C++與Java比較


　　“作為一名C++程序員，我們早已掌握了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念，而且Java的語法無疑是非常熟悉的。事實(shí)上，Java本來就是從C++衍生出來的。”
　　然而，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(shù)的極大進(jìn)步。一旦我們弄清楚了這些差異，就會(huì)理解為什么說Java是一種優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語言。本附錄將引導(dǎo)大家認(rèn)識(shí)用于區(qū)分Java和C++的一些重要特征。
　　(1) 最大的障礙在于速度：解釋過的Java要比C的執(zhí)行速度慢上約20倍。無論什么都不能阻止Java語言進(jìn)行編譯。寫作本書的時(shí)候，剛剛出現(xiàn)了一些準(zhǔn)實(shí)時(shí)編譯器，它們能顯著加快速度。當(dāng)然，我們完全有理由認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)適用于更多流行平臺(tái)的純固有編譯器，但假若沒有那些編譯器，由于速度的限制，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(gè)類。不存在全局函數(shù)或者全局?jǐn)?shù)據(jù)。如果想獲得與全局函數(shù)等價(jià)的功能，可考慮將static方法和static數(shù)據(jù)置入一個(gè)類里。注意沒有象結(jié)構(gòu)、枚舉或者聯(lián)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(shù)都已嵌入，但實(shí)情并非如何（嵌入的問題在后面講述）。
　　(5) 在Java中，類定義采取幾乎和C++一樣的形式。但沒有標(biāo)志結(jié)束的分號(hào)。沒有class foo這種形式的類聲明，只有類定義。
　　class aType()
　　void aMethod() {/* 方法主體*/}
　　}
　　(6) Java中沒有作用域范圍運(yùn)算符“::”。Java利用點(diǎn)號(hào)做所有的事情，但可以不用考慮它，因?yàn)橹荒茉谝粋€(gè)類里定義元素。即使那些方法定義，也必須在一個(gè)類的內(nèi)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(xiàng)差異是對static方法的調(diào)用：使用ClassName.methodName()。除此以外，package（包）的名字是用點(diǎn)號(hào)建立的，并能用import關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)C++的“#include”的一部分功能。例如下面這個(gè)語句：
　　import java.awt.*;
　　（#include并不直接映射成import，但在使用時(shí)有類似的感覺。）
　　(7) 與C++類似，Java含有一系列“主類型”（Primitive type），以實(shí)現(xiàn)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(jī)器無關(guān)（考慮到移植的問題）。這肯定會(huì)對性能造成一定的影響，具體取決于不同的機(jī)器。對類型的檢查和要求在Java里變得更苛刻。例如：
　　■條件表達(dá)式只能是boolean（布爾）類型，不可使用整數(shù)。
　　■必須使用象X+Y這樣的一個(gè)表達(dá)式的結(jié)果；不能僅僅用“X+Y”來實(shí)現(xiàn)“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(dòng)表達(dá)大多數(shù)國家的字符。
　　(9) 靜態(tài)引用的字串會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成String對象。和C及C++不同，沒有獨(dú)立的靜態(tài)字符數(shù)組字串可供使用。
　　(10) Java增添了三個(gè)右移位運(yùn)算符“>>>”，具有與“邏輯”右移位運(yùn)算符類似的功用，可在最末尾插入零值。“>>”則會(huì)在移位的同時(shí)插入符號(hào)位（即“算術(shù)”移位）。
　　(11) 盡管表面上類似，但與C++相比，Java數(shù)組采用的是一個(gè)頗為不同的結(jié)構(gòu)，并具有獨(dú)特的行為。有一個(gè)只讀的length成員，通過它可知道數(shù)組有多大。而且一旦超過數(shù)組邊界，運(yùn)行期檢查會(huì)自動(dòng)丟棄一個(gè)異常。所有數(shù)組都是在內(nèi)存“堆”里創(chuàng)建的，我們可將一個(gè)數(shù)組分配給另一個(gè)（只是簡單地復(fù)制數(shù)組句柄）。數(shù)組標(biāo)識(shí)符屬于第一級(jí)對象，它的所有方法通常都適用于其他所有對象。
　　(12) 對于所有不屬于主類型的對象，都只能通過new命令創(chuàng)建。和C++不同，Java沒有相應(yīng)的命令可以“在堆棧上”創(chuàng)建不屬于主類型的對象。所有主類型都只能在堆棧上創(chuàng)建，同時(shí)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(chuàng)建等價(jià)的、以內(nèi)存“堆”為基礎(chǔ)的對象（主類型數(shù)組是一個(gè)例外：它們可象C++那樣通過集合初始化進(jìn)行分配，或者使用new）。
　　(13) Java中不必進(jìn)行提前聲明。若想在定義前使用一個(gè)類或方法，只需直接使用它即可——編譯器會(huì)保證使用恰當(dāng)?shù)亩x。所以和在C++中不同，我們不會(huì)碰到任何涉及提前引用的問題。
　　(14) Java沒有預(yù)處理機(jī)。若想使用另一個(gè)庫里的類，只需使用import命令，并指定庫名即可。不存在類似于預(yù)處理機(jī)的宏。
　　(15) Java用包代替了命名空間。由于將所有東西都置入一個(gè)類，而且由于采用了一種名為“封裝”的機(jī)制，它能針對類名進(jìn)行類似于命名空間分解的操作，所以命名的問題不再進(jìn)入我們的考慮之列。數(shù)據(jù)包也會(huì)在單獨(dú)一個(gè)庫名下收集庫的組件。我們只需簡單地“import”（導(dǎo)入）一個(gè)包，剩下的工作會(huì)由編譯器自動(dòng)完成。
　　(16) 被定義成類成員的對象句柄會(huì)自動(dòng)初始化成null。對基本類數(shù)據(jù)成員的初始化在Java里得到了可靠的保障。若不明確地進(jìn)行初始化，它們就會(huì)得到一個(gè)默認(rèn)值（零或等價(jià)的值）。可對它們進(jìn)行明確的初始化（顯式初始化）：要么在類內(nèi)定義它們，要么在構(gòu)建器中定義。采用的語法比C++的語法更容易理解，而且對于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(chǔ)方式，這和C++是不同的。
　　(17) 在Java里，沒有象C和C++那樣的指針。用new創(chuàng)建一個(gè)對象的時(shí)候，會(huì)獲得一個(gè)引用（本書一直將其稱作“句柄”）。例如：
　　String s = new String("howdy");
　　然而，C++引用在創(chuàng)建時(shí)必須進(jìn)行初始化，而且不可重定義到一個(gè)不同的位置。但Java引用并不一定局限于創(chuàng)建時(shí)的位置。它們可根據(jù)情況任意定義，這便消除了對指針的部分需求。在C和C++里大量采用指針的另一個(gè)原因是為了能指向任意一個(gè)內(nèi)存位置（這同時(shí)會(huì)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(shù)組中四處移動(dòng)的一種有效手段。Java允許我們以更安全的形式達(dá)到相同的目標(biāo)。解決指針問題的終極方法是“固有方法”（已在附錄A討論）。將指針傳遞給方法時(shí)，通常不會(huì)帶來太大的問題，因?yàn)榇藭r(shí)沒有全局函數(shù)，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(zhì)問沒有指針如何工作？于是后來又聲明“采用受到限制的指針”。大家可自行判斷它是否“真”的是一個(gè)指針。但不管在何種情況下，都不存在指針“算術(shù)”。
　　(18) Java提供了與C++類似的“構(gòu)建器”（Constructor）。如果不自己定義一個(gè)，就會(huì)獲得一個(gè)默認(rèn)構(gòu)建器。而如果定義了一個(gè)非默認(rèn)的構(gòu)建器，就不會(huì)為我們自動(dòng)定義默認(rèn)構(gòu)建器。這和C++是一樣的。注意沒有復(fù)制構(gòu)建器，因?yàn)樗凶宰兞慷际前匆脗鬟f的。
　　(19) Java中沒有“破壞器”（Destructor）。變量不存在“作用域”的問題。一個(gè)對象的“存在時(shí)間”是由對象的存在時(shí)間決定的，并非由垃圾收集器決定。有個(gè)finalize()方法是每一個(gè)類的成員，它在某種程度上類似于C++的“破壞器”。但finalize()是由垃圾收集器調(diào)用的，而且只負(fù)責(zé)釋放“資源”（如打開的文件、套接字、端口、URL等等）。如需在一個(gè)特定的地點(diǎn)做某樣事情，必須創(chuàng)建一個(gè)特殊的方法，并調(diào)用它，不能依賴finalize()。而在另一方面，C++中的所有對象都會(huì)（或者說“應(yīng)該”）破壞，但并非Java中的所有對象都會(huì)被當(dāng)作“垃圾”收集掉。由于Java不支持破壞器的概念，所以在必要的時(shí)候，必須謹(jǐn)慎地創(chuàng)建一個(gè)清除方法。而且針對類內(nèi)的基礎(chǔ)類以及成員對象，需要明確調(diào)用所有清除方法。
　　(20) Java具有方法“過載”機(jī)制，它的工作原理與C++函數(shù)的過載幾乎是完全相同的。
　　(21) Java不支持默認(rèn)自變量。
　　(22) Java中沒有g(shù)oto。它采取的無條件跳轉(zhuǎn)機(jī)制是“break 標(biāo)簽”或者“continue 標(biāo)準(zhǔn)”，用于跳出當(dāng)前的多重嵌套循環(huán)。
　　(23) Java采用了一種單根式的分級(jí)結(jié)構(gòu)，因此所有對象都是從根類Object統(tǒng)一繼承的。而在C++中，我們可在任何地方啟動(dòng)一個(gè)新的繼承樹，所以最后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(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)。盡管這表面上看似乎造成了限制，但由于我們知道每個(gè)對象肯定至少有一個(gè)Object接口，所以往往能獲得更強(qiáng)大的能力。C++目前似乎是唯一沒有強(qiáng)制單根結(jié)構(gòu)的唯一一種OO語言。
　　(24) Java沒有模板或者參數(shù)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），用于容納Object引用。利用這些集合，我們的一系列要求可得到滿足。但這些集合并非是為實(shí)現(xiàn)象C++“標(biāo)準(zhǔn)模板庫”（STL）那樣的快速調(diào)用而設(shè)計(jì)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(xiàn)內(nèi)存漏洞的情況會(huì)少得多，但也并非完全不可能（若調(diào)用一個(gè)用于分配存儲(chǔ)空間的固有方法，垃圾收集器就不能對其進(jìn)行跟蹤監(jiān)視）。然而，內(nèi)存漏洞和資源漏洞多是由于編寫不當(dāng)?shù)膄inalize()造成的，或是由于在已分配的一個(gè)塊尾釋放一種資源造成的（“破壞器”在此時(shí)顯得特別方便）。垃圾收集器是在C++基礎(chǔ)上的一種極大進(jìn)步，使許多編程問題消彌于無形之中。但對少數(shù)幾個(gè)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(yōu)點(diǎn)也使這一處缺點(diǎn)顯得微不足道。
　　(26) Java內(nèi)建了對多線程的支持。利用一個(gè)特殊的Thread類，我們可通過繼承創(chuàng)建一個(gè)新線程（放棄了run()方法）。若將synchronized（同步）關(guān)鍵字作為方法的一個(gè)類型限制符使用，相互排斥現(xiàn)象會(huì)在對象這一級(jí)發(fā)生。在任何給定的時(shí)間，只有一個(gè)線程能使用一個(gè)對象的synchronized方法。在另一方面，一個(gè)synchronized方法進(jìn)入以后，它首先會(huì)“鎖定”對象，防止其他任何synchronized方法再使用那個(gè)對象。只有退出了這個(gè)方法，才會(huì)將對象“解鎖”。在線程之間，我們?nèi)匀灰?fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的同步機(jī)制，方法是創(chuàng)建自己的“監(jiān)視器”類。遞歸的synchronized方法可以正常運(yùn)作。若線程的優(yōu)先等級(jí)相同，則時(shí)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(gè)類成員的定義里。若未規(guī)定一個(gè)“顯式”（明確的）限定符，就會(huì)默認(rèn)為“友好的”（friendly）。這意味著同一個(gè)包里的其他元素也可以訪問它（相當(dāng)于它們都成為C++的“friends”——朋友），但不可由包外的任何元素訪問。類——以及類內(nèi)的每個(gè)方法——都有一個(gè)訪問限定符，決定它是否能在文件的外部“可見”。private關(guān)鍵字通常很少在Java中使用，因?yàn)榕c排斥同一個(gè)包內(nèi)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(huán)境中，對private的恰當(dāng)運(yùn)用是非常重要的。Java的protected關(guān)鍵字意味著“可由繼承者訪問，亦可由包內(nèi)其他元素訪問”。注意Java沒有與C++的protected關(guān)鍵字等價(jià)的元素，后者意味著“只能由繼承者訪問”（以前可用“private protected”實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，但這一對關(guān)鍵字的組合已被取消了）。
　　(28) 嵌套的類。在C++中，對類進(jìn)行嵌套有助于隱藏名稱，并便于代碼的組織（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(jià)于C++的命名空間，所以不再是一個(gè)問題。Java 1.1引入了“內(nèi)部類”的概念，它秘密保持指向外部類的一個(gè)句柄——?jiǎng)?chuàng)建內(nèi)部類對象的時(shí)候需要用到。這意味著內(nèi)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于內(nèi)部類對象一樣。這樣便為回調(diào)問題提供了一個(gè)更優(yōu)秀的方案——C++是用指向成員的指針解決的。
　　(29) 由于存在前面介紹的那種內(nèi)部類，所以Java里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(huì)自行決定嵌入一個(gè)方法，但我們對此沒有更多的控制權(quán)力。在Java中，可為一個(gè)方法使用final關(guān)鍵字，從而“建議”進(jìn)行嵌入操作。然而，嵌入函數(shù)對于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(guān)鍵字標(biāo)志從一個(gè)基礎(chǔ)類的繼承，并用super關(guān)鍵字指出準(zhǔn)備在基礎(chǔ)類中調(diào)用的方法，它與我們當(dāng)前所在的方法具有相同的名字（然而，Java中的super關(guān)鍵字只允許我們訪問父類的方法——亦即分級(jí)結(jié)構(gòu)的上一級(jí)）。通過在C++中設(shè)定基礎(chǔ)類的作用域，我們可訪問位于分級(jí)結(jié)構(gòu)較深處的方法。亦可用super關(guān)鍵字調(diào)用基礎(chǔ)類構(gòu)建器。正如早先指出的那樣，所有類最終都會(huì)從Object里自動(dòng)繼承。和C++不同，不存在明確的構(gòu)建器初始化列表。但編譯器會(huì)強(qiáng)迫我們在構(gòu)建器主體的開頭進(jìn)行全部的基礎(chǔ)類初始化，而且不允許我們在主體的后面部分進(jìn)行這一工作。通過組合運(yùn)用自動(dòng)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。
　　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
　　 }
　　}
　　(32) Java中的繼承不會(huì)改變基礎(chǔ)類成員的保護(hù)級(jí)別。我們不能在Java中指定public，private或者protected繼承，這一點(diǎn)與C++是相同的。此外，在衍生類中的優(yōu)先方法不能減少對基礎(chǔ)類方法的訪問。例如，假設(shè)一個(gè)成員在基礎(chǔ)類中屬于public，而我們用另一個(gè)方法代替了它，那么用于替換的方法也必須屬于public（編譯器會(huì)自動(dòng)檢查）。
　　(33) Java提供了一個(gè)interface關(guān)鍵字，它的作用是創(chuàng)建抽象基礎(chǔ)類的一個(gè)等價(jià)物。在其中填充抽象方法，且沒有數(shù)據(jù)成員。這樣一來，對于僅僅設(shè)計(jì)成一個(gè)接口的東西，以及對于用extends關(guān)鍵字在現(xiàn)有功能基礎(chǔ)上的擴(kuò)展，兩者之間便產(chǎn)生了一個(gè)明顯的差異。不值得用abstract關(guān)鍵字產(chǎn)生一種類似的效果，因?yàn)槲覀儾荒軇?chuàng)建屬于那個(gè)類的一個(gè)對象。一個(gè)abstract（抽象）類可包含抽象方法（盡管并不要求在它里面包含什么東西），但它也能包含用于具體實(shí)現(xiàn)的代碼。因此，它被限制成一個(gè)單一的繼承。通過與接口聯(lián)合使用，這一方案避免了對類似于C++虛擬基礎(chǔ)類那樣的一些機(jī)制的需要。
　　為創(chuàng)建可進(jìn)行“例示”（即創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例）的一個(gè)interface（接口）的版本，需使用implements關(guān)鍵字。它的語法類似于繼承的語法，如下所示：