从C/C++到Java (1) 基本概念

1 说明

本系列文章默认读者对C/C++比较熟悉,对面向对象编程也有一定的经验,而后转向使用Java。本文重点对遇到的相关或相似点,与C/C++进行比较,避免后续长期受到C/C++的一些概念影响引起混淆。本文不会对Java语言、语法方面进行讲述。

2 一些概念

这里讲解方法继承等概念,以及基本数据类型与C++的区别。

2.1 类与方法(Class and Method)

就像UNIX宣称一切都是文件一样,Java宣称一切都是对象

wanfaguiyi.jpg

类是Java的最基本构成单元,与C++不同的是:

  • 一个C++程序可以不定义任何类,而Java程序至少要有一个类
  • C++的全局变量和函数(方法)可以独立于类之外,Java则不可以,每个变量和方法总要归属于某一个类
  • Java不象C++那样把类的定义与实现分别放在.h和.cpp文件中,而是写在同一个.java文件中。
  • Java中不存在友元这样的概念

Java的方法与C++的类成员方法相似,也区分静态方法与非静态方法,方法也支持重载。但不同的是,Java的方法不可以有默认参数

2.2 包 (package)

Java的包有点如C++的namespace,用来划分命名空间。不过Java包同时对应于源码目录组织方式。这样一来,package就将逻辑名称管理与源代码目录管理统一起来了。后来的语言,如C#, python, Go都采用这样的包管理方式。

2.3 接口、继承与多态

C++支持多重继承,Java的一个类只可以有一个基类。但是,Java引用接口(interface)的概念,接口可以看成是C++中一种特殊的抽象类,所有的方法都是纯虚函数,没有任何非静态成员变量。

在C++中,期望达到多态目的的方法,要在基类中定义为虚函数,而在Java中没有虚函数的概念,因为全都是虚函数,全部都是晚绑定。

Java中也没有C++里的虚拟继承、私有继承和保护继承这些难以理解的概念。

2.4 基本数据类型

如C/C++一样,Java也内置基本数据类型:

逻辑类型:boolean
整数类型:byte, short, int, long
浮点类型:float, double
字符类型:char

值得注意的地方有:

  • 这些内置基本数据类型都是定长的,与硬件平台、操作系统无关,由JVM自行屏蔽。
  • 整数类型全部都是有符号的,不存在无符号数
  • char类型与 C/C++中的char完全不同,它是占两个字节,其存储的数据是对应字符的unicode数值。

2.5 弱化后的指针——引用

指针是C/C++爱好者的神兵利器,也让更多的人有如在荆棘中裸奔。实是一把双刃剑!


kuihuabaodian.jpg

在C/C++中,其实我们并不害怕空指针,害怕的是“野指针”。

  • 一个指针忘记赋初始了,那是一个天然的野指针
  • 对一个合法指针做加、减运算,不小心过界了,飞到别的内存区域里了
  • 保存指针自身的内存空间被释放了,指针的值被别人覆盖写了,谁也不知道指向哪儿去了
  • 指针指向的空间(对象)是在栈中分配的,已经被释放了
  • ……

为此,java的引用相对于C/C++的指针有很多限制来防止这些问题:

  • 如果一个引用未初始化,是编译不过的;类的成员引用变量自动初始化为空指针null
  • 引用类型强制转换,运行时会自动进行类型匹配,如果不能转化,会抛出运行时异常
  • 引用不能进行加、减运算
  • 引用只能指向对象类型,而不能指针内置基本数据类型
  • 对象只能从堆里new出来,不存在栈内对象,由GC负责管理对象的回收,如果你还持有引用,这个对象不会被释放

2.6 强化后的数组

在C/C++中的数组,实际上是其地址对程序员可见的一块连续内存,操作越界那是分分钟的事。

guojienannv.jpg

就像Java宣称的那样,数组其实也是一个对象,你不再能直接看到内存,只能老老实实的通过对象接口来访问数组,当你试图访问越界,会直接抛出运行时异常,因此Java里实不会有《过界男女》。

2.7 C/C++的const VS. Java的final

chuxinbubian.jpg

Java中的final关键字与C/C++的const部分意思一样,但部分意思又不一样,我列举一下大概使用场景如下:

  • 修饰一个简单变量,这种场景与C/C++中的const意义是一样的。比如下面的代码表示变量a的值不可改变,也就是常量。
final int a = 5;
  • 修饰一个引用,与C/C++中const修饰指针之一意义相同,在C/C++中,const与指针的位置关系有下面三种:
int a = 5;
const int *p = &a;  // (1)
int const *p = &a;  // (2)
int * const p = &a; // (3)

其中(1)与(2)是相同的,但与(3)不同,而java中final修饰引用的方式是:

final Object o = new Object();

相当于C/C++中的第(3)种const用法,也就是o不能改变,不能指向其它对象了。

  • 修饰一个函数,这个与C/C++的const修饰函数完全不同。
    Java中没有函数是孤立于类之外的,而final能修饰的只能是非静态static函数,意思是此函数不能被子类覆盖override

  • 修饰一个类,表示这个类不能被继承extends

2.8 Java之泛型

Java的泛型相对于C++的泛型很很大的差别,或者说弱小一些。在Java1.5以前,是没有泛型的,设计上或者认为不需要。Java所有的类都有共同的祖先Object,那时的容器是这样设计与使用的,比如在使用List与ArrayList时:

List strs = new ArrayList();
strs.add("hello");
strs.add("world");
...
...
String first = (String)strs.get(0);
...

这个容器List是设计成存放Object类的对象的,而由于其它类都是Object类的子类,所以也可以放入此容器。但在获取容器中的元素就有一点麻烦了,要么在编程上有约定,里面放入的肯定是期望的类型String,要么就要运行时识别,比较麻烦,如下面的代码:

Object o = strs.get(0);
if (o instanceof String)
{
    String first = (String)o;
    // 正常处理
}
else
{
    // 异常处理
}

其实在编程过程中,向下类型转化是比较不好的一种方式。在Java1.5引用泛型之后,其实也仅仅是解决了这个问题。
有了泛型之后,上面的程序就可以写成这样:

List<String> strs = new ArrayList<String>();
strs.add("hello");
strs.add("world");
...
...
String first = strs.get(0);
...

上面代码中的strsList<String>类型的,如果向里面addString类型的对象,会有编译错误,后面在读取其中的元素时,就不必强转,也不必判断类型,肯定是String,因为编译检查来保证了。
但是在运行时,泛型是被擦除了的,运行时strs只能判断出自己是一个ListArrayListString没有半毛钱的关系。

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