C和CPP的区别 C++，Java and Python的区别

今天在论坛上看到两个学神讨论C++的优劣性引申出来的各种问题，深深感觉自己差距很大，现就部分问题做个小的总结。

C和CPP的区别：

1. C没有bool类型。布尔类型是int。0是假，非0是真。

2. C里字符常量（如'a'、'\n'、'\0'等）是int型，而C++里是char型。但这不影响使用。

3. 没有引用类型的变量，一般使用指针。函数的参数也不能是引用类型，想要副作用请用指针。

4. 没有模版。可以用宏代替。但是C99开始支持inline，用法和C++一样。（C99 is an informal name of ISO/IEC 9899:1999, a past version of the C programming language standard）

5. 结构的类型是struct xxx，而不是xxx。如果你定义struct foo {int bar}; 那么你应该用sruct foo foo1;来创建变量foo1，而不是用C++的语法foo foo1;。如果愿意，你可以typedef一下。typedef struct foo foo_t; foo_t foo1;。

6. 没有运行时类型机制，没有typeinfo，没有dynamic_cast。你自己知道对象是什么类型
你可以把类型编码到对象里面。

一般用tagged union思路：struct Value {int tag; union {int i; double d;} val;};，自己用tag标记是什么类型。

也可以将一个公共的struct作为头；struct Animal {int kind}; struct Cat { struct Animal header; int extra_field;};

7. 没有面向对象编程。你需要自己实现多态。一般用函数指针。struct Animal {void (*speak)();}; 或者让对象指向一个虚函数表，避免每个对象里存大量的指针，但每次调用虚函数都会多一次内存访问。struct AnimalFuncs { void (*speak)()} cat_funcs, dog_funcs; struct Animal { struct AnimalFuncs funcs;}; struct Cat { struct Animal header; } cat1; ((struct Animal*)(&cat1))->funcs = cat_funcs; 所以，调用一次虚函数要访问多少次内存，你永远知道。

8. 没有namespace，你要自己在函数前面加前缀，以避免冲突。

＊想一想，如果C++使用了namespace，那么编译出来的可执行文件里，符号表（函数名对应函数位置的表）中某个函数的名字应该怎么写（这可是关系到链接的时候能不能找到这个函数哦）？可能不同的namespace里有重名的函数，同一个也有重载的同名函数。就是这个简单的“符号表怎么写”的问题就够c++程序员折腾的。［二进制兼容性问题，C++的硬伤］

*二进制兼容性 Application Binary Interface Transition(ABI Transition), 简单的说就是当程序已经编译完成产生了一个二进制文件，编译过程中依赖的某些头文件或者库文件，当这些文件发生更新升级时，二进制还能否正常运行？这里指的是动态库连接的二进制文件。

9. 没有string库，但是有string.h提供了字符串基本操作，你能想象到的几乎都有。C习惯用char型数组表示字符串，字符串以'\0'结尾。像其它函数传参数的时候，一般传指针，而不是拷贝字符串本身。如果你坚持要拷贝，请用strdup，并用free()回收内存。

10. 没有iostream库，但有stdio.h。输出可以用printf，输入用scanf。文件操作用fopen,fread,fwrite,fclose,fseek,ftell,feof等，也有fprintf和fscanf。cout对应全局变量stdout，cin对应全局变量stdin，cerr对应stderr。你也可以直接用操作系统提供的open, read, write, close等调用。

11. 没有new和delete。你可以使用malloc和free。它们在stdlib.h中。同样，小心内存碎片。

12. 没有stl。但是如果你用C，大概说明你需要自己设计适合自己的应用的简单、专用而高效的数据结构。如果你用到了极其复杂的数据结构，说明你应该使用别的编程语言。

p.s. Linux内核里的环形链表和红黑树实现不错。但是试试b-tree会不会更快。

13. 你可以使用大量的第三方库和系统调用来弥补C语言标准库小的缺憾。正则表达式、网络、图形界面、数据库、国际化什么的都有。但是留意：有可能你需要换一个语言。不是所有的事都适合C做。毕竟C的定位是系统编程语言。

C++,Java and Python

1. 都是编程语言
2. 都是图灵完备的编程语言
3. 都是命令式语言
4. 都是面向对象的语言
5. 都是静态类型语言
6. 都有大量的实际项目使用这两种语言
7. 都对学术界和工业界产生了巨大的影响

类型系统

8. 都是静态类型语言。每个变量都有一个编译时就知道的类型。
    * 与之相反，Python是动态类型语言，变量都是引用，变量没有类型，但值有类型。

9. 基本数据类型都接近机器，如基本的整数、浮点数。C++的不必说，Java的int和long都是简单的32位和64位整数，float和double是IEEE754浮点数，boolean使用int存储，但boolean数组按每字节一个变量压缩存储。还有一个隐藏的“地址”类型，只有JVM能看到。
    * 与之相反，Python的基本类型，如int,bool,str，都是对象。任何整数都是一个对象，有属性。

10. 与第9条想对应的，基本运算符很接近机器的指令。如加减乘除、逻辑、移位、赋值等。Java甚至区分算术右移“>>>”和逻辑右移“>>”两种不同的右移运算。C++对应的分别是无符号整数和有符号整数的右移。
    * 与之相反，Python的基本运算符都按方法实现。如1+2，实际上是调用1.__add__(2)方法。__add__方法可以被对象重写，以实现特殊的“加法”，如字符串相加。

11. 都有基于类的复合类型系统。都支持面向对象编程的方法，包括继承、封装、多态。且都有一定的运行时类型信息（C++的typeinfo和dynamic_cast，Java的反射）
    * 与之相反，C语言没有类，在运行时也不知道一个指针指向什么类型的对象。

语句

12. 都有基本的结构化编程。顺序结构、选择结构（if, switch）、循环结构（while, do-while，for）
    * 早期的一些语言依赖GOTO。

13. 都有异常处理语法try-catch
    * C没有异常处理
    * Java有finally而C++依赖于栈上对象的析构函数。

14. 都有函数（Java称为方法），都支持函数的递归调用。
    * 早期的Fortran不支持递归调用，有的语言没有函数。

15. 都支持按值传递。
    * C++支持按引用传递。你可以将局部变量的“引用”传给函数，以改变变量的值。
    * Java本质上只支持按值传递。引用类型可以认为引用本身是值，但是不能将局部变量“按引用传递”以改变局部变量。
    * Python本质上只支持按值传递，原理和Java一样，可以理解为“引用”本身是值。而Python所有变量都是引用，甚至包括所有的整数，如42，也是将“42”这个对象的引用传入。但是整数、字符串等都是“不可变”（immutable）的类型，a=2; a=3实际上是创建一个新的对象“3”，把引用赋给a，而“2”这个对象仍然是2。你不能通过参数让另一个函数改变当前函数的局部变量。
    * Haskell的所有函数调用都是按名传递。如果参数是一个表达式，那么这个参数不到需要求值的时候是不会求值的。而C++,Java,Python都必须先求参数值，后传入函数。

面向对象编程

16. 都有泛型系统。C++基于模板，为每种类型生成代码；而Java的泛型只在编译时用于检查，编译到JVM上则使用无类型的引用，运行时看不见类型参数。
     * C没有。可以用void*指向任何东西。

内存管理

17. 都支持手动控制生存周期的内存管理（new），但C++要求手动回收(C++11有例外)。

实现

18. 编译：一般都是先编译，后执行。但C++是编译为本地代码，而Java一般先编译成bytecode。然后由JVM决定是解释执行还是编译成本地代码执行。
     * Python, Ruby, JavaScript, PHP等脚本语言一般不预先编译，但运行时可以采用JIT Compiling策略。Haskell既可以解释又可以编译。LISP的执行过程就是源代码（S-Exp）的扩展、变换、展开的过程。

19. 发布：一般都以二进制发布，但C++的二进制是本地代码，而Java是bytecode。
     * Python一般直接发布源代码。罕见的一些闭源软件会发布bytecode。
     * PHP也是。源代码直接嵌在网页代码中（或者说网页代码嵌在PHP代码中，怎么说都行）
     * JavaScript也是，直接用源代码让浏览器解释。
     * Haskell既可以解释，也可以编译，如何发布都行，看需要。

20. 动态装载：依赖于实现，但C++、Java一般都支持。C++使用动态链接库，Java可以动态装载类。

21. 外语接口：都可以与C语言交互。C++可以用extern "C"。Java需要JNI。

都不具备的特性

22. Tagged Union数据类型：带标记的联合类型，在函数式语言中很常见。但C++和Java可以用类和继承来模拟，也可以直接用if/else。
     * Scala支持Case Class
     * Haskell、ML的基本数据类型

23. 模式匹配（Pattern Matching）结构，在函数式语言中很常见。但C++可以用dynamic_cast，Java可以用instanceof检测指针/引用的目标类型。
     * Scala有match-case语句和unapply方法
     * Ruby有case-when语句和模式匹配运算符“=~”
     * Haskell、ML都有此类语句

24. 复杂查询语句
     * Python有List Comprehension。类似[len(x) for x in names if x.startswith("S")]
     * Scala有For Comprehension。类似for(x <- names; if x.startswith("S")) yield x.size;
     * C#有LINQ。类似from x in names where x.StartsWith("S") select s.length
     * Ruby没有此类语句，但是ruby的函数调用很容易用块串接。

25. lambda函数（C++11有例外）、闭包（C++11有例外）和高阶函数：将一个函数作为另一个函数的参数，即所谓“高阶函数”（C++是支持的，但在没有闭包的情况下很吃亏）。
     * Python：filter(lambda x: x%2==0, [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10])
     * JavaScript：connection.on_data(function(d) { buffer.add(d);});
     * Java可以用接口和对象来模拟函数作为参数：window.addEventListener(new EventListener(){@Override void onShow() { window.setTitle("Hello"); }});

26. coroutine（C++可以依赖库和系统调用实现）
     * C：使用swapcontext或者longjmp模拟
     * Python：几乎所有的for循环都依赖coroutine
     * Ruby：Fiber
     * JavaScript：Firefox17开始有实验性支持，但没有标准化。

27. 动态对象：将一个对象的所有方法调用抽象成“方法名+参数”而不是具体的某个函数和参数。允许你做一些匪夷所思的事，比如将一个对象做“代理”，对它的所有方法调用将被记录方法名和参数，通过网络发送到远端，再将传回的数据翻译成基本数据类型作为返回值。
     * Ruby里所有的对象都是这样做的。
     * Python可以用__getattr__实现这种行为。Python用这种方法实现了XML-RPC。
     * Java可以用java.lang.reflect.Proxy实现这个，也可以借助CGLib。

28. 扩展方法：给一个类添加一个新的方法
     * C#有extension method。
     * Scala可以使用隐式类型转换，转换成一个封装类型，以造成“添加一个新方法”的假象。
     * Haskell可以定义新的type class，将若干个已有的但不相干的类都定为成员。
     * Ruby允许你随时重新打开一个类，随便加新方法。

29. 嵌入式语言：作为另一个程序的一部分，用于程序扩展语言。显然C++和Java都不是为这个而设计的。
     * Lua的解释器很小，适合嵌入另一个程序（如魔兽世界）
     * Python相对大一些，但也适合做嵌入式脚本语言。

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