＝new Read()； r.work()；語句Read r＝new Read()；在堆疊結構上建立了一個Read的例項。Java自動進行無用記憶體回收操作，不需要程式設計師進行刪除。而c++中必須由程式設計師釋放記憶體資源，增加了程式設計者的負擔。Java中當一個物件不被再用到時，無用記憶體回收器將給它加上標籤以示刪除。Java裡無用記憶體回收程式是以執行緒方式在後臺執行的，利用空閒時間工作。

5、操作符過載

Java不支援操作符過載。操作符過載被認為是c++的突出特徵，在Java中雖然類大體上可以實現這樣的功能，但操作符過載的方便性仍然丟失了不少。Java語言不支援操作符過載是為了保持Java語言儘可能簡單。

6、預處理功能

Java不支援預處理功能。c／c++在編譯過程中都有一個預編譯階段，即眾所周知的前處理器。前處理器為開發人員提供了方便，但增加丁編譯的複雜性。JAVA虛擬機器沒有前處理器，但它提供的引入語句(import)與c++前處理器的功能類似。

7、 Java不支援預設函式引數，而c++支援

在c中，程式碼組織在函式中，函式可以訪問程式的全域性變數。c++增加了類，提供了類演算法，該演算法是與類相連的函式，c++類方法與Java類方法十分相似，然而，由於c++仍然支援c，所以不能阻止c++開發人員使用函式，結果函式和方法混合使用使得程式比較混亂。 Java沒有函式，作為一個比c++更純的面向物件的語言，Java強迫開發人員把所有例行程式包括在類中，事實上，用方法實現例行程式可激勵開發人員更好地組織編碼。

8、字串

c和c++不支援字串變數，在c和c++程式中使用null終止符代表字串的結束，在Java中字串是用類物件(String和StringBuffer)來實現的，這些類物件是Java語言的核心，用類物件實現字串有以下幾個優點：

(1)在整個系統中建立字串和訪問字串元素的方法是一致的；

(2)字串類是作為Java語言的一部分定義的，而不是作為外加的延伸部分；

(3)Java字串執行執行時檢空，可幫助排除一些執行時發生的錯誤；

(4)可對字串用“十”進行連線操作。

9、陣列
java引入了真正的陣列。不同於c++中利用指標實現的“偽陣列”，Java引入了真正的陣列，同時將容易造成麻煩的指標從語言中去掉，這將有利於防止在c++程式中常見的因為陣列操作越界等指標操作而對系統資料進行非法讀寫帶來的不安全問題。

10、“goto“語句

“可怕”的goto語句是c和c++的“遺物”，它是該語言技術上的合法部分，引用goto語句引起了程式結構的混亂，不易理解，goto語句子要用於無條件轉移子程式和多結構分支技術。鑑於以廣理由，Java不提供goto語句，它雖然指定goto作為關鍵字，但不支援它的使用，使程式簡潔易讀。

11、型別轉換

在c和c++中有時出現數據型別的隱含轉換，這就涉及了自動強制類轉換問題。例如，在c++中可將一浮點值賦予整型變數，並去掉其尾數。Java不支援c++中的自動強制型別轉換，如果需要，必須由程式顯式進行強制型別轉換。

12、異常

JAVA中的異常機制用於捕獲例外事件，增強系統容錯能力 try{//可能產生例外的程式碼 }catch(exceptionType name){ //處理 } 其中exceptionType表示異常型別。而C++則沒有如此方便的機...

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