[心得] C++ 與C 的特性及區別- 精華區C_and_CPP

其他主流語言與C/C++ 的差異在討論C++ 和C 的區別之前，或許先 ... 實際上，C/C++ 與Java, C# 等最大的分別，並不是體現在虛擬機器的觀念或作法上，而 ... 批踢踢實業坊 › 精華區betaC_and_CPP 關於我們 聯絡資訊 返回上層 作者cppOrz(cppOrz)看板C_and_CPP標題[心得]C++與C的特性及區別時間SatAug2701:55:272005 無聊寫的，適合晚上睡不著的人催眠用。

保證對學習沒幫助，對了解C++ 是什麼，有一定的混淆作用；大家沒事看看就好，不用在意。

◎貓抓老鼠－－沒有適合所有人的編程語言 常常見到許多人在問「我應該學習什麼語言？」。

類似這樣的問題，與 其說是「見仁見智」，不如說是「貓抓老鼠」。

俗話說：「會抓老鼠的 貓，就是好貓。

」對使用者而言，究竟何種編程語言是最合適的，端視 其個人的需求及能力。

要是始終拿不住耗子，這隻貓就算再名貴，再漂 亮，也沒什麼意義。

當然，反過來說，如果學不好某種語言，也不必太過灰心，這或許表示 您應該嘗試著轉往另外一片更適合自己的天空發展（另一片天空，可能 是換養另一隻貓，也可能是換抓不同的老鼠，甚至可能是不抓老鼠改行 養老鼠）。

但千萬莫要因自己的挫折經驗，就拼命攻擊抵毀它，尤其是 當「這隻貓」早已經被整個地球上業界頂尖的高手，和無數職業編程人 員及業餘玩家，證明了「它絕對是個好樣的」，實用價值無可取代時， 那些私心的言論，只不過暴露了批評者本身的偏狹。

◎其他主流語言與C/C++的差異 在討論C++和C的區別之前，或許先從「旁觀」者的角度，看看它們 「相同」或「相似」的部份。

此處主要的參照體是選擇一般通用型的編 程語言。

一、實際運作的觀點 首先，從實際運作的觀點，C及C++都是循傳統的方式，透過編譯器 和連結器，直接產生原生的機器碼（MachineCode或NativeCode） ，而新一代的編程語言，有很多（例如Java,C#等）是先透過翻譯轉 成bytecode，然後再由虛擬機器（VirtualMachine）來執行。

雖然很多人認為Java、C#等語言依賴虛擬機器執行的方式，效率不佳 ，不過客觀的說，其實這種技術在某種意味上是比較先進的觀念，它最 重要的優勢顯示在移植性方面。

至於效率的問題多半出在各平台間的差 異太大，而實作技術則顯然尚未完全成熟。

（但這是可以克服的） 可能已經有人開始著急了。

「照這樣說，C/C++不是落伍了嗎？」其實 並沒有。

本質上來看，兩者是一樣的。

因為大可以把C++Complier當 成虛擬機，只是它不是由一家公司或少數特定人士所規範的，而且絕大 多數的平台（機器和作業系統）上，都是支持C/C++的。

而像J2SE, .NET這些架構則是Sun或MS所制定的。

（甚至可以這樣認為：C/C++的虛擬機器是很多不同廠商、組織各自實 作的，只是它們儘量遵循ISOANSIC/C++的標準，而JVM又或CLI 這些東西，雖說也是開放的，但實則操縱在Sun和MS手中。

） 實際上，C/C++與Java,C#等最大的分別，並不是體現在虛擬機器的 觀念或作法上，而是體現在應用層面。

光學會C/C++語言，甚至它們 的標準程式庫後，通常幹不了什麼有用的事。

一個C/C++程式人員， 至少得熟悉一種GUI框架、一種IPC框架及一種Database框架，才 大致可以說能處理大部份的應用問題。

當然，不是說用Java,C#就不必學會這些東西，只是這些功能有很多 都已經成為該語言（框架）標準的一部份，在學習語言的時候，通常就 會順便學到應用的架構。

但在C/C++中，所謂的「標準程式庫」，卻 只規範了最最基本的I/O，檔案處理，和常用的基礎演算法等等，其他 都必須仰賴第三方或特定廠商的程式庫的支援，而這些東西則沒有所謂 的標準，又常常受限於特定的平台環境，在取捨上比較不易。

二、型別系統的觀點 C/C++語言都是採用傳統的靜態型別系統（statictypesystem），而 許多新語言，為了便利物件導向特性的運作，是採用基於單根繼承的泛 化型別系統，例如ObjectPascal,Java,C#都是如此。

靜態型別系統的特性，就是不強制改變使用者自訂型別（UDT:User- definedType）的記憶體佈局，並且允許在stack中配置UDT變量（ 也就是「物件」，但由於在C語言中，沒有真正物件導向的觀念，因 此以「變量」來指稱）。

此外，在靜態型別系統中，「型別」和「變量 」之間，是壁壘分明的，你無法在編譯期產生變量，也不可能在執行期 產生新的「型別」。

相對的，基於單根繼承的泛化型別系統，例如在Delphi的VCL架構中 ，所有的VCL元件，都繼承自TObject，這就使得某些特殊的功能，例 如以ClassName取得物件的實際型別資訊，就很容易實現。

Java和C# 等也都是如此。

某些語言甚至內建MetaClass的特性，型別本身也可以 當作變量，在執行期建立新的、或修改既有的型別，這些都是根源於泛 化型別系統的基礎。

相形之下，在靜態型別系統中，很多特殊的功能， 語言本身不直接支持，就必須自己去實現，或仰賴函式庫。

當然，靜態型別系統的最大優勢，就是執行期的效率。

這也就是C/C++ 的「零成本」原則：「使用者不該為他沒有用到的功能，付出執行期的 效率代價」。

因為不是每一件事情都得靠泛化型別系統的多態性來解決 ，並且解決的辦法也不應該只有一種（該語言所限制住的那一種）。

三、哲學的觀點 簡單的說，C/C++的設計哲學是把程式人員視為「成人」。

它認為程式 人員知道自己在幹什麼，而不是把程式人員當成「小孩」甚至「犯人」 ，需要特別的保護，甚至預設程式人員一定會犯某種錯誤，所以它儘量 給予最大的自由及彈性，而不是強迫的限制或規範。

例如，包括內建型別，使用者自訂型別，和指標在內，它不強迫你一定 要將變量（物件、陣列或指標）初始化，不強迫你檢查陣列的範圍，不 強迫指標一定要指向合法的位址，它甚至允許你在各型別之間任意轉換。

又例如，C/C++它並不內建垃圾回收器（GC:GarbageCollection）， 它認為唯有程式人員自己，才能決定何時方是歸還動態申請記憶體的最 適當時機，而不會在背後監視著一舉一動，幫忙收破爛。

當然，如果只是因為「自由」和「彈性」，而要付出高昂的管理和維護 的代價，那是不值得的。

C/C++相對於其他語言，顯得較為「寬鬆」， 主要還是基於效率方面的考量。

很多基於物件導向特性的新語言，雖然 增加了安全和提供某些狀況下的便利性，然而一旦面對陌生或特異的問 題，既有的工具和規範，無法直接套用時，過多的限制或「預設立場」 ，就很可能反變成了累贅。

從這個角度，也可以說，C/C++（其實主要指C++）並不認為存在著某 種最完善的方案，可以解決所有「應用層次」的問題，因此並不在語言 層次去規範這些問題應該怎麼解決，而是把解決方案交給應用層（程式 庫）去負責。

語言本身只提供各種抽象的設計機制（介面），讓程式庫 的使用能儘量與語言系統的風格一致。

◎偉大的C語言 就筆者個人的認知，C絕對稱得上是一個偉大的語言。

它最偉大之處， 在於語言本身，良好地對映了VonNeumann所提出的現代計算機的模 型（主要是：二進位制、序列執行，以及將程式與資料都儲存在機器裏 ）。

C語言的指標（pointer），對記憶體操縱的簡潔、自由、及靈活 性，就充份體現了這一特色。

透過C語言，使用者可以較為直覺地運 用抽象的數學觀念，來編寫程式，而不必直接面對晦澀的機器指令。

由於與機器模型之間的高度映射關係，以及語言本身的精鍊，相較於機 器語言，C除了具備高度的移植性，在效能方面的表現也相當突出，大 部份的情況下，幾乎不遜於機器語言多少。

很多大型的系統，除了少部 份的核心代碼使用機器語言之外，絕大部份都是以C語言編寫的。

以現在的眼光，雖然C語言不是大多數應用領域的首選（當然，還是 有不少領域是非常preferC語言的），但透過C語言的學習，對於 理解程式在機器中實際的運作情形，有莫大的幫助，也可以說是理解程 式的基礎。

任何人若想成為編程高手，精通C語言，可以說是起碼的 條件。

在整個資訊科學領域中，C語言更是佔有極其關鍵、無法磨滅的 歷史性地位。

◎從C到C++ 雖然其實筆者是很想下「偉大的C++」這樣的標題，但實際上如果不是 承襲了C語言的精髓，C++是不可能有今天的成就的。

另一方面，C++ 的某些不盡人意之處（例如語法的過於複雜），也是因為承襲了C語 言的特點才造成的。

究竟C++和C有什麼不同呢？本來，在ANSIC99的標準以前（C89） ，C++至少有95%甚至可以說99%是兼容於C語言的，因此可以說 C語言是C++的一個子集。

但在C99之後，某些C語言新的特性， 特別是動態長度的Array，使得這種大體上的兼容性被破壞了，也就是 說，把C當成C++的子集，這樣的說法可能要有所保留了。

如果將來 ，C和C++再度出現某些重大的分歧，也不是什麼令人意外的事情。

一、強化「型別安全」－－對型別系統的全面改進 許多涉及語法細節之處就略過了。

在此只提出一個較重要的部份，是關 於C++與C的根本不同之處： int*v=...; void*p=v; int*p2=p;//合法的C程式碼，但在C++中不合法 簡單的說，C++不允許void*隱式轉換為任意型別T的指標。

但在 C語言中，這是合法的。

C++禁止上述操作的理由，是為了強化「型別安全」。

程式中一旦使用 void*，就等於自動放棄了編譯器對型別的自動檢查與核對動作，也就 是放棄了型別安全。

而明知不好，C++仍然支援void*這種用法的原 因，主要是為了兼容於C，但由於void*隱式換為任意型別的T*， 這種用法實在太危險，所以在C++中被禁止了。

理想的C++程式，是不應該出現void*這種用法的。

C++之父B.S. 就曾指出，除了低階程式之外，應該儘量避免使用void*，如果非得 用void*不可，通常代表你的設計出了某些問題。

仔細觀察，C++的每一項基礎設施，都有提升型別安全的意味在其中。

例如： １引入bool型別，避免混淆。

（主要問題在函式overload時） ２鼓勵以0而非自行定義的NULL巨集等代表空指標。

（B.S.大和另 　一位HerbSutter大，在2003年底提出新增加nullptr關鍵字， 　但不曉得C++03是否有通過）。

３引入const，讓「常數性」成為與型別不可分割的一部份，除了提升 　安全，讓編譯器承擔檢核的責任之外，也有助於代碼的優化。

（因此 　後來C語言也跟進採用。

） ４引入const,inline等用法，減少非必要巨集的使用。

（因為展開 　巨集是預處理器的動作，沒有通過編譯器，也就沒有型別安全可言）。

５引入reference機制，簡化指標的語法，並有效減少指標（尤其是 　兩層以上的複雜指標）的使用。

６引入new和delete，取代malloc和free，把動態記憶體配置的 　工作，提升至語言層級，減少強制轉型的使用（另一主要目的是為了 　配合operatoroverloading，提升介面的一致性）。

７引入新的static_cast,const_cast等關鍵字，鼓勵儘量減少強制 　轉型的使用。

８引入function/operatoroverloading機制，讓同名函式及各種運 　算子，可依據不同的操作型別，實現不同的動作。

強調「型別」也是 　函式具名的一部份，達成介面一致性，並使UDT能像內建型別的操 　作一樣自然。

這些每一個小地方，都可以看出C++為了強化「型別安全」，所付出的 用心和努力，雖然除了禁止void*的隱式轉型之外，基本上沒有限制 C++使用者延用舊的C語言的舊式習慣寫法，但筆者認為，了解型別系 統的特性，並隨時意識著「型別安全」，是掌握良好C++編程風格的最 重要觀念。

二、在「思維方法」上的差異 程式語言處理的不外乎資料結構及演算法，STL的發明人也說過：「程 式基於精確的數學。

」前面提過，C語言偉大之處，就是它十分良好地 對映到機器模型，免除了直接使用機器語言的晦澀。

也就是說，C程式人員不必去操心register管理、記憶體定址等等極 度低階的細節問題。

其所思考的，多半像是「我應該用什麼演算法，把 某幾段特定記憶體內的資料取出來，經過怎樣的運算後，再存到特定的 記憶體區段去……。

」這種把運算和存取操作的細部具體動作，轉換為 抽象的數學思考的流程，本質上仍然是非常貼近機器模型的。

而這樣的 風格，不僅反映在C程式碼上，更多半根深蒂固地植入C程式人員的 思維方式內。

隨著資訊科學的發展，愈來愈多的應用問題，需要利用編寫程式來處理 ；人們發現，大部份應用程式所使用的演算法和資料結構，是極為有限 的。

另一方面，編寫程式語言的常用技巧，卻已經累積地相當成熟了， 程式人員需要付出更多心力的，不再是某個典型的演算法或資料結構， 應該如何實現，如何處理；而在於，如何將問題的本身，適當地轉換為 程式語言。

因此，一種讓程式語言能夠以「貼近待解決的問題」的方式來思考，而 不再只是侷現於「貼近機器模型」的思想，就應運而生。

簡單地說，它 就是起源於70年代（甚至更早），在80~90年代開始快速發展，直至 今日，雖不再新鮮，卻仍屬方興未艾的「物件導向」的觀念。

由於物件導向（OO:Object-Orientd）的觀念是如此氾濫，甚至已經上 升到哲學的層次，幾乎沒有一個比較新的語言（80年代以後），不支援 它的特性，所以這裏也就不多介紹了。

只是要指出一點，C++也好，或 其他支援物件導向特性的編程語言也好，它們與C語言最大的分別，並 不在語法或功能的區別上，而是在於看待問題的基本思考方式，也就是 所謂「思維方法」上的差異。

三、multi-paradigm C++和C語言，在觀念上最大的不同之處，就是，C++是支持multi- paradigm的編程語言。

如下面所示，C語言及傳統的Pascal語言， 是所謂procedual-based的編程語言，而Java,C#等較新的語言，則 是object-oriented的編程語言（OOPL）。

至於C++，它實際上是個支援multi-paradigm的編程語言，因為它不 僅保留了C的程序導向的編程，更重要的是它沒有沒有為了要支援OO， 而破壞基於C語言的靜態型別系統，因此它提供的ADT（abstractdata type）機制，與繼承和執行期繫結等OO特性的機制是互相獨立的。

這使 得C++在OO的執行期多型之外，罕有地提供了強大的編譯期多型的機 制，也就是一般稱為「泛型編程」的技術。

procedual-based（eg:C,Pascal...） object-oriented（eg:ObjectiveC,ObjectPascal,Java,C#...） C++:procedual-basedobject-based(ADT) \/\ \/\ \/\ genericobject-oriented(OO) 由上面的簡單示意圖可看出，泛型（generic）的編譯期多型的特性，不 止對應在ADT上，也可以直接對應到程序導向的編程，例如C++標準程 式庫所提供的泛型演算法，就大部份是以函式而不是class來呈現的， 實際上，整個C++StandardLibrary，除了I/O的部份，幾乎完全沒有 用到OO的執行期多型的特性（更多的是ADT和template）。

此外，或許有人會提出，其實Java或C#也是支援generic編程的，是 沒錯，Java也有類似C++的樣板容器的功能，但實際上是用「代換法」 做的，並沒有真正產生新的型別，因此它無法達到C++template那樣可 以有型別客製化（特殊化:specialization），或與其他抽象化機制合作 （例如繼承、甚至遞迴）的多樣化的能力，並不算真正意義上的編譯期多 型。

實際上，Java和C#語言所採行的單根繼承的泛化型別系統，早就先 天限定它們不適合朝編譯期多型的方向發展，它們比較接近純粹的OOPL。

C語言的思考方式偏重於資料運算和記憶體存取的動作，物件導向的思考 方式，則是將問題分解成不同的抽象概念（class），讓使用者專注在概 念與概念間之的關聯，能從一個整體的大的方向，去關注問題，避免過早 陷入細節，見樹而不見林。

同時，良好的設計，是當需求有所改變時，只需要修改、調整部份的模組， 就可以完成工作，不必整體性的翻修，牽一髮而動全身。

這也是物件導向 設計的重要精神，有一個專門的領域DPs（DesignPatterns），它與特 定程式語言無關，就是在研究面對各種問題需求的典型解決方式，現在學 物件導向設計一定會接觸到它。

至於，C++「多思維面向」（multi-paradigm）的特性，又是如何影響編 程的思考方式呢？ 這裏舉個《ModernC++Design》第七章的例子。

SmartPointer的發展 動機，是為了防止直接操作指標所帶來的危險性，但隨著各種不同的需求 ，它的實作細節也就有所不同。

例如：它能不能與其他容器類（例如標準 程式庫中的vector,list等）共用，以及使用的細節如何？是否允許取 得原始指標？是否對各種操作動作進行檢查，如何檢查？甚至，是否支援 多緒程式安全地操作……等等。

如果將各種需求組合都列出清單，再一個一個實作，勢必沒完沒了。

最理 想的方式，是讓程式員自由選擇各種「需求策略」，讓編譯器自動產生相 應的程式碼。

這種設計乍看來是遙不可及的理想，但實際上已經做到了。

這就是Loki函式庫所提供的實作品classtemplateSmartPtr： template < typenameT, templateclassOwnershipPolicy=RefCounted, classConversionPolicy=DisallowConversion, templateclassCheckingPolicy=AssertCheck, templateclassStoragePolicy=DefaultSPStorage > classSmartPtr; 由於牽涉的選擇項目過多，這裏只解釋OwnershipPolicy，也就是實際物 件擁有權的策略，它預設是RefCounted，也就是參用計數的規則。

但也 可以依據需求的不同，選擇其他的擁有權策略，例如：RefCountedMT、 DestructiveCopy、DeepCopy、……等等。

使用方式如下： classUser{...}; typedefSmartPtrUserPtr; 如此，UserPtr就變成類似boost::shared_ptr的作用，可以和 標準容器合作，而實現Java、C#語言常見的功能。

又假如： classManager{...}; typedefSmartPtrManagerPtr; 現在，MangerPtr則和std::auto_ptr一樣，採取所謂「摧毀 式複製」的語義，也就是同時只有一個ManagerPtr可以真正操縱同一份 Manager類型的實體物件。

實際上，SmartPtr的實現牽涉到ADT、多重繼承、編譯期多型等等的特 性，它應用了一種叫policy-based的設計觀念。

這與其他程式語言或是 DPs所標榜的OO的特性，或所謂「良好設計」的最終目的，並沒有不同 ，同樣是將不同的概念獨立分解，再巧妙組合起來。

只不過，在C++中， 除了傳統OO執行期多型的技術之外，還多了強大的編譯期多型的支援， 使得不僅「物件」（資料結構和演算法），可以在執行期被彈性處理，就 連「型別」（概念）的本身，在編譯期，也可以自由的選取整合。

這對程 式碼編寫的簡潔、靈活性和執行效率，都能帶來很大的提升。

-- ※發信站:批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆From:59.120.214.120 推UNARYvvv:推(ps.Delpha應該是Delphi)61.70.137.11708/27 ※編輯:cppOrz來自:59.120.214.120(08/2702:21) 推khoguan:我準備的FAQ題目中有"C與C++的比較",到時就可220.130.208.16808/27 →khoguan:直接將這篇當做答案,然後讓新手看得抖抖抖~~;-Q220.130.208.16808/27 →khoguan:說說笑笑,請不要介意:)本板正需這類深度好文！220.130.208.16808/27 推WalkingIce:正在抖......(抖抖抖)59.104.231.3308/27 →khoguan:今後還請多多發表分享。

220.130.208.16808/27 推lugia0930:借我轉我的BLOG個人版^^謝謝61.64.203.23308/27 推renderer:大推61.228.217.7308/27 推godfat:相當完整:D219.81.149.18908/27 推renderer:值得再推一下61.228.217.7308/27 推laneclement:寫得超好！我之前的大部分疑惑都解開了XD~~219.86.46.21708/27 推gumphank:相當值得推薦的好文，讚！211.21.183.1408/29 推jeunder:寫得很好啊,看到你的精采好文,覺得很幸福:)61.64.150.15108/31