c++/java/c# 幾種程式設計語言的指標、引用比較

前一段時間，我在 cnblogs 別人的部落格中，談到:

java 中的引用/指標，與 c++/C# 中的引用/指標不是一個概念.

Java 引用，相當於 c++ 指標(fun3)。Java 引用可以賦值 null, 而 c++ 引用 (見 fun2) 不能賦值 null，c++ 指標可以賦值 null(fun3).

Java 中，無 c++ 引用(fun2)對應的文法。

 

結果引起不必要的質疑，特此，寫部落格，對c++/java/c# 幾種程式設計語言的指標、引用，進行比較，期望引起更多的人，對此有所關注。

從文法上看，三種開發語言中，C++ 的指標、引用，最為複雜，因此，下面的舉例，都從 C++ 代碼開始，然後與 java/c# 的文法進行比較。

 

1)  C++ 簡單類型變數，有直接變數定義、指標定義、引用定義。

    int aa = 10;//c++    int &bb = aa;//c++    int *cc = &aa;//c++

上述三行代碼，最後三個變數指向同一個資料。相比較而言，java/c# 都只有變數定義，無引用定義、指標定義。補充：感謝 xiaotie 、飛浪 的提醒：C#中是有指標的，在unsafe狀態下，可以定義和使用指標。特更正。

 

2) C++ 函數調用參數，簡單類型變數，有直接變數定義、指標定義、引用定義，後兩個，在函數內部改變資料，退出函數，能看到改變後的資料。

void simple_by_val(int a, const int b){    a=15;    //b=13;            //error C2166: l-value specifies const object    //a=NULL;        //good    //b=NULL;        //error C2166: l-value specifies const object}void simple_by_ref(int &a, const int &b){    a=25;    //b=23;            //error C2166: l-value specifies const object    //a=NULL;            //good    //b=NULL;        //error C2166: l-value specifies const object}void simple_by_pointer(int *a, const int *b){    *a = 35;    //*b = 33;        //error C2166: l-value specifies const object    a = NULL;        //ok    b = NULL;        //ok}

java 沒有這麼多名堂，只有直接變數定義。C# 略為複雜一點，有引用，有 out 參數。

        static void M(int a, ref int b, out int c)        {            c = 13;        }

相比較而言，C# 的函數參數( ref int b), 類似於C++的函數參數( int &a)，都是調用函數前要賦初值，在函數內部改變資料，退出函數，能看到改變後的資料。

而 C# 的 (out int c)，在 C++/Java 中，無對應的文法。這個可以調用函數前，不賦初值。在 C# 之前，也很少見到這種文法，只在一些資料庫的預存程序、函數定義中，見過類似文法。估計是從資料庫編程文法中抄襲過來的文法。

特別註明：C# 的引用( ref int b)，只是用在函數參數變數定義上，不能用在函數內部的局部變數中。C++ 中的引用( int &a)，可以用在函數內部的局部變數中。

 

3)  C++ 的類物件變數定義文法，較為複雜，可以定義在stack 上（不用 new），可以定義在 heap(用 new)。

    CMyClass obj;                        //stack    CMyClass *p2 = new CMyClass();        //heap

java/C# 中，沒有這麼複雜，可以認為是上述兩種“綜合+簡化”了。

 

4) 在 java/C# 中，如下用法是錯誤的，會報null 指標異常；但是在 C++ 裡是合法的。

    CMyClass obj;    obj.run();

在 C++ 中，

CMyClass obj;

以上一行代碼已經調用了建構函式，完成了變數初始化。而在 java/C# 中，這一行代碼相當於：

CMyClass obj = null;

 

5) C++ 中，stack 變數出了作用範圍，記憶體自動回收；heap 變數，需要手工 delete。

java/C# 中，變數是空閑時自動回收的(理論上的)，不是變數出了作用範圍，就記憶體回收。

 

{    CMyClass obj;                        //stack    obj.test();}//此處， stack 變數自動被 delete ，記憶體自動回收{    CMyClass *p2 = new CMyClass();        //heap    p2->test();} //此處，超出變數 p2 的作用範圍，下面不能再用 p2 變數了，但是，記憶體並未釋放，有記憶體泄露。

 

 

 

 

6) 以下代碼在 C++ 中是正確的，在 java/C# 是錯誤的。在 java/C# 文法中，沒有定義變數加 * 的，也不能用 -> 來調用類的函數或類的成員變數，也不能用 delete。

 

CMyClass *p1 = null;CMyClass *p2 = new CMyClass();p2->ab();delete p2;p2 = null;

 

 

7) 以下代碼，在java/C# 文法中，是正確的，在 C++ 是錯誤的。C++ 中，這種賦值要用指標 (CMyClass *p1 = null;)。

CMyClass p1 = null;CMyClass p2 = new CMyClass();

 

8) 以下代碼，在 C++ 代碼中，會調用“拷貝建構函式”、"等號重載函數"。這兩個函數，在 C++ 中，預設會由編譯器自動產生。

    //C++
    CMyClass obj;              //調用建構函式    CMyClass obj2 = obj;       //調用拷貝建構函式    obj2 = obj;                //調用 = 操作符重載函數

以上代碼，大致相當於 java/C# 中的 複製"clone"。但更隱蔽(初學者不知道調用了 C++ 建構函式、拷貝建構函式、= 操作符重載函數)、更複雜。java/C# 無操作符重載函數。

//C#            CMyClass obj = new CMyClass();            CMyClass obj2 = (CMyClass)obj.Clone();

而在 C# 中，Clone 函數並不會自動產生。在 Java 中，可以調用 super.clone() ---- Java 基類 Object 預設有一個 clone 函數。

在 C++ 中，預設會由編譯器自動產生“拷貝建構函式”、"等號重載函數"，這一點，很多時候會造成問題，要特別注意。

在 C++ 中，函數傳回值不要用 CMyClass ，這會造成不必要地調用“拷貝建構函式”、"等號重載函數"；也不要返回引用 CMyClass&, 對函數內局部變數的引用，退出函數後無法繼續使用。而要返回指標 CMyClass *(最好用智能指標封裝後的指標變數)。這一點很多初學者不明白。

但是 C++ 的 std:string 除外。std:string 的“拷貝建構函式”、"等號重載函數"經過最佳化，拷貝後的變數，與拷貝之前的變數，內部使用相同的 char[] 數組，只有當一個 string 變數改變時，才會把 char[] 數組複製成兩份。std:string 的“拷貝建構函式” 沒有效能上損失，又比 string 指標減少了記憶體泄露，因此，對 std:string ，使用時盡量用 物件變數、對象引用、對象拷貝構造，避免使用 std:string 指標。

另，java/C# 的 String 變數不可改變(有其它類，比如 java StringBuilder類是可變的)，C++ 的 string 變數可以改變。這個細微差異，很多人不明白。

 

9) C++ 引用文法，有一些是 Java/C# 程式員不知道的文法：

//C++CMyClass &a1; //錯誤，C++ 引用變數定義的時候就要初始化;//Java/C# 物件變數，沒有要求變數定義的時候，就要初始化CMyClass &a1 = NULL; //錯誤，C++ 引用變數不能賦值 nullCMyClass &a1 = new CMyClass(); //錯誤，C++ 引用變數不能賦值給一個 new 對象，這種情況，要用 C++ 指標。//以下C++ 代碼是正確的：CMyClass a;CMyClass &a1 = a;CMyClass *b =new CMyClass();CMyClass &b1 = *b; //這種寫法不常用。

 

 

10) Sun 自稱 java 中消滅了 C++ 中萬惡的指標，自己的物件變數，都是引用。做個比較：

C++ 引用不能賦值 null, 不能賦值 new XXX()；C++ 指標可以賦值 null, 可以賦值 new XXX()。

C++ 引用對象通常在 stack 中，而C++ 指標 new 出來的對象則在 heap 中。

 

java/C# 中的物件變數，可以賦值 null, 可以賦值 new XXX()。java/C# 中的物件變數在 heap 中。

 

因此，java/C# 中的物件變數，更像是 C++ 中的指標，而不是 C++ 中的引用。

 

11) C++ 中，指標變數是一個 long 型整數，可以亂指的：

CMyClass *obj = (CMyClass *) 99;        //compile/run good, should not use    

如果我知道一個記憶體位址，就可以定義一個C++指標變數，指向這個記憶體位址。C++ 的“引用”沒有這個功能。C#/Java 的物件變數更沒有這個功能。

“指標亂指” 是 C++ 指標功能強大、靈活的體現(PC 上最早出現播放視頻的時候，大概是 intel 486 CPU 時代，C++軟體通常都直接寫顯存，據說這樣速度更快)，也是最容易出問題的地方。估計是因為這個原因，所以C#/Java 都去掉了這個功能。所謂“萬惡的C++指標”，多半，也是指的是“指標亂指”。

 

12） C++ 有野指標，即已經刪除對象，但指標還是指向刪除對象，還可以繼續操作，但運行結果不保證正確。

CMyClass *p = new CMyClass();...//給 p 指向的記憶體賦值delete p;//這時 p 仍然指向之前的記憶體位址，該記憶體位址資料，一般情況下、短時間內，並沒有被清空或者覆蓋，仍然可以讀/寫。這就是“野指標”。p->run(); //運行結果可能正確，可能不正確，沒有保證。//此時指標 p 對應的記憶體，可能被下一個 new XXX() 代碼，用了這個記憶體，因此，理論上講，delete 之後的指標，不應再用來操作對象。p= NULL; //將指標指向“空”，可以避免“野指標”問題。p->run(); //這裡會報執行階段錯誤。也就是null 指標異常。null 指標異常在 java/c# 中都有。

C++ 中，delete 與將變數賦值 null ， 理應放在一起，可以認為是一個“資料庫事務”一樣的，要麼都成功、要麼都失敗。其實，delete 關鍵字，是由 C++ 標準定義的，標準中，完全可以要求： delete 所在行的代碼，執行之後，把指標變數變成 null(C++ 標準的規範，很多都是規定編譯器做什麼，因此可以加這個規定)。這樣可以避免野指標問題。可惜，C++ 標準，在這方面沒有考慮周全。

 

另，有人抱怨，面試做題，看不是是 C++ 還是 Java、C# ， 期望通過看本文，可以協助一二。

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