Java和C++的對照

本条目为Java语言和C++语言之间的比较。 C++和Java语言之间的不同可以追溯到它們各自的傳統，它們有着不同的設計目標。 C++ 被設計成主要用在系統性應用程式設計上的語言，对C語言進行了擴展。基于C語言這個為執行效率設計的過程式程式設計語言，C++添加了对这些特性的支持：靜態類型的面向对象程序設計的支持、異常處理、RAII以及泛型。另外它還添加了一個包含泛型容器和算法的C++庫函數。 Java 最初被設計用来支持網絡計算。它依賴一個虛擬機來保證安全和可移植性。Java包含一個可擴展的庫以提供一個完整的下層平台抽象。Java是一種靜態面向對象語言，它使用的語法和C++类似，但并不与之兼容。為了使更多的人到使用更易用的語言，它進行了全新的設計。 不同的開發目標導致C++和Java這兩種語言的不同的規則以及設計上的平衡點不同。如下列出不同點： C++ 是一門強大的語言，設計用在系統程式設計方面。Java語言是設計成簡單易用易學習，并有一個強大的跨平台的庫。Java函式庫對一個函式庫來說相當的大。但Java并不會提供所在平台的所有特性和接口。C++函式庫簡單健壯，提供容器和關聯數組的支持。 Java語法是上下文無關文法，可以用一個簡單的LALR語法分析器來分析。而分析C++就複雜多了；例如 Foo<1>(3); ，如果 Foo 是一個變數，那麼它是一個比較的運算式，但如果 Foo 是一個類範本的名字，那麼它會創建一個物件。 C++允許名字空間級別的常量，變數和函數. 而所有這樣的 Java 聲明必須在一個類或者介面當中。 在 C++ 的聲明中，一個類名可以用來聲明一個此類物件的值。 Java 裡沒辦法做到這點，在Java裡對象不是值。在 Java 的聲明中，一個類名聲明的是對此類的一個物件的引用。而在 C++ 裡與之等價的做法是用 "*" 來聲明一個指標。 在 C++ 裡，"."操作符將一個物件作為一個左指令引數來訪問這個物件的成員。因為對象在 Java 裡不是值，所有的對象都通過引用來訪問，剛才的做法在 Java 裡是無法實現的。在 Java 裡，"." 操作符是將一個物件的引用作為左指令引數來訪問這個物件的成員，在C++中和這種做法等價的是 "->"。 在 C++ 裡，定義一個指向常量的指標（唯讀指標）是可能的，也就是說，你不能修改這個指標指向的物件的內容。函數和方法也都保證不會修改用 "const" 關鍵字的指標指向的物件的內容,是強制常量正確性（英语：const-correctness）的。在 Java 裡這是不可能做到的，你可以定義一個引用為 "final"（就像在 C++ 裡定義一個指標"常量"），但這只是阻止你重新綁定這個引用；你還是可以修改這個 "final" 引用指向的物件的。 C++ 支持 goto 語句；Java 強制結構化流程控制（structured control flow），依賴break標籤 和 continue標籤 語句來提供類似於 goto 的部分。. 一些評論者指出這些標籤化的流程控制打破了結構化程式設計的單退出點的。點. C++ 提供了一些 Java 缺乏的低級特性。在 C++ 裡，指標可以用來操作特定的記憶體位置，這是在寫低級作業系統模組的時候必須用到的。類似的，許多 C++ 編譯期支持內聯彙編，在 Java 裡，這樣的代碼只能放在外來的庫中，而且在調用的時候只能通過JNI來訪問這些外來庫提供的介面. C++ 允許給函數/方法的參數設置預設值，Java 不提供這個特性。但是方法重载可以達到同樣的效果。 C++ 里最小的編譯單位是一個函數；Java 里最小的編譯單位是一個類. 在 C++ 里，函數可以被單獨編譯。在 Java 里，要編譯和維護單獨的方法需要把它們移到超類或子類或者使用其他的代碼重構的技巧。 C++ 允許基本類型之間的一些隱式的轉換，也允許程式設計師對於用戶自定義類型相關的隱式轉換規則。在 Java 里，只有基本類型之間變寬類型的轉換可以是隱式的；其餘的轉換需要顯式的類型轉換語法。 這造成的一個後果是，雖然在 Java 和 C++ 里循環的條件（if、while 和 for 里的退出条件）預期的都是一個布爾表達式，但 if(a = 5) 這樣的代碼在 Java 里會導致編譯錯誤，因為沒有從整型到布爾的隱式變窄轉換。如果代碼是 if(a == 5) 的輸錯的情況那麼是很方便發現這個錯誤的。而目前的 C++ 編譯器一般來說只會針對這種情況產生一個警告。 對於傳參數給函數的情況，C++ 支持引用傳遞和值傳遞。在 Java 里，參數總是值傳遞的。 但在 Java 里，所有的非基本類型的值都只是對於對象的引用（用 C++ 的術語來說，它們是智能指針）。對象在 Java 里不是作為值直接被使用的，只有對象的引用可以被直接操作；習慣於將對象當做值直接使用的 C++ 開發者經常會把這個跟引用傳遞搞混。 Java 內建的類型在字節寬度和取值範圍上是被虛擬機定義好的；在 C++ 里，內建的類型有定義一個最小取值範圍，但是其他的部分（字節寬度）可以被映射成具體平台上支持的原生類型。 舉個例子，Java 字符是16位的Unicode字符，字符串是由這樣的字符組成的序列。 C++ 提供窄和寬兩種字符，但實際的字符寬度是和平台相關的，視所用的字符集而定。字符串可以由這兩種字符中的一種組成。 浮點數及其操作的精度和舍入方式在 C++ 里是平台相關的. Java 提供了一個可選的严格的浮点数模型（英语：strictfp），保證跨平台的一致性，不過可能會導致運行時效率比較差. 在 C++ 里，指針可以作為內存地址直接操作. Java 沒有指針 — 它只有對象引用和數組引用，這兩者都不允許直接用來訪問內存地址。在 C++ 里可以構造一個指向指針的指針，而 Java 的引用只能指向對象。。 在 C++ 里，指針可以指向函數或者方法（函數指針）。在 Java 里的等價物是對象或者接口的引用。 雖然有使用棧內存分配的對象，C++ 還是支持區域資源管理，一個用來自動管理內存和其他系統資源的技術，此技術支持確定性對象銷毀（deterministic object destruction）。不過，區域資源管理在 C++ 里是不被保證的；它只是一個設計模式，所以需要依賴程式設計師遵守相關的規則. Java 通過使用垃圾搜集來支持自動內存管理，但對於其他的系統資源（窗口，通訊埠，執行緒），如果垃圾搜集器無法決定它們是否不再被用到，那通常還是需要顯式的釋放的。 C++ 的用戶可自定義操作符重载的特性在 Java 里是不支持的。唯一在 Java 里可以重載的操作符是 "+" 和 "+=" 操作符，在字符串里重载为连接字符串。 Java 的標準應用程序接口支持反射和動態加載任意代碼。 C++ 支持靜態和動態的庫連接。 Java 支持泛型，其主要目的是提供類型安全的容器. C++ 支持模板，在泛型编程方面提供了更強的支持。 Java 和 C++ 都對基本類型（也叫"内建"類型）和用戶自定義類型（也叫"複合"類型）。在 Java 里，基本類型只有值的語義，複合類型只有引用的語義. 在 C++ 里所有的值都有值語義，可以創建對於任何類型的引用，這樣就允許通過引用語義來操作對象。 C++ 支持任意類型的多重繼承. 在 Java 里一個類只能從單個的類繼承而來，但一個類可以實現多個的接口（換句話說，它支持類型的多重繼承，但對於實現只能單繼承）。 Java 對於類和接口是顯式區分的。在 C++ 里多重繼承和純虛函數使得定義出類似於 Java 的接口的類是可能的，不過會有少許區別。 Java 在語言和標準庫都對多執行緒有良好的支持。synchronized 這個 Java 的關鍵字為了支持多執行緒應用提供了簡單而安全的的互斥鎖，但同步（synchronized）區只能用 LIFO 的順序離開。Java 也為更高階的多執行緒同步提供了健壯而複雜的庫。在 C++ 里沒有專門為多執行緒定義的內存模型；但第三方庫提供了和 Java 差不多的功能；不過這些 C++ 庫之間差異較大，一致性不好。 C++ 方法可以聲明為虚函數，虚函數是在運行期根據對象的類型才確定的。 C++ 方法缺省情況下不是虚的. 在 Java 里，方法缺省情况下是虚的，但可以使用final關鍵字使之聲明為非虚的。 C++ 枚舉屬於基本類型，支持和其他整數類型之間的轉換和比較。Java 枚舉實際上是類的實例（它們從 java.lang.Enum<E> 擴展而來），象其他的類一樣可以定義構造函數，數據成員及方法。 Java 提供了自動化的垃圾搜集。在 C++ 里内存管理通常通過構造函數，析構函數以及智能指針。C++ 標準允許垃圾搜集，但並不強制要求；實際使用上垃圾搜集極少被用到。強制使用自動垃圾搜集導致了在 Java 里編寫實時軟體是困难的。 C++ 可以申請任意的內存塊。Java 只能通過對象實例化來申請內存。（注意：在 Java 里，程序員可以通過創建一個字節數組模擬申請任意的內存塊，不過 Java 數組仍然是對象。） Java 和 C++ 在資源管理上使用不同的習語。Java 主要依賴只能回收內存的垃圾搜集機制，因為該機制如果用於回收使用中的非內存的系統資源可能是非常危險的。而 C++ 主要依賴 RAII (资源的获取就是初始化)。這反映了這兩種語言的幾方面的不同： 在 C++ 里在棧里申請複合類型的對象是很平常的，一旦退出棧的範圍就會被銷毀。在 Java 里複合類型的對象總是在堆里申請的內存，而後被垃圾搜集器搜集（除非在虛擬機裡使用了逃逸分析技術來將堆的內存申請轉成棧的。） C++ 有析構函數，而 Java 有finalizer(finalizer). 兩者都會在對象釋放之前被調用，但是它們有顯著的不同. 一個 C++ 對象的析構函數必須被隱式（棧變量對象的情況）或者顯式地調用來釋放對象. 析構函數在對象釋放之前同步地執行. 同步，協調的反初始化以及釋放在 C++ 里滿足 RAII 的要求. 在 Java 里，對象的釋放是被垃圾搜集器隱式處理的. 一個 Java 對象的 finalizer 在它被最後一次訪問之後和在實際釋放之前的某個時間點被異步（非同步）地調用，這個調用有可能一直不產生. 非常少的對象需要 finalizer；只有那些在釋放前必須保證一些清理工作一定要做的對象來說才是需要的 — 典型的情況是：釋放對 JVM 來說是外部的資源. 在 Java 里，企圖安全同步的釋放某些系統資源，只能用顯式的 try/finally 結構來進行. 在 C++ 里是有可能有一個迷途指針的 – 過時的對一個已釋放的對象的引用（參照）；試圖使用一個迷途指針的結果是導致程序錯誤. 在 Java 里，垃圾搜集器不會銷毀一個正在被引用的對象. 在 C++ 里未初始化過的基本類型對象是有可能存在的，Java 强制要做缺省初始化. 在 C++ 里有可能申請了一個對象，但對它沒有任何引用. 這樣的不可達對象（不可訪問內存）是無法被銷毀的，導致了內存泄漏. 作為對比，在 Java 里一個對象不會被回收直到它變得不可達（對於用戶程序來說）. （注意: 弱引用(弱引用）是被支持的，這個特性讓 Java 的垃圾搜集器能夠識別不同 程度的可達性.）在 Java 里垃圾搜集阻止了很多內存泄漏的情況，但某些情況下泄漏仍然是可能的. Java 更容易泄漏非內存資源，而 C++ 的慣用做法更不會導致這種泄漏. C++ 对于许多平台相关的特性提供了跨平台的访问方式. 从 Java 到原生的操作系统和硬件相关的函数的直接访问需要用到JNI（Java本地接口）。 C++ 通常來說會直接被编译成机器码，被操作系统直接执行。Java 通常会被编译成字节码，被Java虚拟机和解释器或者即时编译器编译成机器码然后执行。 因为表达方式不受限制，低级的 C++ 语言特性（例如：不被检查的数组访问，原始指针，类型双关语(type punning（英语：type punning）)不能在编译期间或者运行期间可靠地被检查. 相关的编程错误会导致低级的缓存溢出和段错误（記憶體區段錯誤）. 标准模板库 提供了高级的抽象（例如 vector,list 和 map）来帮助避免这样的错误.在 Java 里，低级错误不会发生或者会被JVM检测到并以异常的形式报告给应用. Java 语言在越界访问数组的时候一般来说会对数组进行边界检查(bounds checking). 这消除了导致程序不稳定的一个可能因素，但这是以执行速度更慢一些作为代价的. 在一些情况下，编译器分析（compiler analysis（英语：compiler analysis））可以检测到不必要的边界检查并去掉。C++ 对于原生数组的越界访问没有要求特定的处理，所以需要对于原生数组确认不越界. 但C++ 标准库里的一部分库象 std::vector 也提供了可选的边界检查. 总的来说，Java 数组是"总是安全；严格限制；开销较多" ，而 C++ 原生数组是"可选的开销； 完全不限制；有潜在的不安全." C++ 和 Java 都提供泛型编程的能力，分别是模板 和 泛型(Generics in Java（英语：Generics in Java）). 虽然它们被创造用来解决类似的问题，有类似的语法，但实际上很不一样. Java 和 C++ 在使代码在不同的文件分开方面使用了不同的技术. Java 使用了一个包系统，这个系统对所有的程序都要指定了文件名和路径. 在 Java 里，编译器负责导入可执行的类文件. C++ 使用了头文件源代码的包含系统来在不同的文件共享声明. 编译好的 Java 代码一般来说比 C++ 文件小，因为Java字节码(Java bytecode)一般来说比机器码要更紧凑[來源請求]，Java 程序都不是静态链接的. C++ 编译多了一个文本预处理过程，Java 是没有的. 因此一些使用者在他们的编译过程之前增加了一个预处理的过程，这样能更好的支持需要条件编译的情况. 两个语言里数组都是定长的. 在 Java 里，数组是頭等对象，而在 C++ 里它们只是它们的基本类型元素的连续的序列，经常用一个指向第一个元素的指针和一个可选的长度来引用. 在 Java 里，数组是被边界检查的，而且知道它们的长度，而在 C++ 里你可以将任意的序列当成一个数组. C++ 和 Java 都提供了相关的容器类（分别为std::vector 和 java.util.ArrayList），可以改变大小. Java 的除法和模除操作符是定义成零截断的. C++ 没有定义这两个操作符是零截断的还是"负无穷截断"的. 在 Java 里-3/2 总是得到 -1，但一个 C++ 编译器可能会返回 -1 或 -2，视平台而定. C99 定义了和 Java 一样的除法方式. 两种语言都保证对于所有的 a 和 b(b!=0)（当 a 和 b都是整型的时候）(a/b)*b + (a%b) == a. C++ 版本有时候会更快，因为它允许直接使用处理器的截断方式. 整型的长度在 Java 里是已定义好的(int 为 32-bit, long 为 64-bit)，而在 C++ 里整型和指针的长度是和编译器以及应用二进制接口相关的. 因此仔细编写的 C++ 代码可以利用64位处理器的能力而又可以在32位处理器上工作. 但是需要很仔细的用可移植的方式编写. 作为对比，Java 的固定整型大小使得程序员无法做到这样，没办法利用处理器的字长会导致 Java 在64位处理器上表现较差. 想运行一个编译好的 Java 程序，计算机上要运行JVM；而编译好的 C++ 程序不需要额外的应用。比较早期的 Java 版本在性能上比静态编译的语言如 C++ 差得很多，这是因为用 C++ 是直接编译成一些机器指令，而当 Java 编译成字节码以后用 JVM 解释执行的时候又牵涉了不少额外的机器指令。 例如： C++ 在大部分的情况下都比 Java 要快， 有几个数值方面的基准测试的研究争辩说 Java 在某些情况下可能会比 C++ 的性能好得多。 但有人说数值方面的基准测试对于语言的评估是不合适的，因为编译器都可以做相关的优化，甚至可能将被测试的代码彻底删除。 如果涉及到一个真正现实应用的程序，Java 会因为很多原因导致性能变差： 所有的对象都在堆里被申请。对于使用小对象的函数来说会导致很大的性能损失，因为在栈里申请内存几乎没有性能损失。 方法缺省是虚的。这对于小对象来说会因为虚表增加好几倍的内存使用。它也会引起性能损失，因为 JIT 编译器不得不对查虚表的过程做额外的优化。 即使使用标准的容器依然会有很多的类型转换，这会引起性能损失，因为需要遍历整个继承树。 虚拟机更进一步增加了内存的使用，因此降低了内存的局部性，增加了缓存命中失败率，从而导致整个程序变慢。 缺乏低级细节的操作方式使得开发者无法将程序进一步优化，因为编译器不支持。 有人争论说，和 Java 相比 C++也有很多劣势： 指针使得优化变得困难，因为它们可能指向任意的数据。当然现在这一点也并非完全正确，因为一些现代的编译器引入了 "严格别名" 的规则 并且支持 C99 的关键字 restrict，从而严格限制了指针的使用，使其只能用于指向已知的变量 Java 的垃圾搜集和使用malloc/new来申请内存相比能拥有更好的缓存连贯性，因为它的申请一般来说是顺序的。然而，始终有争论认为二者同样会导致内存的“零碎化”（即多次分配和回收之后内存空间会变得不连续），且并没有哪一个比对方有更明显的缓存优势。 运行时编译可能可以更好的优化代码，因为可以利用运行时的额外的信息，例如知道代码是在什么样的处理器上运行。然而当今的情况也并非完全如此，因为目前最先进的 C++ 编译器也会针对不同系统生成不同的目标代码，以期充分利用该系统的计算能力 此外，有争议的是，花在更复杂的 C++ 代码上的 debug 时间太多，用 Java 开发完全可以把这些时间用来优化 Java 代码。当然对于一个给定的程序来说两种语言能优化到什么程度也是一方面。最后，对于处理器负担很重的情况，例如视频渲染，C++ 能直接访问硬件，在同样一个硬件规格下 C++ 总是会比 Java 的表现好很多。 C++不是任何一个公司或者组织的商标，不被任何个人拥有。Java原是Sun的商标，现在由甲骨文公司拥有。 C++语言由 ISO/IEC 14882 定义，是一个ISO标准，由 ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 委员会发布。Java语言由 Java Language Specification 定义，这是一本Sun公司（已被甲骨文收購）出版的书。 两者的对象访问格式也不一样。 Java is Pass-By-Value. [2010-10-21]. （原始内容存档于2008-05-15）.  Java and C++ Library. [2010-10-21]. （原始内容存档于2020-09-30）.  Robert C. Martin. Java vs. C++: A Critical Comparison (PDF). January 1997 [2010-10-21]. （原始内容 (PDF)存档于2008-05-11）.  James Gosling, Bill Joy, Guy Steele, and Gilad Bracha, The Java language specification, third edition. Addison-Wesley, 2005. ISBN 0-321-24678-0 (see also online edition of the specification （页面存档备份，存于互联网档案馆）). "Java memory leaks -- Catch me if you can" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Satish Chandra Gupta, Rajeev Palanki, IBM DeveloperWorks, 16 Aug 2005 Boost type traits library. [2010-10-21]. （原始内容存档于2008-12-02）.  Cherrystone Software Labs. Algorithmic Performance Comparison Between C, C++, Java and C# Programming Languages (PDF). 2010-03-29 [2010-08-24]. （原始内容 (PDF)存档于2010-03-31）.  Bruckschlegel, Thomas. Microbenchmarking C++, C# and Java. Dr. Dobbs. 2005-06-17 [2010-10-24]. （原始内容存档于2007-04-29）.  "Performance of Java versus C++" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by J.P. Lewis and Ulrich Neuman, USC, Jan. 2003 (updated 2004) "Java will be faster than C++" （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Kirk Reinholtz, JPL, Apr 2001 存档副本. [2010-10-21]. （原始内容存档于2014-04-27）.  存档副本. [2010-10-21]. （原始内容存档于2020-04-20）.  "Java (not really faster) than C++ benchmark （页面存档备份，存于互联网档案馆） illustrates 存档副本. [2008-02-15]. （原始内容存档于2008-02-11）.  存档副本. [2010-10-21]. （原始内容存档于2020-11-08）.  An empirical comparison of C, C++, Java, Perl, Python, Rexx, and Tcl for a search/string-processing program (PDF): 18. [2012-12-13]. （原始内容存档 (PDF)于2020-10-26）.  Clark, Nathan; Amir Hormati, Sami Yehia, Scott Mahlke. Liquid SIMD: Abstracting SIMD hardware using lightweight dynamic mapping. HPCA’07. 2007: 216–227.  引文使用过时参数coauthors (帮助) 存档副本. [2010-10-21]. （原始内容存档于2013-05-08）.  Demystifying the Restrict Keyword. [2010-10-21]. （原始内容存档于2008-06-19）.  Targeting IA-32 Architecture Processors for Run-time Performance Checking. [2010-10-21]. （原始内容存档于2020-09-29）.  Bjarne Stroustrup's FAQ: Do you own C++?. [2010-10-21]. （原始内容存档于2008-06-17）.  ZDNet: Oracle buys Sun; Now owns Java （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Java SE Specifications. [2014-09-04]. （原始内容存档于2021-02-01）.  維基教科書中的相關電子教程：Programming Languages/Comparisons/Java Java and C++ Memory Management — 一本详尽的关于面向对象内存管理方面的出版物,在内存模型上对 Java 和 C++ 做了比较. How Java Differs from C — excerpt from Java in a Nutshell by David Flanagan Java vs. C++ resource management comparison - 一份有例子的综合论文 Java vs C performance... again... - 深入讨论 Java 和 C++ 性能方面的差别