C++与Java对比

下学期的教课需要从Java改用C++，快10年没碰过的语言了，需要从头复习一下，把总结记录下来方便提醒自己。此文以当前最新的C++ 17 和 Java 12 标准为准。此文假设读者熟悉Java。

编译 & 执行

大体上来说二者都是编译型语言，且都有很多编译器可供使用。Java先把Source Code编译为bytecode, 在执行时由JVM动态地读取bytecode并interpret成machine code然后执行，严格意义上来说属于半编译半解释型语言。C++总体上是纯编译型语言，由source code编译为assembly code，再到machine code, 最后link为可执行文件运行。

Java的标准JVM是Hotspot JVM，C++的标准编译器是GCC(g++)。这两个产品都是主流的，经过多年润饰的稳定型产品。如果追求极致性能则应该考虑其他替代产品。

从执行环境来看，Java进程是在JVM里面执行，内存的堆栈, metaspace, 方法区，垃圾回收等全部由JVM搞定，不直接面对操作系统，优点是性能不受平台影响，缺点是速度相对慢，需要针对不同平台的环境分别配置JVM，此外仍需配置OS, 运维管理比较复杂。C++进程则是直接由操作系统管理的，缺点是性能受平台影响，优点则是配置简单，只需要配置好OS即可，此外省去了解释的步骤所以速度相对快。

库与依赖管理

Java的库比较简单，由于bytecode都是在运行时动态导入的，所以不存在“动态库”(dynamic linked library)的说法。静态库(static library)则只有一种，即包含bytecode的jar文件。

C++的库相对复杂些。存在动态链接库的概念，而且在不同的操作系统上的格式不同
动态库：

• Windows: .dll
• Linix: .so
• Mac OS: .dylib

静态库：

• Windows: .lib
• Linux: .a
• Mac OS: .a

Java除了标准库，主要还有Apache库。C++除了标准库，主要还有Boost库。

Java主流的依赖关系系统有Maven和Gradle, C++有Conan, Buckaroo, Cmake等。

文件格式

Java的source code文件格式以.java为后缀名，bytecode文件后缀则是.class。
C++的source code文件有两种，.cpp和.h，汇编文件为.s, 编译后文件为.a, 连接后文件后缀名与OS有关。Windows上为.exe, Linux和Mac OS上无后缀名限制。

语法

导入库与命名空间

Java使用package作为命名空间，与文件系统的路径相对应，.java文件的名字必须与其中的类同名，且一个.java文件只能定义一个类。使用URL的倒序作为package名字来唯一地识别命名空间。不允许在一个.java文件里定义多个命名空间，使用起来相对简单。

导入命名空间（包）：

import java.util.*;

使用命名空间全名引用：

java.util.Scanner scanner = new java.util.Scanner(System.in);

C++的情况更复杂，允许在一个.cpp文件中定义多个命名空间：

namespace a {
   
    int dog = 1;
}
namespace b {
   
    int dog = 2;
}

还可以嵌套定义:

namespace c{
   
    int dog = 2;
    namespace d{
   
    	int dog = 2;
	}
}

还可以在多个文件中定义一个命名空间。由于这种复杂性，C++里导入库和引用命名空间是分开的：
导入库：

C++: #include \<iostream\>

引用命名空间;

std::cout >> "Hello World";

这是因为一个库中可能定义了好几个命名空间。

注释

二者一样，都支持line comment 和 block comment:

// line comment.
/* block comment
   1
   2
/*

数据类型

基本数据类型基本相同，都包括：

• bool
• char
• int
• float
• double
• void

此外, C++特有一个宽字符型 wchar_t, 就是short int的别名:

typedef short int wchar_t

C++还独有一些类型修饰符，可以修饰char, int 或者double, 包括：

• signed
• unsigned
• short
• long

而Java没有类型修饰符的概念，默认都为有符号类型。多了一个byte类型。把short int, long int直接作为基本数据类型(short, long)。要在Java里模拟无符号数则需要用到>>>这个无符号右移操作符。

typedef

这是C++从C里面继承来的关键字，可以给已有的数据类型定义别名(alias):

typedef int feet;
feet a; // same as 'int a;'

Java里面没有类似的关键字，如果想实现类似的功能，可以用类的继承来实现类似的效果，不过此法对基本数据类型无效。

枚举(enum)

C++里的enum比java简单得多，只能包括data member, 不能包含member function。

enum color{
   
   red=0,
   blue=1,
   yellow=2
}
color c=red;

Java里的enum除了可以定义常量外，还可以像一个普通类一样定义data member和member function.

public enum Color {
     
    RED("红色", 1), GREEN("绿色", 2), BLANK("白色", 3), YELLO("黄色", 4);  
    // 成员变量  
    private String name;  
    private int index;  
    // 构造方法  
    private Color(String name, int index) {
     
        this.name = name;  
        this.index = index;  
    }  
    // 普通方法  
    public static String getName(int index) {
     
        for (Color c : Color.values()) {
     
            if (c.getIndex() == index) {
     
                return c.name;  
            }  
        }  
        return null;  
    }  
    // get set 方法  
    public String getName() {
     
        return name;  
    }  
    public void setName(String name) {
     
        this.name = name;  
    }  
    public int getIndex() {
     
        return index;  
    }  
    public void setIndex(int index) {
     
        this.index = index;  
    }  
}  

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变量

C++和Java都要求变量名只能包括字母，数字和下划线，且不能以数字开头，都对大小写敏感。
Java中的变量声明和定义是一起完成的, 而且声明的同时就会被初始化，比如：

int a;

完成了声明，定义和初始化的全部三个步骤（初始化为0）。

C++中，变量的声明和定义是分开的，因为C++允许在别的文件中定义变量，如下:

extern int a;

而变量的定义则必须在函数内完成。

C++和Java的局部变量都是指在函数内部定义的变量，其作用域同为定义发生的函数。

C++的全局变量是独立于类的，任何类和函数都可以使用。Java中的全局变量必须隶属于一个类，是这个类的public static 成员，而且引用时需要用类名.变量名或者通过一个static getter 函数。

由于运行效率的原因，C++和Java都会默认给全局变量初始化(0, null 或者false)，都不会初始化局部变量（可能为任何值）。

变量修饰符

• auto
  C++独有关键字，用来根据初始化的值自动推断变量类型。Java里想实现类似的效果需要使用Object类。
• const （定义常量，后面会讲）
• volatile
• restrict
• static
  被用在类的data member或者member function时二者的用法相同。
  C++还允许在function里面定义static变量，此变量的值不会随着function return而被销毁，可以被多个function公用。Java不允许这样定义。
  C++中static定义全局变量时，表示其作用域被限制在所定义的文件内。
• extern
  C++独有的关键字，用于声明全局变量或函数，或者用于引用其他文件中定义的全局变量。

文件1
#include 
 
int count ;
extern void write_extern();
 
int main()
{
   
   count = 5;
   write_extern();
}
=============================================
文件2
#include 
 
extern int count;
 
void write_extern(void)
{
   
   std::cout << "Count is " << count << std::endl;
}

• mutable
• thread_local
  C++独有，修饰的变量只能一个线程上被创建和销毁，其他线程无法访问。

常量

Java使用final关键字来定义常量。
C++有两种方式，可以用const关键字定义，也可以用#define 预处理器定义

const int A = 0;
#define A 0
二者等价

运算符

C++与Java的各类运算符基本完全相同。

循环

C++和Java中的大部分循环语法相同，包括while, for, do…while, break, continue。
C++中多了一个goto语句，可以强制将控制转移到指定的语句。不建议使用。

判断

C++和Java中的大部分判断语法相同，包括if, if…else, switch, …?..:…。
Java允许用String做Switch的条件，C++不允许必须用strcmp()函数解决。

函数

C++中的函数可以在别的文件中声明，声明与定义分开。函数可以属于类也可以像C那样单独存在。

Java中的函数声明和定义都在一起，而且Java里任何东西都是类，所以函数只能属于类而不能单独存在。

具体函数声明/定义的语法二者相同，返回值类型+函数名+参数定义。

C++中的一个文件调用定义在另一个文件中