问题

C# 和 Java 哪个更像 C++?

回答
要说 C 和 Java 哪个更接近 C++,这其实是一个很有意思的问题,因为它们都是在 C++ 的基础上发展起来的,但又各自走了不同的路。不能简单地说谁“更像”,而是说它们在哪些方面更像,又在哪些方面走得更远。

先想想 C++,它的核心特点是什么?

底层控制力强: C++ 允许你直接操作内存,管理指针,这给了开发者极大的自由度,但也意味着更高的风险。
性能至上: C++ 的设计目标之一就是高性能,接近硬件的抽象,使得它在游戏开发、系统编程、高性能计算等领域依然无可替代。
多重继承: C++ 支持一个类继承自多个基类,这提供了一种灵活的代码组织方式,但也可能带来“菱形继承”等复杂性问题。
RAII (Resource Acquisition Is Initialization): C++ 强调通过对象的生命周期来管理资源(内存、文件句柄等),这是一种非常优雅且安全的资源管理模式,配合析构函数,可以有效地避免资源泄漏。
模板元编程: C++ 的模板非常强大,可以实现编译时的代码生成和优化,是其高性能和灵活性的一大来源。
编译型语言: C++ 代码需要编译成机器码才能运行。

现在我们来看看 C 和 Java,它们各自是怎么吸收 C++ 的精华,又怎么做出自己的调整的。

Java 的“C++”之路:

Java 在诞生之初,很大程度上是为了解决 C++ 在某些方面的“痛点”,尤其是内存管理和平台无关性。

“没有指针”的模仿: Java 引入了“引用”的概念,它看起来很像 C++ 的指针,但在语法和语义上做了很多限制。你不能对 Java 引用进行指针运算,也不能直接访问任意内存地址。这种设计是为了简化内存管理,避免 C++ 中常见的野指针、内存泄漏等问题,通过垃圾回收(GC)来自动化内存管理。从这个角度看,Java 确实是在“弱化”C++ 的底层控制力,但保留了“像指针一样”的使用方式,只是更安全、更受约束。
单继承,接口实现: Java 放弃了 C++ 的多重继承,只允许单继承,但可以通过实现多个接口来达到类似多重继承的灵活性。这是为了避免多重继承带来的复杂性,特别是菱形继承问题。这种设计比 C++ 的多重继承在某些情况下更容易理解和管理。
垃圾回收: 这是 Java 和 C++ 最显著的区别之一。Java 依赖 GC 来管理内存,开发者无需手动 `delete` 对象。这大大降低了内存相关的错误,但也可能带来 GC 暂停的性能开销。C++ 的 RAII 机制则是一种主动的、确定性的资源管理,而 Java 的 GC 是被动的、不确定性的。
抽象类和接口: Java 大量使用抽象类和接口,这在 C++ 中也有,但 Java 更倾向于将它们作为面向对象设计的主要工具。
强类型检查: Java 和 C++ 都是强类型语言,都需要在编译时检查类型。
解释执行(早期)/JIT 编译: Java 最初是先编译成字节码,然后在 JVM 上解释执行。后来随着 JIT 编译技术的发展,Java 的性能已经非常接近原生代码。从编译这一环节来说,Java 的编译产物(字节码)与 C++ 的机器码有本质区别。

C 的“C++”之路:

C 在设计时,很大程度上是受到了 Java 的影响,但同时也希望能弥补 Java 在某些方面的不足,甚至从 C++ 中汲取更多灵感。

更接近 C++ 的底层特性(部分):
`unsafe` 代码块和指针: C 允许在 `unsafe` 上下文中直接使用指针,并且可以进行指针运算。这使得 C 在需要高性能、底层访问(例如与 C/C++ 库交互、实现高性能算法)时,能够做到更接近 C++ 的程度。这是 Java 所不具备的。
值类型(Struct): C 引入了 `struct`(值类型),它们可以直接在栈上分配,或者作为类(引用类型)的成员内嵌,其行为更接近 C++ 的对象(而不是 Java 中一切皆对象)。这对于性能敏感的场景非常有帮助,减少了 GC 的压力和对象创建的开销。
`IDisposable` 和 `using` 语句: C 的 `IDisposable` 接口和 `using` 语句,是 RAII 模式的一种变体。通过 `using` 语句,可以确保 `Dispose()` 方法被正确调用,从而释放托管资源(如文件句柄、数据库连接等)。这在一定程度上模拟了 C++ 析构函数的作用,提供了确定性的资源管理。
多重继承(接口): 和 Java 一样,C 也放弃了 C++ 的类多重继承,但允许类实现多个接口。
LINQ (Language Integrated Query): C 引入了 LINQ,这是一种非常强大的声明式查询语言,可以直接在 C 代码中查询各种数据源,包括集合、数据库等。虽然这与 C++ 的模板元编程不同,但都是在语言层面提供强大的抽象和代码生成能力,目标都是为了提高开发效率和代码表达力。
属性(Properties): C 的属性(`get; set;`)提供了一种比 Java getter/setter 方法更简洁、更像 C++ 成员访问的语法糖。
事件(Events): C 的事件机制为观察者模式提供了一流的支持,比 Java 的方式更方便。
装箱/拆箱: C 在值类型和引用类型之间的转换(装箱/拆箱)可能会带来性能开销,这一点倒是和 Java 中基本类型与包装类之间的转换有些相似。
垃圾回收: C 同样有垃圾回收机制,但其 GC 实现(如 .NET Core 中的 GC)在很多方面比 Java 更先进,例如分代 GC、增量 GC 等。

总结一下,谁更像 C++?

如果仅仅从 语法和概念的相似性 来看,Java 和 C 在很多基础的面向对象特性上(如类、对象、封装、多态、继承)都与 C++ 相似,因为它们都是受 C++ 影响的。

但如果从 允许的底层控制能力和设计哲学 来看,C 在某些方面比 Java 更接近 C++。

C 的 `unsafe` 代码和指针 直接提供了 C++ 中最核心的底层操作能力,这是 Java 所完全屏蔽的。
C 的值类型(`struct`) 在内存布局和生命周期管理上,比 Java 的一切皆对象的模式更接近 C++ 的栈上对象。
C 的 `IDisposable` 和 `using` 提供了比 Java 更接近 C++ RAII 的确定性资源管理能力。

Java 走的更像是 “安全、简单、跨平台” 的路线,它选择了牺牲一部分 C++ 的底层控制力,换来更高的开发效率和更少的内存错误。而 C 则是在这个基础上,尝试着 “兼顾效率与安全”,通过一些特殊的语法和设计,允许开发者在必要时“回归”到更接近 C++ 的底层控制,同时保持了绝大多数情况下的便捷和安全。

所以,如果你看到一个 C 开发者在 `unsafe` 块里写指针运算,那他在做的很多事情,在 C++ 里是常态。而 Java 开发者则完全不需要考虑这些。从这个意义上说,C 在“像”C++ 的一些关键特性上,表现得更明显。

网友意见

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C# 有无符号整数,Java 呵呵。

C# 有运算符重载,Java 呵呵。

C# 支持传引用(ref),Java 呵呵。

C# 能把对象放栈上(struct),Java 呵呵。

C# 的类型参数可以是基本类型,Java 呵呵。

C# 可以定义类型别名(using a = b),Java 呵呵。

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可以很明确地说 C# 更像 C++,而且是设计之初就这么干的。

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C#。

C#有unsafe特性,你想操作非托管内存和直接使用指针,打开unsafe开关即可。在非unsafe环境下,C#依然可以通过一些类和函数操作指针。而Java没有任何显式指针支持。

C#可以定义struct。Java不能。

C#提供了P/Invoke,要调用平台API很容易,Java还需要用其他语言加上JNI写个中间调用和类型转换。

C#提供了更丰富的基本类型 (unsigned),Java没有。

C#也拥有条件编译语句(预处理),Java没有。

C# 的 .NET Core,Mono等多平台运行时。且 .NET 即将支持的Web Assembly (之前有把LLVM语言转换成Web运行的工具集)。

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