Java語言和C++語言的差異 (轉)

Java語言和C++語言的差異 (轉)[@more@]

  [引子]這個話題並不新鮮，但是作為語言比較類的文章，從基礎的、具體的、細節的層面來做比較，做小結，恐怕對beginner而言，應該是有所裨益的，想來會比論壇裡的口水仗，抑或概念性的、大層面的比較要來得更為實際一些吧

　　 採用了C及C++的語法格式，對於學習過C及C++的設計者來說，學習Java將有可能很輕鬆。但是，如果仔細檢查Java語言的許多細節，就會發現Java取消了不少C及C++的特性，並且加入了一些新的特性。這些差異包括：

　　 o 不再有指標（Pointer）的概念。

　　 這是Java和C/C++在語法上的主要區別之一。在C及C++中，指標的靈活運用將會給程式設計帶來極大的便利，但是其靈活性也成為了導致程式不穩定的一個主要因素。配合C及C++的管理策略，人員必須親自跟蹤自己向申請到的記憶體，最後確認交還給系統。並且在使用指標時，要隨時注意是否超過合法的記憶體空間，造成Segmentation Fault或General Protection Fault這樣的問題。

　　 Java提供了一種引用（Reference）型別用來替代指標，透過引用去訪問申請到的記憶體空間，可以確保不會訪問不屬於自己的記憶體空間，同時，程式的系統也可以動態地做記憶體垃圾回收工作，將那些被取消引用的記憶體空間回收給系統使用。這種動態記憶體分配機制，透過犧牲一定的靈活性，保證了記憶體分配一定程度上的性。

　　 o 不再有（Function）的概念。

　　 Java程式語言中，取消了結構化語言中最重要的部分--函式。在面向程式設計的概念裡，物件的資料才是真正的主題，而處理物件資料的方法則必須依附在物件內才有意義。因此函式概念完全是不必要的。這強化了物件導向的開發策略。

　　 o 不再使用structure、union和typedef。

　　 事實上，在C++中就可以去掉C中的structure和union等對複雜資料的自定義結構型別了，因為類（Class）的定義方式完全可以做到這項功能。而typedef的功能也可以由類來實現。雖然C++這樣的設計是為了和C相容，但是這些畢竟是多餘的語言特點，在Java語言中便被拋棄了。

　　 o 不再有類的多重繼承（Multiple Inheritance）。

　　 在C++中，多重繼承是一項很強的功能，但也是較難掌握的。取消多重繼承降低了Java語言的功能，但它使Java看起來更為簡潔。同時，Java也提供了介面（Interface）的方式，可以實現部分多重繼承的作用。和多重繼承的不同之處在於介面並不會定義類方法的內容，以及類中的資料。

　　 o 不再有運算子過載（Operator Overloading）。

　　 運算子過載被看作是C++的一個特色。在C++中，利用運算子過載，程式設計者透過對現有運算子賦予自己的定義，可以使程式看起來更為自然。但是，如果使用不當，也會使整個程式的可讀性大受影響。同時，這一功能的存在也並非必要，程式設計者可以定義類中的方法來達到同樣的目的。

　　 o 取消了自動型別轉換。

　　 Java是一種強型別檢查的程式語言，對於諸如浮點型變數賦值給整型變數這樣的情況而言，在C++的語法中是允許的，最多隻是在編譯時給出警告資訊。但是，在Java中，除非寫明強制型別轉換，否則編譯無法透過。

　　 o 不再有預（preprocessor）功能。

　　 利用C/C++中提供的#define、#include等預處理指令，厲害的程式設計人員可以自己開發一套只有自己才看得懂的宏指令集。從工程的角度上看，這對團隊開發軟體和整個軟體的維護都是十分不利的。同時，預編譯後的程式程式碼和程式設計者看到的程式程式碼是不同的。如果宏指令集有錯，產生的錯誤資訊將不會是程式設計人員所預期的，這增加了程式的難度。

　　 o 取消了goto語句。

　　 在C++中，goto語句已經不被建議使用了，保留goto只是為了和C語法相容。在Java中goto語句被完全拋棄了，與此同時，Java又擴大了break語句和continue語句的功能，透過使用break和continue，程式流程被允許在多層迴圈中跳轉。

　　 可以這樣說，Java程式語言是一種簡潔而有效的純物件導向的程式語言。而C++語言因為要與C相容（C++語言是作為C語言的一個超集被定義的），所以在物件導向的特性方面不如Java好。

===========================================================================================

對比C++和Java

“作為一名C++程式設計師，我們早已掌握了物件導向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：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，透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，我們可將一個陣列分配給另一個（只是簡單地複製陣列控制程式碼）。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，都只能透過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，所以能夠透過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++那樣透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宏。
(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。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程式碼會自動初始化成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“控制程式碼”）。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、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（雜湊表），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，我們可透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，它秘密保持指向外部類的一個控制程式碼——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）。透過在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。透過組合運用自動初始化以及來自未初始化物件控制程式碼的異常，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) { // Overr
    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。透過與介面聯合使用，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 wasmile");
  }
}

(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動態繫結。C++之所以採用了virtual，是由於我們對效能進行調整的時候，可透過將其省略，從而獲得執行效率的少量提升（或者換句話說：“如果不用，就沒必要為它付出代價”）。virtual經常會造成一定程度的混淆，而且獲得令人不快的結果。final關鍵字為效能的調整規定了一些範圍——它向編譯器指出這種方法不能被取代，所以它的範圍可能被靜態（而且成為嵌入狀態，所以使用C++非virtual呼叫的等價方式）。這些工作是由編譯器完成的。
(35) Java不提供多重繼承機制（MI），至少不象C++那樣做。與protected類似，MI表面上是一個很不錯的主意，但只有真正面對一個特定的設計問題時，才知道自己需要它。由於Java使用的是“單根”分級結構，所以只有在極少的場合才需要用到MI。interface關鍵字會幫助我們自動完成多個介面的合併工作。
(36) 執行期的型別標識功能與C++極為相似。例如，為獲得與控制程式碼X有關的資訊，可使用下述程式碼：
X.getClass().getName();
為進行一個“型別安全”的緊縮造型，可使用：
derived d = (derived)base;
這與舊式風格的C造型是一樣的。編譯器會自動呼叫動態造型機制，不要求使用額外的語法。儘管它並不象C++的“new casts”那樣具有易於定位造型的優點，但Java會檢查使用情況，並丟棄那些“異常”，所以它不會象C++那樣允許壞造型的存在。
(37) Java採取了不同的異常控制機制，因為此時已經不存在構建器。可新增一個finally從句，強制執行特定的語句，以便進行必要的清除工作。Java中的所有異常都是從基礎類Throwable裡繼承而來的，所以可確保我們得到的是一個通用介面。

public void f(Obj b) throws IOException {
  myre mr = b.createResource();
  try {
    mr.UseResource();
  } catch (MyException e) {
    // handle my exception
  } catch (Throwable e) {
    // handle all other exceptions
  } finally {
    mr.dispose(); // special cleanup
  }
}

(38) Java的異常規範比C++的出色得多。丟棄一個錯誤的異常後，不是象C++那樣在執行期間呼叫一個函式，Java異常規範是在編譯期間檢查並執行的。除此以外，被取代的方法必須遵守那一方法的基礎類版本的異常規範：它們可丟棄指定的異常或者從那些異常衍生出來的其他異常。這樣一來，我們最終得到的是更為“健壯”的異常控制程式碼。
(39) Java具有方法過載的能力，但不允許運算子過載。String類不能用+和+=運算子連線不同的字串，而且String表示式使用自動的型別轉換，但那是一種特殊的內建情況。
(40) 透過事先的約定，C++中經常出現的const問題在Java裡已得到了控制。我們只能傳遞指向物件的控制程式碼，本地副本永遠不會為我們自動生成。若希望使用類似C++按值傳遞那樣的技術，可呼叫clone()，生成自變數的一個本地副本（儘管clone()的設計依然尚顯粗糙——參見第12章）。根本不存在被自動呼叫的副本構建器。為建立一個編譯期的常數值，可象下面這樣編碼：
static final int SIZE = 255
static final int BSIZE = 8 * SIZE
(41) 由於安全方面的原因，“應用程式”的程式設計與“程式片”的程式設計之間存在著顯著的差異。一個最明顯的問題是程式片不允許我們進行的寫操作，因為這樣做會造成從站點的、不明來歷的程式可能胡亂改寫我們的磁碟。隨著Java 1.1對數字簽名技術的引用，這一情況已有所改觀。根據數字簽名，我們可確切知道一個程式片的全部作者，並驗證他們是否已獲得授權。Java 1.2會進一步增強程式片的能力。
(42) 由於Java在某些場合可能顯得限制太多，所以有時不願用它執行象直接訪問這樣的重要任務。Java解決這個問題的方案是“固有方法”，允許我們呼叫由其他語言寫成的函式（目前只支援C和C++）。這樣一來，我們就肯定能夠解決與平臺有關的問題（採用一種不可移植的形式，但那些程式碼隨後會被隔離起來）。程式片不能呼叫固有方法，只有應用程式才可以。
(43) Java提供對註釋文件的內建支援，所以原始碼檔案也可以包含它們自己的文件。透過一個單獨的程式，這些文件資訊可以提取出來，並重新格式化成HTML。這無疑是文件管理及應用的極大進步。
(44) Java包含了一些標準庫，用於完成特定的任務。C++則依靠一些非標準的、由其他廠商提供的庫。這些任務包括（或不久就要包括）：
■連網
■連線（透過JC）
■多執行緒
■分散式物件（透過和）
■
■商貿
由於這些庫簡單易用，而且非常標準，所以能極大加快應用程式的開發速度。
(45) Java 1.1包含了Java Beans標準，後者可建立在可視程式設計環境中使用的元件。由於遵守同樣的標準，所以可視元件能夠在所有廠商的開發環境中使用。由於我們並不依賴一家廠商的方案進行可視元件的設計，所以元件的選擇餘地會加大，並可提高元件的效能。除此之外，Java Beans的設計非常簡單，便於程式設計師理解；而那些由不同的廠商開發的專用元件則要求進行更深入的學習。
(46) 若訪問Java控制程式碼失敗，就會丟棄一次異常。這種丟棄測試並不一定要正好在使用一個控制程式碼之前進行。根據Java的設計規範，只是說異常必須以某種形式丟棄。許多C++執行期系統也能丟棄那些由於指標錯誤造成的異常。
(47) Java通常顯得更為健壯，為此採取的手段如下：
■物件控制程式碼初始化成null（一個關鍵字）
■控制程式碼肯定會得到檢查，並在出錯時丟棄異常
■所有陣列訪問都會得到檢查，及時發現邊界違例情況
■自動垃圾收集，防止出現記憶體漏洞
■明確、“傻瓜式”的異常控制機制
■為多執行緒提供了簡單的語言支援
■對程式片進行位元組碼校驗