C++ 与其他常用语言的区别

本文介绍 C++ 与其他常用语言的区别,重点介绍 C 与 C++ 之间重要的或者容易忽略的区别。尽管 C++ 几乎是 C 的超集,C/C++ 代码混用一般也没什么问题,但是了解 C/C++ 间比较重要的区别可以避免碰到一些奇怪的 bug。如果你是以 C 为主力语言的 OIer,那么本文也能让你更顺利地上手 C++。C++ 相比 C 增加的独特特性可以阅读 C++ 进阶 部分的教程。此外,本文也简要介绍了 Python, Java 和 C++ 的区别。

C 与 C++ 的区别

宏与模板

C++ 的模板在设计之初的一个用途就是用来替换宏定义。学会模板编程是从 C 迈向 C++ 的重要一步。模板不同于宏的文字替换,在编译时会得到更全面的编译器检查,便于编写更健全的代码,利用 inline 关键字还能获得编译器的充分优化。模板特性在 C++11 后支持了可变长度的模板参数表,可以用来替代 C 中的可变长度函数并保证类型安全。

指针与引用

C++ 中你仍然可以使用 C 风格的指针,但是对于变量传递而言,更推荐使用 C++ 的 引用 特性来实现类似的功能。由于引用指向的对象不能为空,因此可以避免一些空地址访问的问题。不过指针由于其灵活性,也仍然有其用武之地。值得一提的是,C 中的 NULL 空指针在 C++11 起有类型安全的替代品 nullptr。引用和指针之间可以通过 *& 运算符 相互转换。

bool

与 C++ 不同的是,C 语言最初并没有布尔类型。

C99 标准加入了 _Bool 关键字(以及等效的 bool 宏)以及 truefalse 两个宏。如果需要使用 booltruefalse 这三个宏,需要在程序中引入 stdbool.h 头文件。而使用 _Bool 则不需要引入任何额外头文件。

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bool x = true;  // 需要引入 stdbool.h
_Bool x = 1;    // 不需要引入 stdbool.h

C23 起,truefalse 成为 C 语言中的关键字,使用它们不需要再引入 stdbool.h 头文件2

下表展示了 C 语言不同标准下,bool 类型支持的变化情况(作为对照,加入了 C++ 的支持情况):

语言标准booltrue/false_Bool
C89//保留3
C99 起,C23 以前宏,与 _Bool 等价,需要 stdbool.h 头文件宏,true1 等价,false0 等价,需要 stdbool.h 头文件关键字
C23 起宏,与 _Bool 等价,需要 stdbool.h 头文件关键字关键字
C++关键字关键字保留3

struct

尽管在 C 和 C++ 中都有 struct 的概念,但是他们对应的东西是不能混用的!C 中的 struct 用来描述一种固定的内存组织结构,而 C++ 中的 struct 就是一种类,它与类唯一的区别就是它的成员和继承行为默认是 public 的,而一般类的默认成员是 private 的。这一点在写 C/C++ 混合代码时尤其致命。

另外,声明 struct 时 C++ 也不需要像 C 那么繁琐,C 版本:

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typedef struct Node_t {
  struct Node_t *next;
  int key;
} Node;

C++ 版本

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struct Node {
  Node *next;
  int key;
};

const

const 在 C 中只有限定变量不能修改的功能,而在 C++ 中,由于大量新特性的出现,const 也被赋予的更多用法。C 中的 const 在 C++ 中的继任者是 constexpr,而 C++ 中的 const 的用法请参见 常值 页面的说明。

内存分配

C++ 中新增了 newdelete 关键字用来在“自由存储区”上分配空间,这个自由存储区可以是堆也可以是静态存储区,他们是为了配合“类”而出现的。其中 delete[] 还能够直接释放动态数组的内存,非常方便。newdelete 关键字会调用类型的构造函数和析构函数,相比 C 中的 malloc()realloc()free() 函数,他们对类型有更完善的支持,但是效率不如 C 中的这些函数。

简而言之,如果你需要动态分配内存的对象是基础类型或他们的数组,那么你可以使用 malloc() 进行更高效的内存分配;但如果你新建的对象是非基础的类型,那么建议使用 new 以获得安全性检查。值得注意的是尽管 newmalloc() 都是返回指针,但是 new 出来的指针 只能delete 回收,而 malloc() 出来的指针也只能用 free() 回收,否则会有内存泄漏的风险。

变量声明

C99 前,C 的变量声明必须位于语句块开头,C++ 和 C99 后无此限制。

可变长数组

C99 后 C 语言支持 VLA(可变长数组),C++ 始终不支持。

结构体初始化

C99 后 C 语言支持结构体的 指派符初始化(但是在 C11 中为可选特性),C++ 直到 C++20 才支持有顺序要求的指派符初始化,且 C 语言支持的乱序、嵌套、与普通初始化器混用、数组的指派符初始化特性 C++ 都不支持1

注释语法

C++ 风格单行注释 //,C 于 C99 前不支持。

Python 与 C++ 的区别

Python 是目前机器学习界最常用的语言。相比于 C++,Python 的优势在于易于学习,易于实践。Python 有着更加简单直接的语法,比如在定义变量时,不需要提前声明变量类型。但是,这样的简单也是有代价的。Python 相比于 C++ 牺牲了性能。C++ 几乎适用于包括嵌入式系统的所有平台,并且有着更快的执行速度,但是 Python 只可以在某些支持高级语言的平台上使用。C++ 更接近底层,所以可以用来进行编写操作系统。

Java 与 C++ 的区别

Java 与 C++ 都是面向对象的语言,都使用了面向对象的思想(封装、继承、多态),由于面向对象由许多非常好的特性(继承、组合等),因此二者有很好的可重用性。所以相比于 Python,Java 和 C++ 更加类似。

二者最大的区别在于 Java 有 JVM 的机制。JVM 全称是 Java Virtual Machine,中文意为 Java 虚拟机。Java 语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用 Java 虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入 Java 语言虚拟机后,Java 语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java 语言使用 Java 虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得 Java 语言编译程序只需生成在 Java 虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。

因为这个特点,Java 经常被用于需要移植到不同平台程序的开发。但是也由于编译 Java 程序时需要从字节码开始,所以 Java 的性能没有 C++ 好。

参考资料


  1. https://en.cppreference.com/w/cpp/language/aggregate_initialization 

  2. https://en.cppreference.com/w/c/23。 

  3. C 和 C++ 均规定,以一个下划线跟着一个大写字母开头的标识符是被保留的,详见 https://en.cppreference.com/w/c/language/identifier。