c++和c语言的区别

发布于：2024-10-08 ⋅ 阅读:(8) ⋅ 点赞:(0)

C++与C语言在语法上的区别

C++和C语言的语法有诸多不同之处。

一、头文件 在C语言中，所有的头文件都带后缀.h，例如stdio.h用于标准输入输出操作。而C++中，标准库中的类和函数是在命名空间std中声明的，C++有系统提供的头文件不带后缀.h，像<iostream>用于输入输出流操作。不过，用户自己编制的头文件可以有后缀.h 。

二、输入/输出函数

  1. C语言

    • C语言使用scanf和printf进行输入输出操作。例如，对于整型变量a和双精度变量b，可以这样输入输出：

    int a; 
double b; 
scanf("%d", &a); 
scanf("%lf", &b); 
printf("a = %d\n", a); 
printf("b = %6.2f\n", b);

    • 其中%d和%f称为格式说明符，\n表示换行，%6.2f中的6表示占六列，.2表示输出对应浮点表达式值时只输出三位小数。

  2. C++语言

    • C++使用cin和cout进行输入输出操作。例如：

    int a = 5; 
float b; 
cin >> b; 
cout << "a = " << a << endl; 
cout << "b = " << b << endl;

    • 这里cout必须要和<<一起使用，用于输出变量的值，cin必须要和>>一起使用，用于给变量赋值，endl表示换行。C++的输入输出流不需要像C语言那样指定格式，相对更方便 。

三、字符串操作

  1. C语言

    • 在C语言中，操作字符串有多种方式。可以用字符数组或者字符串指针来存储字符串，如char a[20] = "changsha";或者char *p = "changsha";。

    • 但是，进行字符串的连接、比较等操作时，需要调用函数执行，例如strcmp函数用于字符串比较、strcat函数用于字符串连接、strcpy函数用于字符串复制、strlen函数用于求字符串长度。

  2. C++语言

    • C++中有字符串类string，使用起来更加方便。例如：

    #include <iostream>
#include <string>
using namespace std; 
int main() {
    string str1 = "Hello"; 
    string str2 = "World"; 
    string str3; 
    int len; 
    // 复制str1到str3
    str3 = str1; 
    cout << "str3 : " << str3 << endl; 
    // 连接str1和str2
    str3 = str1 + str2; 
    cout << "str1 + str2 : " << str3 << endl; 
    // 连接后，str3的总长度
    len = str3.size();  
    cout << "str3.size()  : " << len << endl; 
    return 0; 
}

    • 可以直接使用+进行字符串连接，使用size函数获取字符串长度等，相比C语言操作更简洁直观 。

四、结构体和类

  1. C语言

    • 在C语言中，结构体struct用于组合不同类型的数据。例如：

    struct Student {
    int num; 
    char name[20]; 
    char sex; 
}; 
Student stud1, stud2;

    • 这里结构体struct Student定义了学生的学号、姓名和性别等信息，然后可以定义结构体变量stud1和stud2。并且C语言的结构体中不能有函数。

  2. C++语言

    • C++中保留了结构体，并且对struct进行了进一步的扩展，使struct在C++中可以和class一样当做类使用。例如：

    class Student {
private: 
    int num; 
    char name[20]; 
    char sex; 
public: 
    void display() {
        cout << "num = " << num << endl; 
        cout << "name = " << name << endl; 
        cout << "sex = " << sex << endl; 
    }
}; 
Student stud1, stud2;

    • 这里定义了Student类，包含私有成员变量和公有成员函数。而struct和class不同的地方在于struct的成员默认访问修饰符是public，而class默认的是private 。

五、数据类型

  1. C++语言

    • C++中多了一种布尔型（bool）变量。布尔型变量有两种逻辑状态，包含true和false两个值。在表达式中使用布尔型变量时，如果变量值为真则赋予整型值1，如果为假则赋予整型值0。同时，也可以把一个整型变量转换成布尔型变量，如果整型值为0，则其布尔型值为假；反之如果整型值为非0，则其布尔型值为真。

  2. C语言

    • C语言没有这种专门的布尔型数据类型，在C语言中通常用0表示假，非0表示真 。

六、引用类型（C++特有）

  1. 引用的概念

    • 在C++中增加了引用类型。引用是一个别名，它主要用于扩充函数传递数据功能。例如，int a = 10; int &b = a;，这里b就是a的引用，对b的操作就相当于对a的操作。

  2. 与指针的区别

    • 内存空间：指针有自己的一块空间，而引用只是一个别名。例如，使用sizeof看一个指针的大小是4（在32位系统下），而引用则是被引用对象的大小。

    • 初始化：指针可以被初始化为NULL，而引用必须被初始化且必须是一个已有对象的引用，即不存在空引用。例如int *p = NULL;是合法的指针初始化，但不能有类似int &r;（未初始化的引用）的情况，必须是int c = 5; int &r = c;这样的初始化。

    • 作为参数传递：作为参数传递时，指针需要被解引用才可以对对象进行操作，而直接对引用的修改都会改变引用所指向的对象。例如：

    void changeValueByPointer(int *p) {
    *p = 100; 
}
void changeValueByReference(int &r) {
    r = 200; 
}
int main() {
    int num = 50; 
    int *p = &num; 
    int &r = num; 
    changeValueByPointer(p); 
    cout << "After pointer change: " << num << endl; 
    changeValueByReference(r); 
    cout << "After reference change: " << num << endl; 
    return 0; 
}

    • 多级引用与指针：指针可以有多级指针（**p），而引用只有一级。例如可以有int **pp;这样的二级指针，但不能有类似int &&rr;（多级引用是不允许的）的情况。

    • const修饰：可以有const指针，但是没有const引用（这里的没有是指概念上的不同，const引用的本质是对const对象的引用，与const指针有区别）。例如const int *p = &num;是合法的const指针，而const int &r = num;表示r是对num这个const对象的引用。一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象，指针可以在任何时候指向到另一个对象。并且引用必须在创建时被初始化，指针可以在任何时间被初始化 。

C++与C语言在应用场景上的差异

一、系统级编程与嵌入式开发

  1. C语言

    • C语言是一种面向过程的结构化语言，具有效率高、可移植性强等特点，非常适合系统级编程和嵌入式开发。

    • 在嵌入式系统中，例如单片机编程，资源通常比较有限，对性能和内存的要求极高。C语言可以直接访问内存的物理地址，能够精细地控制硬件资源。例如，在编写一个简单的单片机控制程序，用于控制LED灯的闪烁，C语言可以通过直接操作单片机的寄存器地址来实现精确的控制：

    #include <stdio.h>
#define LED_PORT 0x1234  // 假设这是LED控制端口的地址
int main() {
    // 设置LED端口为输出模式
    *(volatile unsigned int *)(LED_PORT + 0x01) = 0x01; 
    while (1) {
        // 点亮LED
        *(volatile unsigned int *)(LED_PORT) = 0x01; 
        // 延时一段时间
        for (int i = 0; i < 10000; i++); 
        // 熄灭LED
        *(volatile unsigned int *)(LED_PORT) = 0x00; 
        for (int i = 0; i < 10000; i++); 
    }
    return 0; 
}

    • 在操作系统内核开发中，C语言也是主要的编程语言之一。例如Linux内核的大部分代码是用C语言编写的，因为C语言可以很好地处理底层的系统调用、进程管理、内存管理等功能。

  2. C++语言

    • 虽然C++也可以用于系统级编程和嵌入式开发，但由于其相对复杂的语法和运行时开销（例如类的实例化等），在一些对资源极度敏感的小型嵌入式系统中可能不是首选。

    • 然而，在一些较大规模的嵌入式系统或者需要面向对象编程模式来提高代码可维护性和扩展性的系统中，C++也开始得到应用。例如，在一些复杂的汽车电子系统中，如果要对不同的传感器、执行器等进行对象化建模，C++的面向对象特性就可以发挥作用。

二、应用软件开发

  1. C语言

    • C语言可以用于开发各种类型的应用软件，特别是一些对性能要求较高、功能相对简单的应用。例如，一些网络协议栈的底层实现可能会使用C语言，因为它可以高效地处理数据包的发送、接收和解析等操作。

    • 但是，随着软件规模的增大，C语言的结构化编程方式可能会导致代码的复杂性增加，维护难度增大。

  2. C++语言

    • C++在应用软件开发中具有更广泛的应用。由于其支持面向对象编程、泛型编程等多种编程范式，适合开发大型、复杂的应用程序。

    • 在图形用户界面（GUI）应用程序开发中，C++可以利用面向对象的特性很好地对窗口、控件等进行建模。例如，使用MFC（Microsoft Foundation Classes）或Qt等C++框架来开发Windows或跨平台的GUI应用。在游戏开发中，C++可以用于游戏引擎的开发，处理游戏中的对象管理、图形渲染、物理模拟等复杂功能。像著名的Unreal Engine（虚幻引擎）就是用C++开发的，它利用C++的特性来构建高效、可扩展的游戏开发框架，能够处理复杂的游戏场景、角色交互等功能。

三、科学计算与数值分析

  1. C语言

    • C语言在科学计算中也有应用，特别是在一些对计算效率要求极高的数值计算场景。例如，在一些需要进行大规模矩阵运算的科学计算程序中，C语言可以通过优化算法和直接操作内存来实现高效的计算。不过，C语言缺乏一些高级的数学库和数据结构，编写复杂的数值计算程序可能需要开发者自己构建大量的基础功能。

  2. C++语言

    • C++在科学计算领域也有广泛的应用。它不仅可以利用自身的特性来优化计算性能，还可以借助一些强大的科学计算库，如Eigen等。Eigen是一个C++模板库，用于线性代数运算，它提供了高效的矩阵和向量运算功能，并且利用C++的模板特性可以在编译时进行优化。此外，C++的面向对象特性可以用于对科学计算中的物理实体、数学模型等进行建模，使得代码更加易于理解和维护。例如，在计算流体力学（CFD）的模拟程序中，可以将流体的粒子、网格等对象用C++类来表示，这样可以更好地组织代码结构，方便后续的功能扩展和维护。

C++与C语言在性能上的对比

一、编译时的类型检查

  1. C语言

    • C语言的类型检查相对宽松。例如，在函数参数传递时，可以将不同类型的数据传递给一个函数，只要在函数内部能够正确处理这种类型转换即可。这可能会导致一些潜在的错误，在编译时不容易被发现，可能要到程序运行时才会出现问题，例如类型不匹配导致的内存访问错误或者计算结果错误。

    • 例如，下面的C语言代码：

    #include <stdio.h>
void printValue(int num) {
    printf("The value is: %d\n", num); 
}
int main() {
    float f = 3.14; 
    printValue(f);  // 这里将float类型的值传递给了期望int类型参数的函数
    return 0; 
}

    • 这段代码在编译时可能只会给出一个警告（取决于编译器设置），而不是错误，程序会按照一定的隐式类型转换规则进行处理，可能得到意想不到的结果。

  2. C++语言

    • C++在编译时进行更严格的类型检查。在上面类似的情况下，C++编译器会更严格地检查类型匹配。如果将一个float类型的值传递给一个期望int类型参数的函数，在没有合适的类型转换操作符的情况下，编译器会报错。

    • 例如：

    #include <iostream>
void printValue(int num) {
    std::cout << "The value is: " << num << std::endl; 
}
int main() {
    float f = 3.14; 
    printValue(f);  // 这里会导致编译错误
    return 0; 
}

    • 这种严格的类型检查有助于在编译阶段发现更多的错误，提高程序的可靠性和稳定性。

二、函数调用开销

  1. C语言

    • C语言的函数调用相对简单直接。由于C语言是面向过程的语言，函数调用主要是按照过程的步骤进行跳转和执行。在函数调用时，通常只需要将参数压栈（如果有参数），然后跳转到函数的入口地址执行，执行完后返回结果（如果有返回值）。这种方式的开销相对较小，特别是对于一些简单的、小型的函数。

    • 例如，一个简单的C语言函数：

    int add(int a, int b) {
    return a + b; 
}
int main() {
    int result = add(3, 5); 
    return result; 
}

    • 在这个例子中，add函数的调用过程比较简洁，没有复杂的额外开销。

  2. C++语言

    • C++支持函数重载、类成员函数等特性。在函数重载的情况下，编译器需要在编译时根据函数的参数类型、个数等信息来确定调用哪个具体的函数，这可能会增加一些编译时的开销。对于类成员函数，还涉及到对象的实例化、this指针的传递等操作，相比于C语言的函数调用会有一些额外的开销。

    • 例如，有一个类中的函数重载情况：

    class MathOperations {
public: 
    int add(int a, int b) {
        return a + b; 
    }
    double add(double a, double b) {
        return a + b; 
    }
}; 
int main() {
    MathOperations mo; 
    int result1 = mo.add(3,  5); 
    double result2 = mo.add(3.14,  2.71); 
    return 0; 
}

    • 这里编译器需要根据参数类型来判断调用哪个add函数，这增加了一定的编译时复杂性和可能的运行时开销。

三、内存管理开销

  1. C语言

    • C语言使用malloc、calloc、realloc和free等函数进行内存的动态分配和释放。malloc函数只是简单地从堆上分配一块指定大小的内存空间，不会进行初始化（calloc会初始化内存为0）。例如：

    int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10); 
// 这里分配了10个int类型大小的内存空间，但没有初始化
free(p);

    • 这种手动的内存管理方式虽然给予了程序员很大的灵活性，但也容易出现错误，如内存泄漏（忘记释放内存）、悬空指针（释放

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