Java和C++的對比

事實上， Java 本來就是從 C++衍生出來的。 

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 是一種優秀的程序設計語言。這裡將引導大家認識用於區分Java 和 C++的一些重要特征。

(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。出現了一些准實時編譯器，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台的純固有編譯器，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 也提供了兩種類型的注釋。

(3) 所有東西都必須置入一個類。不存在全局函數或者全局數據。如果想獲得與全局函數等價的功能，可考慮將 static 方法和 static 數據置入一個類裡。注意沒有象結構、枚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，似乎所有函數都已嵌入，但實情並非如此。

(5) 在 Java 中，類定義采取幾乎和 C++一樣的形式。但沒有標志結束的分號。沒有 class foo 這種形式的類聲明，只有類定義。

1 class aType()
2 　　void aMethod() {/* 方法主體 */}
3 }

(6) Java 中沒有作用域范圍運算符“ ::”。 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范圍。我們注意到的一項差異是對 static 方法的調用：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：

1 import java.awt.*;

（ #include 並不直接映射成 import，但在使用時有類似的感覺。）

(7) 與 C++類似， Java 含有一系列“主類型”（ Primitive type），以實現更有效率的訪問。在 Java 中，這些類型包括 boolean， char， byte ， short， int， long， float 以及 double。所有主類型的大小都是固有的，且與具體的機器無關（考慮到移植的問題）。這肯定會對性能造成一定的影響，具體取決於不同的機器。對類型的檢查和要求在 Java 裡變得更苛刻。例如：
■條件表達式只能是 boolean（布爾）類型，不可使用整數。
■必須使用象 X+Y 這樣的一個表達式的結果；不能僅僅用“ X+Y”來實現“副作用”。

(8) char（字符）類型使用國際通用的 16 位 Unicode 字符集，所以能自動表達大多數國家的字符。

(9) 靜態引用的字串會自動轉換成 String 對象。和 C 及 C++不同，沒有獨立的靜態字符數組字串可供使用。

(10) Java 增添了三個右移位運算符“ >>>”，具有與“邏輯”右移位運算符類似的功用，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) 盡管表面上類似，但與 C++相比， Java 數組采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，通過它可知道數組有多大。而且一旦超過數組邊界，運行期檢查會自動丟棄一個異常。所有數組都是在內存“堆”裡創建的，我們可將一個數組分配給另一個（只是簡單地復制數組句柄）。數組標識符屬於第一級對象，它的所有方法通常都適用於其他所有對象。

(12) 對於所有不屬於主類型的對象，都只能通過 new 命令創建。和 C++不同， Java 沒有相應的命令可以“在堆棧上”創建不屬於主類型的對象。所有主類型都只能在堆棧上創建，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 創建等價的、以內存“堆”為基礎的對象（主類型數組是一個例外：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 中不必進行提前聲明。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 用包代替了命名空間。由於將所有東西都置入一個類，而且由於采用了一種名為“封裝”的機制，它能針對類名進行類似於命名空間分解的操作，所以命名的問題不再進入我們的考慮之列。數據包也會在單獨一個庫名下收集庫的組件。我們只需簡單地“ import”（導入）一個包，剩下的工作會由編譯器自動完成。

(16) 被定義成類成員的對象句柄會自動初始化成 null。對基本類數據成員的初始化在 Java 裡得到了可靠的保障。若不明確地進行初始化，它們就會得到一個默認值（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。采用的語法比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 成員的存儲方式，這和 C++是不同的。

(17) 在 Java 裡，沒有象 C 和 C++那樣的指針。用 new 創建一個對象的時候，會獲得一個引用。例如：

1 String s = new String("howdy");

然而， C++引用在創建時必須進行初始化，而且不可重定義到一個不同的位置。但Java 引用並不一定局限於創建時的位置。它們可根據情況任意定義，這便消除了對指針的部分需求。在C 和 C++裡大量采用指針的另一個原因是為了能指向任意一個內存位置（這同時會使它們變得不安全，也是Java 不提供這一支持的原因）。指針通常被看作在基本變量數組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。解決指針問題的終極方法是“固有方法”。將指針傳遞給方法時，通常不會帶來太大的問題，因為此時沒有全局函數，只有類。而且我們可傳遞對對象的引用。 Java 語言最開始聲稱自己“完全不采用指針！”但隨著許多程序員都質問沒有指針如何工作？於是後來又聲明“采用受到限制的指針”。大家可自行判斷它是否“真”的是一個指針。但不管在何種情況下，都不存在指針“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，就會獲得一個默認構建器。而如果定義了一個非默認的構建器，就不會為我們自動定義默認構建器。這和C++是一樣的。注意沒有復制構建器，因為所有自變量都是按引用傳遞的。

(19) Java 中沒有“破壞器”（ Destructor）。變量不存在“作用域”的問題。一個對象的“存在時間”是由對象的存在時間決定的，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()是由垃圾收集器調用的，而且只負責釋放“資源”（如打開的文件、套接字、端口、 URL 等等）。如需在一個特定的地點做某樣事情，必須創建一個特殊的方法，並調用它，不能依賴 finalize()。而在另一方面， C++中的所有對象都會（或者說“應該”）破壞，但並非 Java 中的所有對象都會被當作“垃圾”收集掉。由於 Java 不支持破壞器的概念，所以在必要的時候，必須謹慎地創建一個清除方法。而且針對類內的基礎類以及成員對象，需要明確調用所有清除方法。

(20) Java 具有方法“過載”機制，它的工作原理與 C++函數的過載幾乎是完全相同的。

(21) Java 不支持默認自變量。

(22) Java 中沒有 goto 。它采取的無條件跳轉機制是“ break 標簽”或者“ continue 標准”，用於跳出當前的多重嵌套循環。

(23) Java 采用了一種單根式的分級結構，因此所有對象都是從根類 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。盡管這表面上看似乎造成了限制，但由於我們知道每個對象肯定至少有一個Object 接口，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 沒有模板或者參數化類型的其他形式。它提供了一系列集合： Vector（向量）， Stack（堆棧）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++“標准模板庫”（ STL）那樣的快速調用而設計的。 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 中出現內存漏洞的情況會少得多，但也並非完全不可能（若調用一個用於分配存儲空間的固有方法，垃圾收集器就不能對其進行跟蹤監視）。然而，內存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，使許多編程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 內建了對多線程的支持。利用一個特殊的 Thread 類，我們可通過繼承創建一個新線程（放棄了run()方法）。若將 synchronized（同步）關鍵字作為方法的一個類型限制符使用，相互排斥現象會在對象這一級發生。在任何給定的時間，只有一個線程能使用一個對象的synchronized 方法。在另一方面，一個synchronized 方法進入以後，它首先會“鎖定”對象，防止其他任何 synchronized 方法再使用那個對象。只有退出了這個方法，才會將對象“解鎖”。在線程之間，我們仍然要負責實現更復雜的同步機制，方法是創建自己的“監視器”類。遞歸的 synchronized 方法可以正常運作。若線程的優先等級相同，則時間的“分片”不能得到保證。

(27) 我們不是象 C++那樣控制聲明代碼塊，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，就會默認為“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，決定它是否能在文件的外部“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，在多線程的環境中，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) 嵌套的類。在 C++中，對類進行嵌套有助於隱藏名稱，並便於代碼的組織（但 C++的“命名空間”已使名稱的隱藏顯得多余）。 Java 的“封裝”或“打包”概念等價於 C++的命名空間，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句柄—— 創建內部類對象的時候需要用到。這意味著內部類對象也許能訪問外部類對象的成員，毋需任何條件—— 就好象那些成員直接隸屬於內部類對象一樣。這樣便為回調問題提供了一個更優秀的方案—— C++是用指向成員的指針解決的。

(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針。

(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，嵌入函數對於 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，但采用的語法不同。 Java 用 extends 關鍵字標志從一個基礎類的繼承，並用 super 關鍵字指出准備在基礎類中調用的方法，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 關鍵字調用基礎類構建器。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對象句柄的異常，成員的初始化可得到有效的保證。

1 public class Foo extends Bar {
2 　　public Foo(String msg) {
3 　　　　super(msg); // Calls base constructor
4 　　}
5 　　public baz(int i) { // Override
6 　　　　super.baz(i); // Calls base method
7 　　}
8 }

(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，它的作用是創建抽象基礎類的一個等價物。 在其中填充抽象方法，且沒有數據成員。這樣一來，對於僅僅設計成一個接口的東西，以及對於用 extends 關鍵字在現有功能基礎上的擴展，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，因為我們不能創建屬於那個類的一個對象。一個 abstract （抽象）類可包含抽象方法（盡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代碼。因此，它被限制成一個單一的繼承。通過與接口聯合使用，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。為創建可進行“例示”（即創建一個實例）的一個 interface（接口）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：

1 public interface Face {
2 　　public void smile();
3 }
4 public class Baz extends Bar implements Face {
5 　　public void smile( ) {
6 　　　　System.out.println("a warm smile");
7 　　}
8 }

(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綁定。在 Java 中，程序員不必自行決定是否使用動態綁定。 C++之所以采用了 virtual，是由於我們對性能進行調整的時候，可通過將其省略，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 關鍵字為性能的調整規定了一些范圍—— 它向編譯器指出這種方法不能被取代，所以它的范圍可能被靜態約束（而且成為嵌入狀態，所以使用C++非virtual 調用的等價方式）。這些優化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接口的合並工作。

(36) 運行期的類型標識功能與 C++極為相似。例如，為獲得與句柄 X 有關的信息，可使用下述代碼：

1 X.getClass().getName();

為進行一個“類型安全”的緊縮造型，可使用：

1 derived d = (derived)base;

這與舊式風格的 C 造型是一樣的。編譯器會自動調用動態造型機制，不要求使用額外的語法。盡管它並不象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 采取了不同的異常控制機制，因為此時已經不存在構建器。可添加一個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接口。

 1 public void f(Obj b) throws IOException {
 2 　　myresource mr = b.createResource();
 3 　　try {
 4 　　　　mr.UseResource();
 5 　　} catch (MyException e) {
 6 　　　　// handle my exception
 7 　　} catch (Throwable e) {
 8 　　　　// handle all other exceptions
 9 　　} finally {
10 　　　　mr.dispose(); // special cleanup
11 　　}
12 }

(38) Java 的異常規范比 C++的出色得多。丟棄一個錯誤的異常後，不是象 C++那樣在運行期間調用一個函數， Java 異常規范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范：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”的異常控制代碼。

(39) Java 具有方法過載的能力，但不允許運算符過載。 String 類不能用+和+=運算符連接不同的字串，而且String 表達式使用自動的類型轉換，但那是一種特殊的內建情況。

(40) 通過事先的約定， C++中經常出現的 const 問題在 Java 裡已得到了控制。我們只能傳遞指向對象的句柄，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，可調用 clone()，生成自變量的一個本地副本（盡管 clone()的設計依然尚顯粗糙）。根本不存在被自動調用的副本構建器。為創建一個編譯期的常數值，可象下面這樣編碼：

1 static final int SIZE = 255
2 static final int BSIZE = 8 * SIZE

(41) 由於安全方面的原因，“應用程序”的編程與“程序片”的編程之間存在著顯著的差異。一個最明顯的問題是程序片不允許我們進行磁盤的寫操作，因為這樣做會造成從遠程站點下載的、不明來歷的程序可能胡亂改寫我們的磁盤。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序片的全部作者，並驗證他們是否已獲得授權。 Java 1.2 會進一步增強程序片的能力。

(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硬件這樣的重要任務。Java 解決這個問題的方案是“固有方法”，允許我們調用由其他語言寫成的函數（目前只支持C 和 C++）。這樣一來，我們就肯定能夠解決與平台有關的問題（采用一種不可移植的形式，但那些代碼隨後會被隔離起來）。程序片不能調用固有方法，只有應用程序才可以。

(43) Java 提供對注釋文檔的內建支持，所以源碼文件也可以包含它們自己的文檔。通過一個單獨的程序，這些文檔信息可以提取出來，並重新格式化成 HTML。這無疑是文檔管理及應用的極大進步。

(44) Java 包含了一些標准庫， 用於完成特定的任務。 C++則依靠一些非標准的、由其他廠商提供的庫。這些任務包括（或不久就要包括）：
■連網
■數據庫連接（通過 JDBC）
■多線程
■分布式對象（通過 RMI 和 CORBA）
■壓縮
■商貿
由於這些庫簡單易用，而且非常標准，所以能極大加快應用程序的開發速度。

(45) Java 1.1 包含了 Java Beans 標准，後者可創建在可視編程環境中使用的組件。由於遵守同樣的標准，所以可視組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組件的設計，所以組件的選擇余地會加大，並可提高組件的效能。除此之外， Java Beans 的設計非常簡單，便於程序員理解；而那些由不同的廠商開發的專用組件框架則要求進行更深入的學習。

(46) 若訪問 Java 句柄失敗，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句柄之前進行。根據 Java 的設計規范，只是說異常必須以某種形式丟棄。許多C++運行期系統也能丟棄那些由於指針錯誤造成的異常。

(47) Java 通常顯得更為健壯，為此采取的手段如下：
■對象句柄初始化成 null（一個關鍵字）
■句柄肯定會得到檢查，並在出錯時丟棄異常
■所有數組訪問都會得到檢查，及時發現邊界違例情況
■自動垃圾收集，防止出現內存漏洞
■明確、“傻瓜式”的異常控制機制
■為多線程提供了簡單的語言支持
■對網絡程序片進行字節碼校驗

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