附录B 对比C++和Java

“作为一名C++程序员,我们早已掌握了面向对象程序设计的基本概念,而且Java的语法无疑是非常熟悉的。事实上,Java本来就是从C++衍生出来的。”

然而,C++和Java之间仍存在一些显著的差异。可以这样说,这些差异代表着技术的极大进步。一旦我们弄清楚了这些差异,就会理解为什么说Java是一种优秀的程序设计语言。本附录将引导大家认识用于区分Java和C++的一些重要特征。

(1) 最大的障碍在于速度:解释过的Java要比C的执行速度慢上约20倍。无论什么都不能阻止Java语言进行编译。写作本书的时候,刚刚出现了一些准实时编译器,它们能显著加快速度。当然,我们完全有理由认为会出现适用于更多流行平台的纯固有编译器,但假若没有那些编译器,由于速度的限制,必须有些问题是Java不能解决的。

(2) 和C++一样,Java也提供了两种类型的注释。

(3) 所有东西都必须置入一个类。不存在全局函数或者全局数据。如果想获得与全局函数等价的功能,可考虑将static方法和static数据置入一个类里。注意没有象结构、枚举或者联合这一类的东西,一切只有“类”(Class)!

(4) 所有方法都是在类的主体定义的。所以用C++的眼光看,似乎所有函数都已嵌入,但实情并非如何(嵌入的问题在后面讲述)。

(5) 在Java中,类定义采取几乎和C++一样的形式。但没有标志结束的分号。没有class foo这种形式的类声明,只有类定义。

class aType()
void aMethod() {/* 方法主体 */}
}

(6) Java中没有作用域范围运算符“::”。Java利用点号做所有的事情,但可以不用考虑它,因为只能在一个类里定义元素。即使那些方法定义,也必须在一个类的内部,所以根本没有必要指定作用域的范围。我们注意到的一项差异是对static方法的调用:使用ClassName.methodName()。除此以外,package(包)的名字是用点号建立的,并能用import关键字实现C++的“#include”的一部分功能。例如下面这个语句:

import java.awt.*;

(#include并不直接映射成import,但在使用时有类似的感觉。)

(7) 与C++类似,Java含有一系列“主类型”(Primitive type),以实现更有效率的访问。在Java中,这些类型包括boolean,char,byte,short,int,long,float以及double。所有主类型的大小都是固有的,且与具体的机器无关(考虑到移植的问题)。这肯定会对性能造成一定的影响,具体取决于不同的机器。对类型的检查和要求在Java里变得更苛刻。例如:

■条件表达式只能是boolean(布尔)类型,不可使用整数。

■必须使用象X+Y这样的一个表达式的结果;不能仅仅用“X+Y”来实现“副作用”。

(8) char(字符)类型使用国际通用的16位Unicode字符集,所以能自动表达大多数国家的字符。

(9) 静态引用的字串会自动转换成String对象。和C及C++不同,没有独立的静态字符数组字串可供使用。

(10) Java增添了三个右移位运算符“>>>”,具有与“逻辑”右移位运算符类似的功用,可在最末尾插入零值。“>>”则会在移位的同时插入符号位(即“算术”移位)。

(11) 尽管表面上类似,但与C++相比,Java数组采用的是一个颇为不同的结构,并具有独特的行为。有一个只读的length成员,通过它可知道数组有多大。而且一旦超过数组边界,运行期检查会自动丢弃一个异常。所有数组都是在内存“堆”里创建的,我们可将一个数组分配给另一个(只是简单地复制数组句柄)。数组标识符属于第一级对象,它的所有方法通常都适用于其他所有对象。

(12) 对于所有不属于主类型的对象,都只能通过new命令创建。和C++不同,Java没有相应的命令可以“在堆栈上”创建不属于主类型的对象。所有主类型都只能在堆栈上创建,同时不使用new命令。所有主要的类都有自己的“封装(器)”类,所以能够通过new创建等价的、以内存“堆”为基础的对象(主类型数组是一个例外:它们可象C++那样通过集合初始化进行分配,或者使用new)。

(13) Java中不必进行提前声明。若想在定义前使用一个类或方法,只需直接使用它即可——编译器会保证使用恰当的定义。所以和在C++中不同,我们不会碰到任何涉及提前引用的问题。

(14) Java没有预处理机。若想使用另一个库里的类,只需使用import命令,并指定库名即可。不存在类似于预处理机的宏。

(15) Java用包代替了命名空间。由于将所有东西都置入一个类,而且由于采用了一种名为“封装”的机制,它能针对类名进行类似于命名空间分解的操作,所以命名的问题不再进入我们的考虑之列。数据包也会在单独一个库名下收集库的组件。我们只需简单地“import”(导入)一个包,剩下的工作会由编译器自动完成。

(16) 被定义成类成员的对象句柄会自动初始化成null。对基本类数据成员的初始化在Java里得到了可靠的保障。若不明确地进行初始化,它们就会得到一个默认值(零或等价的值)。可对它们进行明确的初始化(显式初始化):要么在类内定义它们,要么在构建器中定义。采用的语法比C++的语法更容易理解,而且对于static和非static成员来说都是固定不变的。我们不必从外部定义static成员的存储方式,这和C++是不同的。

(17) 在Java里,没有象C和C++那样的指针。用new创建一个对象的时候,会获得一个引用(本书一直将其称作“句柄”)。例如: String s = new String("howdy");

然而,C++引用在创建时必须进行初始化,而且不可重定义到一个不同的位置。但Java引用并不一定局限于创建时的位置。它们可根据情况任意定义,这便消除了对指针的部分需求。在C和C++里大量采用指针的另一个原因是为了能指向任意一个内存位置(这同时会使它们变得不安全,也是Java不提供这一支持的原因)。指针通常被看作在基本变量数组中四处移动的一种有效手段。Java允许我们以更安全的形式达到相同的目标。解决指针问题的终极方法是“固有方法”(已在附录A讨论)。将指针传递给方法时,通常不会带来太大的问题,因为此时没有全局函数,只有类。而且我们可传递对对象的引用。Java语言最开始声称自己“完全不采用指针!”但随着许多程序员都质问没有指针如何工作?于是后来又声明“采用受到限制的指针”。大家可自行判断它是否“真”的是一个指针。但不管在何种情况下,都不存在指针“算术”。

(18) Java提供了与C++类似的“构建器”(Constructor)。如果不自己定义一个,就会获得一个默认构建器。而如果定义了一个非默认的构建器,就不会为我们自动定义默认构建器。这和C++是一样的。注意没有复制构建器,因为所有自变量都是按引用传递的。

(19) Java中没有“破坏器”(Destructor)。变量不存在“作用域”的问题。一个对象的“存在时间”是由对象的存在时间决定的,并非由垃圾收集器决定。有个finalize()方法是每一个类的成员,它在某种程度上类似于C++的“破坏器”。但finalize()是由垃圾收集器调用的,而且只负责释放“资源”(如打开的文件、套接字、端口、URL等等)。如需在一个特定的地点做某样事情,必须创建一个特殊的方法,并调用它,不能依赖finalize()。而在另一方面,C++中的所有对象都会(或者说“应该”)破坏,但并非Java中的所有对象都会被当作“垃圾”收集掉。由于Java不支持破坏器的概念,所以在必要的时候,必须谨慎地创建一个清除方法。而且针对类内的基础类以及成员对象,需要明确调用所有清除方法。

(20) Java具有方法“过载”机制,它的工作原理与C++函数的过载几乎是完全相同的。

(21) Java不支持默认自变量。

(22) Java中没有goto。它采取的无条件跳转机制是“break 标签”或者“continue 标准”,用于跳出当前的多重嵌套循环。

(23) Java采用了一种单根式的分级结构,因此所有对象都是从根类Object统一继承的。而在C++中,我们可在任何地方启动一个新的继承树,所以最后往往看到包含了大量树的“一片森林”。在Java中,我们无论如何都只有一个分级结构。尽管这表面上看似乎造成了限制,但由于我们知道每个对象肯定至少有一个Object接口,所以往往能获得更强大的能力。C++目前似乎是唯一没有强制单根结构的唯一一种OO语言。

(24) Java没有模板或者参数化类型的其他形式。它提供了一系列集合:Vector(向量),Stack(堆栈)以及Hashtable(散列表),用于容纳Object引用。利用这些集合,我们的一系列要求可得到满足。但这些集合并非是为实现象C++“标准模板库”(STL)那样的快速调用而设计的。Java 1.2中的新集合显得更加完整,但仍不具备正宗模板那样的高效率使用手段。

(25) “垃圾收集”意味着在Java中出现内存漏洞的情况会少得多,但也并非完全不可能(若调用一个用于分配存储空间的固有方法,垃圾收集器就不能对其进行跟踪监视)。然而,内存漏洞和资源漏洞多是由于编写不当的finalize()造成的,或是由于在已分配的一个块尾释放一种资源造成的(“破坏器”在此时显得特别方便)。垃圾收集器是在C++基础上的一种极大进步,使许多编程问题消弥于无形之中。但对少数几个垃圾收集器力有不逮的问题,它却是不大适合的。但垃圾收集器的大量优点也使这一处缺点显得微不足道。

(26) Java内建了对多线程的支持。利用一个特殊的Thread类,我们可通过继承创建一个新线程(放弃了run()方法)。若将synchronized(同步)关键字作为方法的一个类型限制符使用,相互排斥现象会在对象这一级发生。在任何给定的时间,只有一个线程能使用一个对象的synchronized方法。在另一方面,一个synchronized方法进入以后,它首先会“锁定”对象,防止其他任何synchronized方法再使用那个对象。只有退出了这个方法,才会将对象“解锁”。在线程之间,我们仍然要负责实现更复杂的同步机制,方法是创建自己的“监视器”类。递归的synchronized方法可以正常运作。若线程的优先等级相同,则时间的“分片”不能得到保证。

(27) 我们不是象C++那样控制声明代码块,而是将访问限定符(public,private和protected)置入每个类成员的定义里。若未规定一个“显式”(明确的)限定符,就会默认为“友好的”(friendly)。这意味着同一个包里的其他元素也可以访问它(相当于它们都成为C++的“friends”——朋友),但不可由包外的任何元素访问。类——以及类内的每个方法——都有一个访问限定符,决定它是否能在文件的外部“可见”。private关键字通常很少在Java中使用,因为与排斥同一个包内其他类的访问相比,“友好的”访问通常更加有用。然而,在多线程的环境中,对private的恰当运用是非常重要的。Java的protected关键字意味着“可由继承者访问,亦可由包内其他元素访问”。注意Java没有与C++的protected关键字等价的元素,后者意味着“只能由继承者访问”(以前可用“private protected”实现这个目的,但这一对关键字的组合已被取消了)。

(28) 嵌套的类。在C++中,对类进行嵌套有助于隐藏名称,并便于代码的组织(但C++的“命名空间”已使名称的隐藏显得多余)。Java的“封装”或“打包”概念等价于C++的命名空间,所以不再是一个问题。Java 1.1引入了“内部类”的概念,它秘密保持指向外部类的一个句柄——创建内部类对象的时候需要用到。这意味着内部类对象也许能访问外部类对象的成员,毋需任何条件——就好象那些成员直接隶属于内部类对象一样。这样便为回调问题提供了一个更优秀的方案——C++是用指向成员的指针解决的。

(29) 由于存在前面介绍的那种内部类,所以Java里没有指向成员的指针。

(30) Java不存在“嵌入”(inline)方法。Java编译器也许会自行决定嵌入一个方法,但我们对此没有更多的控制权力。在Java中,可为一个方法使用final关键字,从而“建议”进行嵌入操作。然而,嵌入函数对于C++的编译器来说也只是一种建议。

(31) Java中的继承具有与C++相同的效果,但采用的语法不同。Java用extends关键字标志从一个基础类的继承,并用super关键字指出准备在基础类中调用的方法,它与我们当前所在的方法具有相同的名字(然而,Java中的super关键字只允许我们访问父类的方法——亦即分级结构的上一级)。通过在C++中设定基础类的作用域,我们可访问位于分级结构较深处的方法。亦可用super关键字调用基础类构建器。正如早先指出的那样,所有类最终都会从Object里自动继承。和C++不同,不存在明确的构建器初始化列表。但编译器会强迫我们在构建器主体的开头进行全部的基础类初始化,而且不允许我们在主体的后面部分进行这一工作。通过组合运用自动初始化以及来自未初始化对象句柄的异常,成员的初始化可得到有效的保证。

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中的继承不会改变基础类成员的保护级别。我们不能在Java中指定public,private或者protected继承,这一点与C++是相同的。此外,在衍生类中的优先方法不能减少对基础类方法的访问。例如,假设一个成员在基础类中属于public,而我们用另一个方法代替了它,那么用于替换的方法也必须属于public(编译器会自动检查)。

(33) Java提供了一个interface关键字,它的作用是创建抽象基础类的一个等价物。在其中填充抽象方法,且没有数据成员。这样一来,对于仅仅设计成一个接口的东西,以及对于用extends关键字在现有功能基础上的扩展,两者之间便产生了一个明显的差异。不值得用abstract关键字产生一种类似的效果,因为我们不能创建属于那个类的一个对象。一个abstract(抽象)类可包含抽象方法(尽管并不要求在它里面包含什么东西),但它也能包含用于具体实现的代码。因此,它被限制成一个单一的继承。通过与接口联合使用,这一方案避免了对类似于C++虚拟基础类那样的一些机制的需要。

为创建可进行“例示”(即创建一个实例)的一个interface(接口)的版本,需使用implements关键字。它的语法类似于继承的语法,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");
  }
}

(34) Java中没有virtual关键字,因为所有非static方法都肯定会用到动态绑定。在Java中,程序员不必自行决定是否使用动态绑定。C++之所以采用了virtual,是由于我们对性能进行调整的时候,可通过将其省略,从而获得执行效率的少量提升(或者换句话说:“如果不用,就没必要为它付出代价”)。virtual经常会造成一定程度的混淆,而且获得令人不快的结果。final关键字为性能的调整规定了一些范围——它向编译器指出这种方法不能被取代,所以它的范围可能被静态约束(而且成为嵌入状态,所以使用C++非virtual调用的等价方式)。这些优化工作是由编译器完成的。

(35) Java不提供多重继承机制(MI),至少不象C++那样做。与protected类似,MI表面上是一个很不错的主意,但只有真正面对一个特定的设计问题时,才知道自己需要它。由于Java使用的是“单根”分级结构,所以只有在极少的场合才需要用到MI。interface关键字会帮助我们自动完成多个接口的合并工作。

(36) 运行期的类型标识功能与C++极为相似。例如,为获得与句柄X有关的信息,可使用下述代码:

X.getClass().getName();

为进行一个“类型安全”的紧缩造型,可使用:

derived d = (derived)base;

这与旧式风格的C造型是一样的。编译器会自动调用动态造型机制,不要求使用额外的语法。尽管它并不象C++的“new casts”那样具有易于定位造型的优点,但Java会检查使用情况,并丢弃那些“异常”,所以它不会象C++那样允许坏造型的存在。

(37) Java采取了不同的异常控制机制,因为此时已经不存在构建器。可添加一个finally从句,强制执行特定的语句,以便进行必要的清除工作。Java中的所有异常都是从基础类Throwable里继承而来的,所以可确保我们得到的是一个通用接口。

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
  }
}

(38) Java的异常规范比C++的出色得多。丢弃一个错误的异常后,不是象C++那样在运行期间调用一个函数,Java异常规范是在编译期间检查并执行的。除此以外,被取代的方法必须遵守那一方法的基础类版本的异常规范:它们可丢弃指定的异常或者从那些异常衍生出来的其他异常。这样一来,我们最终得到的是更为“健壮”的异常控制代码。

(39) Java具有方法过载的能力,但不允许运算符过载。String类不能用+和+=运算符连接不同的字串,而且String表达式使用自动的类型转换,但那是一种特殊的内建情况。

(40) 通过事先的约定,C++中经常出现的const问题在Java里已得到了控制。我们只能传递指向对象的句柄,本地副本永远不会为我们自动生成。若希望使用类似C++按值传递那样的技术,可调用clone(),生成自变量的一个本地副本(尽管clone()的设计依然尚显粗糙——参见第12章)。根本不存在被自动调用的副本构建器。为创建一个编译期的常数值,可象下面这样编码:

static final int SIZE = 255
static final int BSIZE = 8 * SIZE

(41) 由于安全方面的原因,“应用程序”的编程与“程序片”的编程之间存在着显著的差异。一个最明显的问题是程序片不允许我们进行磁盘的写操作,因为这样做会造成从远程站点下载的、不明来历的程序可能胡乱改写我们的磁盘。随着Java 1.1对数字签名技术的引用,这一情况已有所改观。根据数字签名,我们可确切知道一个程序片的全部作者,并验证他们是否已获得授权。Java 1.2会进一步增强程序片的能力。

(42) 由于Java在某些场合可能显得限制太多,所以有时不愿用它执行象直接访问硬件这样的重要任务。Java解决这个问题的方案是“固有方法”,允许我们调用由其他语言写成的函数(目前只支持C和C++)。这样一来,我们就肯定能够解决与平台有关的问题(采用一种不可移植的形式,但那些代码随后会被隔离起来)。程序片不能调用固有方法,只有应用程序才可以。

(43) Java提供对注释文档的内建支持,所以源码文件也可以包含它们自己的文档。通过一个单独的程序,这些文档信息可以提取出来,并重新格式化成HTML。这无疑是文档管理及应用的极大进步。

(44) Java包含了一些标准库,用于完成特定的任务。C++则依靠一些非标准的、由其他厂商提供的库。这些任务包括(或不久就要包括):

■连网

■数据库连接(通过JDBC)

■多线程

■分布式对象(通过RMI和CORBA)

■压缩

■商贸

由于这些库简单易用,而且非常标准,所以能极大加快应用程序的开发速度。

(45) Java 1.1包含了Java Beans标准,后者可创建在可视编程环境中使用的组件。由于遵守同样的标准,所以可视组件能够在所有厂商的开发环境中使用。由于我们并不依赖一家厂商的方案进行可视组件的设计,所以组件的选择余地会加大,并可提高组件的效能。除此之外,Java Beans的设计非常简单,便于程序员理解;而那些由不同的厂商开发的专用组件框架则要求进行更深入的学习。

(46) 若访问Java句柄失败,就会丢弃一次异常。这种丢弃测试并不一定要正好在使用一个句柄之前进行。根据Java的设计规范,只是说异常必须以某种形式丢弃。许多C++运行期系统也能丢弃那些由于指针错误造成的异常。

(47) Java通常显得更为健壮,为此采取的手段如下:

■对象句柄初始化成null(一个关键字)

■句柄肯定会得到检查,并在出错时丢弃异常

■所有数组访问都会得到检查,及时发现边界违例情况

■自动垃圾收集,防止出现内存漏洞

■明确、“傻瓜式”的异常控制机制

■为多线程提供了简单的语言支持

■对网络程序片进行字节码校验

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