【Java】C++和Java的差异

注: 以下内容摘录自Java编程思想一书

• 最大的差异在于速度，解释过的Java要比C的执行速度慢上约20倍。无论什么都不能阻止Java语言进行编译，一些准实时编译器能显著加快速度，会出现适用于更多流行平台的纯固有编译器，但假若没有那些编译器，由于速度的限制，必须有些问题是Java不能解决的。
• 和C++一样，Java也提供了两种类型的注释。
• 所有东西都必须置入一个类。不存在全局函数或者全局数据，如果想获得与全局函数等价的功能，可考虑static方法和static数据置入一个类里。注意没有像结构、枚举或者联合这一类的东西，一切只有类Class。
• 所有方法都是在类的主体定义的，所以用C++的眼光看，似乎所有函数都已嵌入inline，但实情并非如此。
• 在Java中，类定义采取几乎和C++一样的形式，但没有标志结束的分号，没有class foo;这种形式的类声明，只有类定义。

 class MyClass {
     void myMethod() {
         // ...
     }
 }

• Java中没有作用域范围运算符::。Java利用点号做所有的事情，但可以不用考虑它，因为只能在一个类里定义元素，即使那些方法定义，也必须在一个类的内部，所以根本没有必要指定作用域的范围。一项差异是对static方法的调用，使用ClassName.methodName()。除此之外，package包的名字是用点号建立的，并能用import关键字实现C++的#include的一部分功能，#include并不直接映射成import，但在使用时有类似的感觉。例如下面这个语句：

import java.awt.*;

• 与C++类似，Java含有一些主类型（基本类型）Primitive type，以实现更有效率的访问。在Java中，这些类型包括boolean、char、byte、short、int、long、float以及double。所有主类型的大小都是固有的，且考虑到移植的问题与具体的机器无关，这肯定会对性能造成一定的影响，具体取决于不同的机器，对类型的检查在Java里变得更苛刻。例如：条件表达式只能是boolean布尔类型，不可使用整数；必须使用像X+Y这样的一个表达式结果，不能仅仅用X+Y来实现副作用。
• char字符类型使用国际通用的16位Unicode字符集，所以能自动表达大多数国家的字符。
• 静态引用的字串会自动转换成String对象，和C及C++不同，没有独立的静态字符数组字串可供使用。
• Java增添了三个右移位运算符>>>，具有与逻辑右移位运算符类似的功用，可在最末尾插入零值。>>则会在移位的同时插入符号位，即算术移位。
• 尽管表面上类似，但与C++不同，Java数组采用的是一个颇为不同的结构，并具有独特的行为，有一个只读的length成员，通过它可知道数组有多大，而且一旦超过数组边界，运行期检查会自动丢弃一个异常。所有数组都是在内存堆里创建的，可将一个数组分配给另一个，其实只是简单地复制数组句柄。数组标识符属于第一级对象，它的所有方法通常都适用于其它所有对象。
• 对于所有不属于主类型的对象，都只能通过new命令创建。和C++不同，Java没有相应的命令可以在堆栈上创建不属于主类型的对象。所有主类型都只能在堆栈上创建，同时不使用new命令。所有主类型的类都有自己的封装器类，所以能够通过new创建等价的、以内存堆为基础的对象。主类型数组是一个例外，它们可像C++那样通过集合初始化进行分配，或者使用new。
• Java中不必进行提前声明，若想在定义前使用一个类或方法，只需直接使用它即可，编译器会保证使用恰当的定义，所以和在C++中不同，不会碰到任何涉及提前引用的问题。
• Java没有预处理机，若想使用另一个库里的类，只要使用import命令，并指定库名即可，不存在类似于预处理机的宏。
• Java用包代替了命名空间，由于将所有东西都置入一个类，而且由于采用了一种名为封装的机制，它能针对类名进行类似于命名空间分解的操作，所以名字的问题不再进入考虑之列。数据包也会在单独一个库名下收集库的组件，只需简单地import导入一个包，剩下的工作会有编译器自动完成。
• 被定义成类成员的对象句柄会自动初始化成null，对基本数据成员的初始化在Java里得到了可靠的保障，若不明确地进行初始化，它们就会得到一个默认值，零或等价的值。可对它们进行明确地初始化，要么在类内定义它们，要么在构建器中定义。采用的语法比C++的语法更容易理解，而且对于static和非static成员来说都是固定不变的，不必从外部定义static成员的存储，这和C++是不同的。
• 在Java里，没有像C和C++那样的指针。用new创建一个对象的时候，会获得一个引用，或将其称作句柄。

  String s = new String("hello");

然而，C++引用在创建时必须进行初始化，而且不可重定义到一个不同的位置。但Java引用并不一定局限于创建时的位置，它们可根据情况任意定义，这便消除了对指针的部分需求。在C和C++里大量采用指针的另一个原因是为了能指向任意一个内存位置，这同时会使它们变得不安全，也是Java不提供这一支持的原因。指针通常被看作在基本变量数组中四处移动的一种有效手段。Java允许以更安全的形式达到相同的目标。将指针传递给方法时，通常不会带来太大的问题，因为此时没有全局函数，只有类，而且可传递对对象的引用。Java语言最开始声称自己完全不采用指针，后来又声明采用受到限制的指针，但不管在任何情况下，都不存在指针算术。

• Java提供了与C++类似的构建器Constructor，如果不自己定义一个，就会获得一个默认构建器，而如果定义了一个非默认的构建器，就不会自动定义默认构建器。这和C++是一样的，注意没有复制构建器，因为所有自变量都是按引用传递的。
• Java中没有破坏器Destructor，变量不存在作用域的问题，一个对象的存在时间是由对象的存在时间决定的，并非由垃圾收集器决定。有个finalize()方法是每一个类的成员，它在某种程度上类似于C++的破坏器，但finalize()是由垃圾收集器调用的，而且只负责释放资源，如打开的文件、套接字、端口、URL等等。如需在一个特定的地点做某样事情，必须创建一个特殊的方法，并调用它，不能依赖finalize()。而在另一方面，C++中的所有对象都会破坏，但并非 Java的所有对象都会被当作垃圾收集掉。由于 Java不支持破坏器的概念，所以在必要的时候，必须谨慎地创建一个清除方法，而且针对类内的基础类以及成员对象，需要明确调用所有清除方法。
• Java具有方法重载机制，它的工作原理与C++函数的重载几乎是完全相同的。
• Java不支持默认自变量。
• Java中没有goto，它采取的无条件跳转机制是break标签或者continue标签，用于跳出当前的多重嵌套循环。
• Java采用了一种单根式的分级结构，因此所有对象都是从根类Object统一继承的。而在C++中，可以在任何地方启动一个新的继承树，所以最好往往看到保护了大量树的一片森林。在Java中，无论如何都只有一个分级结构，尽管这表面上看似乎造成了限制，但由于每个对象肯定至少有一个Object接口，所以往往能获得更强大的能力。C++目前似乎是唯一没有强制限制单根结构的唯一一种OO语言。
• Java没有模板或者参数化类型的其它形式，它提供了一些列集合，Vector向量，Stack堆栈以及Hashtable散列表，用于容纳Object引用。利用这些集合，一系列要求可得到满足，但这些集合并非是为实现像C++标准模板库STL那样的快速调用而设计的。
• 垃圾收集意味着在Java中出现内存泄漏的情况会少得多，但也并非完全不可能，若调用一个用于分配存储空间的固有方法，垃圾收集器就不能对其进行跟踪监视。然而，内存泄漏和资源泄漏多是由于编写不当的finalize()造成的，或是由于在已分配的一个块尾释放一种资源造成的，破坏器在此时显得特别方便。垃圾收集器是在C++基础上的一种极大进步，使许多编程问题消失于无形之中。但对少数几个垃圾收集器力有不逮的问题，它确是不大适合的，但垃圾收集器的大量优点也使这一处缺点显得微不足道。
• Java内建了对多线程的支持。利用一个特殊的Thread类，可通过继承创建一个新线程。若将synchronized同步关键字作为方法的一个类型限制符使用，相互排斥现象会在对象这一级发生。在任何给定的时间，只有一个线程能使用一个对象的synchronized方法。在另一方面，一个synchronized方法进入以后，它首先会锁定对象，防止其它任何synchronized方法再使用那个对象，只有退出了这个方法，才会将对象解锁。在线程之间，仍然要负责实现更复杂的同步机制，方法是创建自己的监视器类。递归的synchronized方法可以支持运作。若线程的优先等级相同，则时间的分片不能得到保证。
• 不是像C++那样控制声明代码块，而是将访问限定符public、private、protected置入每个类成员的定义里。若未规定一个明确的限定符，就会默认为default，这意味着同一个包里的其它元素也可以访问它，相当于它们都成为C++的friend，但不可由包外的任何元素访问。类以及类内的每个方法都有一个访问限制符，决定它是否能在文件的外部可见。private关键字通常很少在Java中使用，因为与排斥同一个包内其它类的访问相比，default访问通常更加有用。然而，在多线程的环境中，对private的恰当运用是非常重要的。Java的protected关键字意味着可由继承者访问，亦可有包内其它元素访问。注意Java没有与C++的protected关键字等价的元素，后者意味着只能由继承者访问。
• 嵌套的类。在C++中，对类进行嵌套有助于隐藏名称，并便于代码的组织，但C++的命名空间已使名称的隐藏显得多余。Java的封装或打包概念等价于C++的命名空间，所以不再是一个问题。Java引入了内部类的概念，它秘密保持指向外部类的一个句柄，创建内部类对象的时候需要用到。这意味着内部类对象也许能访问外部类对象的成员，无需任何条件，就好像那些成员直接隶属于内部类对象一样，这样便为回调问题提供了一个更优秀的方案，C++是用指向成员的指针解决的。
• 由于存在前面介绍的那种内部类，所以Java里没有指向成员的指针。
• Java不存在嵌入inline方法，Java编译器也许会自行决定嵌入一个方法，但我们对此没有更多的控制权。在Java中，可为一个方法使用final关键字，从而建议进行嵌入操作。然而，嵌入函数对于C++的编译器来说也是一种建议。
• Java中的继承具有与C++相同的效果，但采用的语法不同。Java用extends关键字标志从一个基础类的继承，并用super关键字指出准备在基础类中调用的方法，它与当前所在的方法具有相同的名字，然而，Java中的super关键字只允许访问父类的方法，亦即分级结构的上一级。通过在C++中设定基础类的作用域，可访问位于分级结构教深处的方法。亦可用super关键字调用基础类构建器。正如早先指出的那样，所有类最终都会从Object里自动继承。和C++不同，不存在明确的构建器初始化列表，但编译器会强迫在构建器主题的开头进行全部的基础类初始化，而且不允许在主体的后面部分进行这一工作。通过组合运用自动初始化自己来自未初始化对象句柄的异常，成员的初始化可得到有效的保证。

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
    }
}

• Java中的继承不会改变基础类成员的保护级别，不能在Java中指定public、private或者protected继承，这一点与C++是相同的。此外，在衍生类的优先方法不能减少对基础类方法的访问。例如，假设一个成员在基础类中属于public，而用另一个方法代替了它，那么用于替换的方法也必须属于public，编译器会自动检查。
• Java提供了一个interface关键字，它的作用是创建抽象基础类的一个等价物。在其中填充抽象方法，且没有数据成员。这样一来，对于仅仅设计成一个接口的东西，以及对于用extends关键字在现有功能基础上的扩展，两者之间便产生了一个明显的差异。不值得用abstract关键产生一种类似的效果，因为不能创建属于哪个类的一个对象。一个abstract抽象类可包含抽象方法，尽管并不要求在它里面包含什么东西，但它也能包含用于具体实现的代码。因此，它被限制成一个单一的继承，通过与接口联合使用，这一方案避免了对类似于C++虚拟基础类那样的一些机制的需要。为创建可进行实例化的一个interface的版本，需使用implements关键字，它的语法类似于继承的语法，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");
 }

• Java中没有virtual关键字，因为所有非static方法都肯定会用到动态绑定。在Java中，程序员不必自行决定是否使用动态绑定。C++之所以使用了virtual，是由于对性能进行调整的时候，可通过将其省略，从而获得执行效率的少量提升。virtual经常会造成一定程度的混淆，而且获得令人不快的结果。final关键字为性能的调整规定了一些范围，它向编译器指出这种方法不能被取代，所以他的范围可能被静态约束，而且成为嵌入状态，所以使用C++非virtual调用的等价方式，这些优化工作是由编译器完成的。
• Java不提供多重继承机制，至少不像C++那样。与protected类似，多重继承表面上是一个很不错的主意，但只有真正面对一个特定的设计问题时，才知道自己需要它。由于Java使用的是单根分级结构，所以只有在极少的场合才需要用到多重继承。interface关键字会帮助自动完成多个接口的合并工作。
• 运行期的类型标识功能与C++极为相似。例如，为获得与句柄X有关的信息，可使用下述代码：

 X.getClass().getName();

为进行一个类型安全的类型转换，可使用：

 derived d = (derived) base;

这与旧式风格的C类型转换是一样的。编译器会自动调用动态类型转换机制，不要求使用额外的语法。尽管它并不像C++“new cast”那样具有易于定位转换类型的优点，但Java会检查使用情况，并丢弃那些异常，所以它不会像C++那样允许不好的类型转换的存在。

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

• Java的异常规范比C++的出色的多。丢弃一个错误的异常后，不是像C++那样在运行期间调用一个函数，Java异常规范是在编译期间坚持并执行的。除此以外，被取代的方法必须遵守那一方法的基础类版本的异常规范，它们可丢弃指定的异常或者从那些异常衍生出来的其它异常，这样一来，最终得到的是更为健壮的异常控制代码。
• Java具有方法重载的能力，但不允许运算符重载。String类不能用+和+=运算符连接不同的字串，而且String表达式使用自动的类型转换，但那是一种特殊的内建情况。

 static final int SIZE = 255;
 static final int BSIZE = 8 * SIZE;

• 由于安全方面的原因，应用程序的编程与程序片的编程之间存在着显著的差异。一个最明显的问题是程序片不允许我们进行磁盘的写操作，因为这样做会造成从远程站点下载的、不明来历的程序可能胡乱改写我们的磁盘。随着Java对数字签名技术的应用，这一情况已有所改观。根据数字签名，我们可以知道一个程序片的全部作者，并验证他们是否已获得授权。Java还会进一步增强程序片的能力。
• 由于Java在某些场合可能显得限制太多，所以有时不愿用它执行像直接访问硬件这样的重要任务。Java解决这个问题的方案是JNI，允许我们调用由其它语言写成的函数，如C和C++。这样一来，我们就肯定能够解决与平台有关的问题，采用一种不可移植的形式，但那些代码随后会被隔离起来。程序片不能调用JNI，只用应用程序才可以。
• Java提供对注释文档的内建支持，所以源码文件也可以包含它们自己的文档。通过一个单独的程序，这些文档信息可以提取出来，并重新格式化成HTML，这无疑是文档管理及应用的极大进步。
• Java包含了一些标准库，用于完成特定的任务。C++则依靠一些非标准的、由其它厂商提供的库。这些任务包括：网络、数据库、多线程、分布式、压缩、商贸等。由于这些库简单易用，而且非常标准，所以能极大加快应用程序的开发速度。
• Java包含了Java Beans标准，后者可创建在可视编程环境中使用的组件。由于遵守同样的标准，所以可视化能够在所有厂商的开发环境中使用。由于我们并不依赖一家厂商的方案进行可视组件的设计，所以组件的选择余地会加大，并可提高组件的效能。除此之外，Java Beans的设计非常简单，便于程序员理解，而那些由不同的厂商开发的专用组件框架则要求进行更深入的学习。
• 若访问Java句柄失败，就会丢弃一次异常。这种丢弃测试并不一定要正好在使用一个句柄之前，根据Java的设计规范，只是说异常必须以某种形式丢弃。许多C++运行期系统也能丢弃那些由于指针错误造成的异常。
• Java通常显得更为健壮，为此采取的手段为：对象句柄初始化为null；句柄肯定会得到检查，并在出错时丢弃异常；所有数组访问都会得到检查，及时发现边界违例情况；自动垃圾收集，防止出现内存泄漏；明确、傻瓜式的异常控制机制；为多线程提供了简单的语言支持；对网络程序片进行字节码校验。