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【Java】C++和Java的差異

注: 以下內容摘錄自Java程式設計思想一書

  • 最大的差異在於速度,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,一些準實時編譯器能顯著加快速度,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。
  • C++一樣,Java也提供了兩種型別的註釋。
  • 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static方法和static資料置入一個類裡。注意沒有像結構、列舉或者聯合這一類的東西,一切只有類Class。
  • 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inline,但實情並非如此。
  • 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 MyClass {
     void myMethod() {
         // ...
     }
 }
  • 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。一項差異是對static方法的呼叫,使用ClassName.methodName()。除此之外,package包的名字是用點號建立的,並能用import關鍵字實現C++
    #include的一部分功能,#include並不直接對映成import,但在使用時有類似的感覺。例如下面這個語句:
import java.awt.*;
  • C++類似,Java含有一些主型別(基本型別)Primitive type,以實現更有效率的訪問。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,且考慮到移植的問題與具體的機器無關,這肯定會對效能造成一定的影響,具體取決於不同的機器,對型別的檢查在Java裡變得更苛刻。例如:條件表示式只能是boolean布林型別,不可使用整數;必須使用像X+Y
    這樣的一個表示式結果,不能僅僅用X+Y來實現副作用。
  • 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。
  • 靜態引用的字串會自動轉換成String物件,和CC++不同,沒有獨立的靜態字元陣列字串可供使用。
  • 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。
  • 儘管表面上類似,但與C++不同,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,通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,可將一個數組分配給另一個,其實只是簡單地複製陣列控制代碼。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它所有物件。
  • 對於所有不屬於主型別的物件,都只能通過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。所有主型別的類都有自己的封裝器類,所以能夠通過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,它們可像C++那樣通過集合初始化進行分配,或者使用new。
  • 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,不會碰到任何涉及提前引用的問題。
  • Java沒有預處理機,若想使用另一個庫裡的類,只要使用import命令,並指定庫名即可,不存在類似於預處理機的巨集。
  • 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,所以名字的問題不再進入考慮之列。資料包也會在單獨一個庫名下收集庫的元件,只需簡單地import匯入一個包,剩下的工作會有編譯器自動完成。
  • 被定義成類成員的物件控制代碼會自動初始化成null,對基本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。可對它們進行明確地初始化,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,不必從外部定義static成員的儲存,這和C++是不同的。
  • Java裡,沒有像CC++那樣的指標。用new建立一個物件的時候,會獲得一個引用,或將其稱作控制代碼。
  String s = new String("hello");

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CC++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允許以更安全的形式達到相同的目標。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,後來又宣告採用受到限制的指標,但不管在任何情況下,都不存在指標算術。

  • 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。
  • 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,如開啟的檔案、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++中的所有物件都會破壞,但並非 Java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。
  • 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。
  • Java不支援預設自變數。
  • Java中沒有goto,它採取的無條件跳轉機制是break標籤或者continue標籤,用於跳出當前的多重巢狀迴圈。
  • 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Object統一繼承的。而在C++中,可以在任何地方啟動一個新的繼承樹,所以最好往往看到保護了大量樹的一片森林。在Java中,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限制單根結構的唯一一種OO語言。
  • Java沒有模板或者引數化型別的其它形式,它提供了一些列集合,Vector向量,Stack堆疊以及Hashtable散列表,用於容納Object引用。利用這些集合,一系列要求可得到滿足,但這些集合並非是為實現像C++標準模板庫STL那樣的快速呼叫而設計的。
  • 垃圾收集意味著在Java中出現記憶體洩漏的情況會少得多,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,記憶體洩漏和資源洩漏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失於無形之中。但對少數幾個垃圾收集器力有不逮的問題,它確是不大適合的,但垃圾收集器的大量優點也使這一處缺點顯得微不足道。
  • Java內建了對多執行緒的支援。利用一個特殊的Thread類,可通過繼承建立一個新執行緒。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,防止其它任何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,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方法可以支援運作。若執行緒的優先等級相同,則時間的分片不能得到保證。
  • 不是像C++那樣控制宣告程式碼塊,而是將訪問限定符public、private、protected置入每個類成員的定義裡。若未規定一個明確的限定符,就會預設為default,這意味著同一個包裡的其它元素也可以訪問它,相當於它們都成為C++的friend,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制符,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它類的訪問相比,default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,亦可有包內其它元素訪問。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。
  • 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引入了內部類的概念,它祕密保持指向外部類的一個控制代碼,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,無需任何條件,就好像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。
  • 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。
  • 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。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++的編譯器來說也是一種建議。
  • 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,可訪問位於分級結構教深處的方法。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,但編譯器會強迫在構建器主題的開頭進行全部的基礎類初始化,而且不允許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自己來自未初始化物件控制代碼的異常,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) { // override
        super.baz(i); // calls base method
    }
}
  • Java中的繼承不會改變基礎類成員的保護級別,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。
  • 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關鍵產生一種類似的效果,因為不能建立屬於哪個類的一個物件。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,通過與介面聯合使用,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。為建立可進行例項化的一個interface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 warm smile");
 }
  • 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++之所以使用了virtual,是由於對效能進行調整的時候,可通過將其省略,從而獲得執行效率的少量提升。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,所以他的範圍可能被靜態約束,而且成為嵌入狀態,所以使用C++非virtual呼叫的等價方式,這些優化工作是由編譯器完成的。
  • Java不提供多重繼承機制,至少不像C++那樣。與protected類似,多重繼承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多重繼承。interface關鍵字會幫助自動完成多個介面的合併工作。
  • 執行期的型別標識功能與C++極為相似。例如,為獲得與控制代碼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型別轉換,可使用:

 derived d = (derived) base;

這與舊式風格的C型別轉換是一樣的。編譯器會自動呼叫動態型別轉換機制,不要求使用額外的語法。儘管它並不像C++“new cast”那樣具有易於定位轉換型別的優點,但Java會檢查使用情況,並丟棄那些異常,所以它不會像C++那樣允許不好的型別轉換的存在。

 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的異常規範比C++的出色的多。丟棄一個錯誤的異常後,不是像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堅持並執行的。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它異常,這樣一來,最終得到的是更為健壯的異常控制程式碼。
  • 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。
 static final int SIZE = 255;
 static final int BSIZE = 8 * SIZE;
  • 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磁碟的寫操作,因為這樣做會造成從遠端站點下載的、不明來歷的程式可能胡亂改寫我們的磁碟。隨著Java對數字簽名技術的應用,這一情況已有所改觀。根據數字簽名,我們可以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還會進一步增強程式片的能力。
  • 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像直接訪問硬體這樣的重要任務。Java解決這個問題的方案是JNI,允許我們呼叫由其它語言寫成的函式,如CC++。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JNI,只用應用程式才可以。
  • 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。通過一個單獨的程式,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。
  • 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、由其它廠商提供的庫。這些任務包括:網路、資料庫、多執行緒、分散式、壓縮、商貿等。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。
  • Java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,所以視覺化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框架則要求進行更深入的學習。
  • 若訪問Java控制代碼失敗,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代碼之前,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。
  • Java通常顯得更為健壯,為此採取的手段為:物件控制代碼初始化為null;控制代碼肯定會得到檢查,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,防止出現記憶體洩漏;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;對網路程式片進行位元組碼校驗。