C++與其他語(yǔ)言的比較

1、C+W其他語(yǔ)言的比較在 31 年前 （1979 年 ） ，一名剛獲得博士學(xué)位的研究員，為了開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件項(xiàng)目發(fā)明了一門新編程語(yǔ)言，該研究員名為Bjarne Stroustrup ，該門語(yǔ)言則命名為一"C with classes ,四年后改稱為 C+。C+是一門通用編程語(yǔ)言，支持多種編程范式，包括過(guò)程式、面向?qū)ο螅╫bject-oriented programming, OP）、泛型 （genericprogramming, GP） ，后來(lái)為泛型而設(shè)計(jì)的模版，被發(fā)現(xiàn)及證明是圖靈完備的，因此使C+亦可支持模版元編程范式（template metaprogramming, TMP）。 C+

2、繼承了 C的特色，既為高級(jí)語(yǔ)言，又含低級(jí)語(yǔ)言功能，可同時(shí)作為系統(tǒng)和應(yīng)用編程語(yǔ)言。C+廣泛應(yīng)用在不同領(lǐng)域，使用者以數(shù)百萬(wàn)計(jì)。根據(jù)近十年的調(diào)查，C+的流行程度約穩(wěn)定排行第 3 位 （ 于 C/Java 之后 ） 。 C+ 經(jīng)歷長(zhǎng)期的實(shí)踐和演化，才成為今日的樣貌。1998 年，C+標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)排除萬(wàn)難，使 C+成為ISO標(biāo)準(zhǔn)（俗稱C+98）,當(dāng)中含非常強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)模版庫(kù) （standard template library, STL）。之后委員會(huì)在2005 年提交了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的第一個(gè)技術(shù)報(bào)告（ 簡(jiǎn)稱 TR1） ，并為下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)C+0x 而努力?？上+0x 并不能在200x年完成，各界希望新標(biāo)準(zhǔn)能于20

3、11 年內(nèi)出臺(tái)。流行的C+編譯器中，微軟 Visual C+ 2010 已實(shí)現(xiàn)部分 C+0x語(yǔ)法并加入TR1擴(kuò)充庫(kù)，而 gcc 對(duì) C+0x 語(yǔ)法和庫(kù)的支持比VC2010 更多。2ZcaY。應(yīng)否選擇C+哪些程序適宜使用C+?C+并非萬(wàn)能丹，我按經(jīng)驗(yàn)舉出一些C+的適用時(shí)機(jī)。C+適合構(gòu)造程序中需求較穩(wěn)定的部分，需求變化較大的部分可使用腳本語(yǔ)言；程序須盡量發(fā)揮硬件的最高性能，且性能瓶頸在于CPU 和內(nèi)存；程序須頻繁地與操作系統(tǒng)或硬件溝通；程序必須使用C+ 框架 / 庫(kù)，如大部分游戲引擎（ 如 Unreal/Source） 及中間件（ 如Havok/FMOD）,雖然有些C+庫(kù)提供其他語(yǔ)言的綁定，但通常

4、原生的API性能最好、最新;s6GQb。項(xiàng)目中某個(gè)目標(biāo)平臺(tái)只提供C+編譯器的支持。按應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，C+適用于開(kāi)發(fā)服務(wù)器軟件、桌面應(yīng)用、游戲、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、高性能計(jì)算、嵌入式系統(tǒng)等。使用C+還是C?C+和C的設(shè)計(jì)哲學(xué)并不一樣，兩者取舍不同，所以不同的程序員和軟件項(xiàng)目會(huì)有不同選擇，難以一概而論。與 C+相比，C具備編譯速度快、容易學(xué)習(xí)、顯式描述程序細(xì)節(jié)、較少更新標(biāo)準(zhǔn)（后兩者也可同時(shí)視為缺點(diǎn)）等優(yōu)點(diǎn)。在語(yǔ)言層面上，C+包含絕大部分 C語(yǔ)言的功能（例外之一，C+沒(méi)有C99的變長(zhǎng)數(shù)組 VLA）,且提供OOP和GP的特性。但其實(shí)用 C也可實(shí)現(xiàn)OOP 思想，亦可利用宏去實(shí)現(xiàn)某程度的GP,只不過(guò)C+的語(yǔ)法能較簡(jiǎn)潔

5、、自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)OOP/GP。C+的 RAII（resource acquisition is initialization,資源獲取就是初始化 ）特性比較獨(dú)特，C/C#/Java沒(méi)有相應(yīng)功能?；仡櫄v史，Stroustrup開(kāi)發(fā)的早期C+編譯器Cpre/Cfront 是把 C+源代碼 QRLdp翻譯為C,再用C編譯器編譯的。由此可知，C+編寫(xiě)的程序，都能用等效的C程序代替，但 C+在語(yǔ)言層面上提供了 OOP/GP語(yǔ)法、更嚴(yán)格的類型檢查系 統(tǒng)、大量額外的語(yǔ)言特性(如異常、RTTI等)，并且C+標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也較豐富。有時(shí)候 C+的語(yǔ)法 可使程序更簡(jiǎn)潔，如運(yùn)算符重載、隱式轉(zhuǎn)換。但另一方面， C語(yǔ)言的API通常

6、比C+簡(jiǎn)潔， 能較容易供其他語(yǔ)言程序調(diào)用。因此，一些 C+庫(kù)會(huì)提供C的API封裝，同時(shí)也可供 C程序 調(diào)用。相反，有時(shí)候也會(huì)把C的API封裝成C+形式，以支持 RAII和其他C+庫(kù)整合等。cWXw z為何C+性能可優(yōu)于其他語(yǔ)言？相對(duì)運(yùn)行于虛擬機(jī)語(yǔ)言( 如 C#/Java) ， C/C+ 直接以靜態(tài)形式把源程序編譯為目標(biāo)平臺(tái)的機(jī)器碼。一般而言，C/C+ 程序在編譯及鏈接時(shí)可進(jìn)行的優(yōu)化最豐富，啟動(dòng)時(shí)的速度最快，運(yùn)行時(shí)的額外內(nèi)存開(kāi)銷最少。而C/C+ 相對(duì)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言( 如 Python/Lua) 也減少了運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)類型檢測(cè)。此外，C/C+ 的運(yùn)行行為是確定的，且不會(huì)有額外行為( 例如 C#/Java

7、必然會(huì)初始化變量 ) ，也不會(huì)有如垃圾收集(GC) 而造成的不確定性延遲，而且C/C+ 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的布局也是確定的。有時(shí)C+的一些功能會(huì)使程序性能優(yōu)于C,當(dāng)中以內(nèi)聯(lián)和模版最為突出，這兩項(xiàng)功能使 C+標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的sort()通常比C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的qsort() 快多倍(C可用宏或人手編碼去解決此問(wèn)題) 。另一方面，C/C+ 能直接映射機(jī)器碼，之間沒(méi)有另一層中間語(yǔ)言，因此可以做底層優(yōu)化，例如使用內(nèi)部(intrinsic)函數(shù)和嵌入?yún)R編語(yǔ)言。然而，許多 C+的性能優(yōu)點(diǎn)并非免費(fèi)午餐，代價(jià)包括較長(zhǎng)的編譯鏈接時(shí)間和較易出錯(cuò)，因而增加開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，這點(diǎn)稍后補(bǔ)充。nMiYs。我進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單全局渲染性能測(cè)試(

8、512x512 像素，每像素10000 個(gè)采樣 ) ， C+ 1 小時(shí)36 分、 Java 3 小時(shí) 18 分、 Python 約 18 天、 Ruby 約 351 天。CZRj3。C+常見(jiàn)問(wèn)題C+源代碼跨平臺(tái)嗎？C+有不錯(cuò)的跨平臺(tái)能力，但由于直接映射硬件，因性能優(yōu)化的關(guān)系，跨平臺(tái)能力不及Java及多數(shù)腳本語(yǔ)言。然而，實(shí)踐跨平臺(tái)的C+ 軟件還是可行的，但須注意以下問(wèn)題：0TbF0。C+標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定原始數(shù)據(jù)類型(如int)的大小，需要特定大小的類型時(shí)，可自訂類型(如int32_t) ，同時(shí)對(duì)任何類型使用sizeof() 而不假設(shè)其大?。籯8ZJu。字節(jié)序 (byte order) 按 CPU 有

9、所不同，特別要注意二進(jìn)制輸入輸出、reinterpret_cast法；1bvPQ。原始數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)類型的地址對(duì)齊有差異；編譯器提供的一些編譯器或平臺(tái)專用擴(kuò)充指令；避免作應(yīng)用二進(jìn)制接口(application binary interface, ABI)的假設(shè)，例如調(diào)用函數(shù)時(shí)參數(shù)的取值順序在C/C+中沒(méi)定義，在 C+中也不可隨便假設(shè)RTTI/虛表等實(shí)現(xiàn)方式。r2IYC?？偫ǘ?，跨平臺(tái)C+軟件可在頭文件中用宏檢測(cè)編譯器和平臺(tái)，再用宏、 typedef 、自定平臺(tái)相關(guān)實(shí)現(xiàn)等方法去實(shí)踐跨平臺(tái)，C+ 標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)提供這類幫助。C+程序容易崩潰？和許多語(yǔ)言相比，C/C+ 提供不安全的功能以最優(yōu)化性能，有可能造

10、成崩潰。但要注意，很多運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，如向空指針/ 引用解引用、數(shù)組越界、堆棧溢出等，其他語(yǔ)言也會(huì)報(bào)錯(cuò)或拋出異( 例如程序繼續(xù)把內(nèi)存Chrome 或使用 代替 C 字符串；以 ) ；使用智能指針也常，這些都是程序問(wèn)題，而不是語(yǔ)言本身的問(wèn)題。有些意見(jiàn)認(rèn)為，出現(xiàn)這類運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，應(yīng)該 盡量寫(xiě)入日志并立即崩潰，不該讓程序繼續(xù)運(yùn)行，以免造成更大的影響中錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)覆寫(xiě)文件) 。若要容錯(cuò)，可按業(yè)務(wù)把程序分割為多進(jìn)程，像fork() 的形式。然而，C+ 有許多機(jī)制可以減少錯(cuò)誤，例如以stringvector 或 array(TR1) 代替原始數(shù)組( 有些實(shí)現(xiàn)可在調(diào)試模式檢測(cè)越界能減少一些原始指針的問(wèn)題。另外，我最

11、常遇到的Bug ，就是沒(méi)有初始化成員變量，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致崩潰，而且調(diào)試版和發(fā)行版的行為可能不同。fdLZHC+要手動(dòng)做內(nèi)存管理？C+同時(shí)提供在堆棧上的自動(dòng)局部變量，以及從自由存儲(chǔ)(free store)分配的對(duì)象。對(duì)于后者，程序員需手動(dòng)釋放，或使用不同的容器和智能指針。C+ 程序員經(jīng)常進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)存，自定義內(nèi)存分配策略以提升效能，例如使用對(duì)象池、自定義的單向/ 雙向堆棧區(qū)等。雖然C+0x還沒(méi)加入GC功能，但也可以自行編寫(xiě)或使用現(xiàn)成庫(kù)。此外， C/C+也可以直接使用操作系統(tǒng)提供的內(nèi)存相關(guān)功能，例如內(nèi)存映射文件、共享內(nèi)存等。4Vl37。使用C+常要重造輪子？我曾參與的C+ 項(xiàng)目，都會(huì)重造不少標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)已提

12、供的功能，此情況在其他語(yǔ)言中較少出現(xiàn)。我試圖分析個(gè)中原因。首先，C+標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)相對(duì)很多語(yǔ)言來(lái)說(shuō)是貧乏的，各開(kāi)發(fā)者便會(huì)重復(fù)地制造自訂庫(kù)。從另一個(gè)角度看，C+標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是用C+編寫(xiě)的(很多其他語(yǔ)言不用自身而是用C/C+去編寫(xiě)庫(kù)) ，在能力和性能上，自訂庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)并無(wú)本質(zhì)差別；另外，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)為通用而設(shè)，對(duì)不同平臺(tái)及多種使用需求作取舍，性能上有所影響，例如EA 公司就曾發(fā)表自制的EASTL 規(guī)格，描述游戲開(kāi)發(fā)方面對(duì)STL的性能及功能需求的特點(diǎn)；此外，多個(gè)C+庫(kù)一起使用，經(jīng)常會(huì)因規(guī)范不同而引起沖突，又或功能重疊，所以項(xiàng)目可能須自行開(kāi)發(fā)，或引入其他庫(kù)的概念或?qū)崿F(xiàn) ( 如 Boost/TR1/Loki) ，改寫(xiě)以符合

13、項(xiàng)目規(guī)范。r2wxM。C+編譯速度很慢？錯(cuò)，是非常慢。我認(rèn)為C+可能是實(shí)用程序語(yǔ)言中編譯速度最慢的。此問(wèn)題涉及C+沿用C的編譯鏈接方式，又加入了復(fù)雜的類/ 泛型聲明和內(nèi)聯(lián)機(jī)制，使編譯時(shí)間倍增。在C+ 對(duì)編譯方法改革之前( 如 module 提案 ) ，可使用以下技巧改善：第一，使用pimpl 手 D3tLC。法，因性能損耗應(yīng)用于調(diào)用次數(shù)不多的類；第二，僅包含必要頭文件，并盡量使用及提供前置聲明版本的頭文件( 如 iosfwd) ；第三采用基于接口的設(shè)計(jì)，但須注意虛函數(shù)調(diào)用成本；第四，采用unity build ，即把多個(gè)cpp 文件結(jié)合在一個(gè)編譯單元進(jìn)行編譯；第五，采用分布式生成系統(tǒng)如Incr

14、ediBuild 。 nH3zR。C+缺乏什么功能？雖然C+已經(jīng)非常復(fù)雜，但仍缺少很多常見(jiàn)功能。C+0X作出了不少改善，例如語(yǔ)言方面加入 Lambda 函數(shù)、閉包、類型推導(dǎo)聲明等，而庫(kù)方面則加入正則表達(dá)式、采用哈希表的unordered_set/unordered_map、引用計(jì)數(shù)智能指針shared_ptr/weak_ptr 等。但最值得留點(diǎn)的是 C+0X一弓I入多線程的語(yǔ)法和庫(kù)功能，這是C+武進(jìn)的一大樂(lè)。然而，模組、GC、反射機(jī)制等功能雖有提案，卻未加進(jìn) C+0X。VHIYuC+使用建議為應(yīng)用挑選特性集我同意Stroustrup關(guān)于使用C+各種技術(shù)的回應(yīng)：彳爾可以做，不意味著你必須這么做。

15、(Just because you can do it, doesn't mean that you have to.)”C+充滿豐富的特性，但同時(shí)帶來(lái)不同問(wèn)題，例如過(guò)分復(fù)雜、編譯及運(yùn)行性能的損耗。一般可考慮是否使用多重繼承、異常、RTTI ，并調(diào)節(jié)使用模版及模版元編程的程度。使用過(guò)分復(fù)雜的設(shè)計(jì)和功能，可能會(huì)令部分團(tuán)隊(duì)成員更難理解和維護(hù)。wkAKn。為團(tuán)隊(duì)建立編程規(guī)范C+的編碼自由度很高，容易編寫(xiě)風(fēng)格迥異的代碼，C+本身也沒(méi)有定義一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。而且，C+的源文件物理構(gòu)成，較許多語(yǔ)言復(fù)雜。因此，除了決定特性集，每個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)建立一套 編程規(guī)范，包括源文件格式( 可使用文件模版) 、花

16、括號(hào)風(fēng)格。gsLec。盡量使用C+ 風(fēng)格而非C 風(fēng)格由于C+有對(duì)C兼容的包袱，一些功能可以使用C風(fēng)格實(shí)現(xiàn)，但最好使用C+提供的新功能。最基本的是盡量以具名常量、內(nèi)聯(lián)函數(shù)和泛型取代宏，只把宏用在條件式編譯及特殊情況。舊式的C要求局部變量聲明在作用域開(kāi)端，C+則無(wú)此限制，應(yīng)把變量聲明盡量置于鄰近其使用的地方，for() 的循環(huán)變量聲明可置于for 的括號(hào)內(nèi)。C+ 中能加強(qiáng)類型安全的功能應(yīng)盡量使用，例如避免“ 萬(wàn)能 ” 指針 void * ，而使用個(gè)別或泛型類型；用bool 而非 int 表示布爾值；選用4 種 C+ cast 關(guān)鍵字代替簡(jiǎn)單的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。RRdkH。結(jié)合其他語(yǔ)言如前文所述，C+并非適

17、合所有應(yīng)用情境，有時(shí)可以混合其他語(yǔ)言使用，包括用C+擴(kuò)展其他語(yǔ)言，或在C+ 程序中嵌入腳本語(yǔ)言引擎。對(duì)于后者，除了使用各種腳本語(yǔ)言的專門API ，還可使用 Boost 或 SWIG 作整合。2ee8j。C+學(xué)習(xí)建議C+缺點(diǎn)之一，是相對(duì)許多語(yǔ)言復(fù)雜，而且難學(xué)難精。許多人說(shuō)學(xué)習(xí) C語(yǔ)言只需一本K&RC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言即可，但C+書(shū)籍卻是多不 Y11t9 0勝數(shù)。我是從 C進(jìn)入C+,皆是靠閱讀自學(xué)。在此分享一點(diǎn)學(xué)習(xí)心得。個(gè)人認(rèn)為，學(xué)習(xí) C+可分為4個(gè)層次：第一層次，C+基礎(chǔ)：挑選一本入門書(shū)籍，如C+ Primer、C+大學(xué)教程、或Stroustrup 撰寫(xiě)的經(jīng)典C+程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或他一年半前的新作C+程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐，而一般C+ 課程也止于此，另外C+ 標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)及The C+ StandardLibrary Extensions 可供參考；bFYmc第二層次，正確高效地使用C+:此層次開(kāi)始必須自修，閱讀過(guò) （More）EffectiveC+、 （More）Exceptiona1 C+、 Effective STL 及C+ 編程規(guī)范等，才適宜踏入專業(yè)C+ 開(kāi)發(fā)之路；8Gk8d。第三層次，深入了解 C+:關(guān)于全局問(wèn)題