浅谈Java与C++的关系和区别

  在TIOBE榜单中常年霸榜的两门老牌热门语言Java和C++因为有很多相似之处所以经常被拿出来作比较，这两门语言的编程风格很相似，不过主要用途、特性和技术栈有些不同。通过这些不同之处可以间接看到软件技术的发展历程，所以有必要了解一下它们的关系和差异。

  在了解Java和C++的关系之前，我们先熟悉一下这两门语言的概况：

	C++	Java
创始人	Bjarne Stroustrup	James Gosling
发布时间	1983	1995
定位	高级语言	高级语言
基础	C	C++
特点	灵活、高效 接近底层	简洁、严谨 跨平台 严格面向对象
应用领域	系统编程 大型应用 嵌入式 高性能场景 游戏	企业级应用 Web应用 Android 大数据
技术栈	计算机原理 操作系统 计算机网络 数据库 数据结构与算法 面向对象技术 …	计算机网络 数据库 面向对象技术 高并发 分布式 Web技术栈 …

  Java和C++之间的关系很有渊源，甚至可以说这两门语言是血亲。

  C++： 从名字就能看出来C++是C的延续和扩展，最大的扩展就是支持了面向对象。由于C++和C的兼容性非常好而且经常以混合编程的形式出现，所以经常会把这两门语言统一称为C/C++。

C++和C有非常亲密的关系和很好的兼容性，但并不意味着C++代码可以无差别兼容C代码。

• C++独有的特性C不能使用，这毋庸置疑。

• C和C++在编译和语法上也会有一些差别，C++的语法更严格，混合编程需要注意这些差别带来的影响。最常见的一个例子——C和C++同名函数的编译结果不一致（诱因是C++支持重载机制）。

• 由于C++的语法比C更严格，C的一些编程技巧对C++不适用。相比而言，C++特性更多功能更强大，C代码更灵活、更简洁。

  Java：在设计Java之前，高司令（James Gosling）试图修改、扩展C++解决当时遇到的的问题，不过后来放弃了这种思路，而直接创造了一门新语言Oak（1995年之前叫Oak，后更名为Java）。所以我们会发现Java和C++无论是语法风格还是编程思想上都有很多相似之处，可以说Java是C++的 “精简+加强” 形态。

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相同点

  既然Java和C++有如此密切的关系，那他们之间一定少不了共同点：

• 都是静态、强类型语言；
• 都支持面向对象技术；
• 有很多相似的特性，如泛型、lambda、foreach等；
• 语法风格相似；

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不同点

  前面提到Java可以看成是C++的“精简+加强”形态，具体是如何“精简+加强”的呢？

• 精简

• 基本数据类型
• 指针
• 宏
• 重载操作符
• 多重继承

• 加强

• 垃圾回收
• 内存模型
• 严格面向对象
• 模板 --> 泛型

  上面列举的是Java和C++在使用和语法特性上的一些主要差异，那么为什么会存在这些差异？难道只是为了让Java特立独行，为了证明Java与C++不一样？真正的程序员不会这么无聊，开发编程语言的大牛程序员更不会这么无聊。所以到底是为什么呢？这要从Java和C++两门语言本身的设计说起，语言本身的差异主要体现在三个方面

• 运行环境
• 内存管理方式
• 对面向对象技术的支持形式

运行环境

  C++和Java代码的编译、执行过程如下：

• C++ --> 机器码 --> 计算机。 代码被编译成二进制形式的机器码，直接在CPU执行。
• Java -> 字节码 --> 虚拟机 --> 计算机。 代码被编译成Java字节码，在Java虚拟机上执行。

  可以看到Java和C++的运行环境存在很大不同，忽略编译过程，C++代码是直接在CPU上运行的，而Java代码则运行在JVM上。JVM的设计原理比较复杂，这里可以把JVM简单理解为一个解释器软件，它可以把Java字节码翻译成CPU能执行的控制命令，所以Java代码只要有JVM就能运行而不关心硬件。而C++编译生成的机器码直接和硬件交互。

  也正是因为JVM的存在，让Java拥有了一些C++不具备的优秀特性，如可移植性、垃圾回收等等；同时也因为JVM的存在，让Java很难支持C++的一些强大特性，如操作内存。

内存管理方式

  Java和C++的内存模型中都存在堆、栈、常量区的概念，不过它们在对象的内存分配方式和内存释放两方面存在很大的区别。

  对象的内存分配方式：Java中的对象只能在堆上分配内存；C++中的对象可以在堆 、 栈 或者 静态区分配内存。

• Java中创建对象的方式主要有new操作符、反射、反序列化几种方式，无论通过哪种方式创建对象，都需要在堆区申请内存分配给对象；所以在Java中，栈区一般只存放基本数据类型的变量和对象引用。
• C++中创建对象的方式非常灵活：直接定义变量、new操作符、在给定内存上初始化对象。第一种方式，直接定义变量，在静态区或栈区为对象申请内存（全局变量的内存在静态区、局部变量的内存在栈区）；第二种方式，new操作符创建对象，在堆区申请内存；至于第三种方式，内存可以是指定的任意位置内存，详情参考placement new的用法。

  内存释放：Java有垃圾回收机制，不需要手动释放申请的堆内存；C++中需要手动释放申请的堆内存；

• Java的垃圾回收机制来自于它强大的运行环境——JVM，而不是它自身的语法特性；JVM提供了一个清洁工，我们在使用Java编程的时候可以随便制造“垃圾”并且可以完全不用管理垃圾该怎么处理，因为“清洁工”会帮我们管理。
• C++没有垃圾回收机制，需要手动释放申请的堆内存；有一些编程技巧可以帮我们更方便地管理内存，甚至达到类似Java那样不用关心“垃圾”的效果，比如智能指针、RAII等技术。

对面向对象技术的支持形式

  Java和C++虽然都支持面向对象，但是它们对面向对象的支持程度、支持方式和一些技术细节有些不一样

• 支持形式不同。Java是严格的面向对象语言；C++支持面向对象，也仍然保留面向过程的语法。

• 继承技术不同。Java不支持多重继承、有接口的概念；C++支持多重继承，没有接口的概念；

  在Java中类是用关键字class定义的，接口是用关键字interface定义的；接口的作用是定义行为、限制类型。因为多重继承存在一些弊端如菱形继承问题，Java取消了多重继承这种特性引入接口的概念，就是为了解决这些问题

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  除前面列举的典型差距外，Java和C++在语法和某些技术的实现上也有一些不同，这也能体现出两种语言在编程理念上的细微差异。

基本数据类型

  C++有7种基本数据类型，外加4个类型修饰符；Java有8种基本数据类型，外加引用类型；

• C++的数据类型分为有符号和无符号两种，Java只有有符号的数值类型；
• C++的某些数值类型的宽度在不同机器上是不一样的（如long int），Java的各种数值类型的宽度是固定的；

泛型技术的原理

  Java和C++编码都支持泛型的概念，不过在C++中称为模板而不叫泛型，其实在了解C++和Java支持泛型的原理后就能理解为什么在C++叫做模板而不是泛型了。

• C++的模板是定义了一个类或函数的模板，在编译阶段会根据这个模板生成一个或多个同名的重载函数，至于具体生成多少个同名函数要根据调用方来确定，调用方的入参类型每多种，编译时就会多生成一个形参列表不一样的同名函数。

  这也解释了为什么模板类或模板函数必须定义在头文件里，而且多次包含头文件相当于多次定义了类或函数，但编译期间不会报重复定义的错误，因为编译后就已经不是同一个函数了。

• Java泛型用的是类型擦除技术，泛型类内部操作数据时会擦除入参对象的类型，把对象当做Object来操作。

  所以基本数据类型不能作为泛型的类型参数，而必须要用对应的封装类型。