C与C++的主要区别：基于事实的指南
尽管C++起源于C，常被称为“带类的C”，但它已演变成一种独特的、功能强大的多范式语言。对于任何从事系统编程的开发人员来说，理解它们的区别至关重要。本指南将提供一个基于事实的比较。
1. 编程范式
- C: 一种严格的 过程式 (procedural) 语言。它将代码组织成函数，并专注于逐步完成任务的方法。
- C++: 一种 多范式 (multi-paradigm) 语言。它支持过程式、面向对象、泛型和函数式编程风格。其中最重要的补充是 面向对象编程 (OOP)。
2. 面向对象编程 (OOP)
这可以说是最大的区别。C++ 拥有C所缺乏的特性：
- 类和对象: 用于创建对象的蓝图，这些对象捆绑了数据（属性）和操作该数据的方法（函数）。
- 封装: 使用访问修饰符（
public,private,protected）来隐藏类的内部实现细节。C++中的static关键字用于类级别的变量/方法，而非访问控制。 - 继承: 创建新类的能力，这些新类可以重用、扩展和修改现有类的行为。
- 多态: 主要通过
virtual函数实现，为不同的底层形式（数据类型）提供单一接口的能力。
3. 内存管理
核心理念差异显著。
- C: 使用
malloc(),calloc(),realloc()和free()进行手动内存管理。开发者完全负责分配和释放内存。 - C++: 虽然它仍然支持使用
new和delete进行手动管理，但现代C++方法强调 RAII (Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化)。- RAII: 这是一种设计模式，将资源的生命周期与对象的生命周期绑定。构造函数获取资源（例如内存、文件句柄），析构函数释放它。这提供了确定性的、自动的资源清理。
- 智能指针: 这些是RAII的实际实现（例如
std::unique_ptr,std::shared_ptr,std::weak_ptr）。它们自动管理内存，防止泄漏。需要注意的是：C++没有像Java或C#那样的内置垃圾回收器 (GC)。智能指针提供的是确定性的自动内存管理，这与非确定性的GC不同。
为了更清晰地说明，以下是C++智能指针与传统垃圾回收的直接比较。
主要区别：C++智能指针 与 垃圾回收 (GC)
| 特性 | C++ 智能指针 | 垃圾回收 (GC) |
|---|---|---|
| 内存释放时机 | 确定性 (Deterministic): 当智能指针对象超出作用域或被显式重置时，其析构函数被调用，内存立即被释放。(RAII 模式) | 不确定性 (Non-deterministic): GC在未来的某个时间点识别并回收“不可达”的内存。无法预测确切的回收时机。 |
| 主要工作机制 | 基于所有权 (Ownership) 的对象生命周期管理: 通过unique_ptr、shared_ptr和weak_ptr明确所有权，当所有者被销毁时释放资源。shared_ptr使用引用计数技术。 |
基于可达性 (Reachability) 的内存管理: 从一组“根(root)”开始，沿着引用链遍历以识别所有可达对象。任何不可达的对象都被视为垃圾并被回收。(例如，标记-清除算法) |
| 循环引用问题 | 如果shared_ptr实例相互循环指向，它们的引用计数永远不会变为零，从而导致内存泄漏。必须使用weak_ptr来打破这种循环。 |
大多数现代GC可以自动检测并解决循环引用问题。 |
| 性能开销 | 增加/减少引用计数会产生少量开销，但内存释放的时机是可预测的。 | 在GC运行期间，程序执行可能会短暂暂停（”stop-the-world”），这可能不适用于实时系统。 |
4. 泛型编程：模板
- C: 缺乏对泛型编程的原生支持。为了实现类似功能，开发者通常求助于
void*指针和宏，这些都不是类型安全的。 - C++: 提供了 模板 功能，允许编写函数和类来操作任何数据类型，而不会牺牲类型安全。这是标准模板库 (STL) 的基础。
5. 标准库
- C: 拥有一个紧凑的标准库，提供I/O、字符串操作、数学等基本功能。
- C++: 包含了C标准库，并增加了庞大的 标准模板库 (STL)。STL提供了预构建的、高效的数据结构（如
std::vector,std::map,std::set）、迭代器和算法。
6. 其他关键语言特性
- 引用 (
&): C++引入了引用类型，它作为另一个变量的别名。引用不能为空，且在初始化后不能重新指向另一个对象，这通常使它们比指针更安全、更方便。它们 本质上不是线程安全的；在多线程环境中通过引用访问的数据仍需要同步（例如，互斥锁、原子操作）。 - 命名空间: C++的一项特性，用于将代码组织成逻辑组，并防止名称冲突，尤其是在大型项目中。为了正确链接C和C++代码，会使用
extern "C"链接规范。 - 编译时求值 (
constexpr): C++11的关键字，允许表达式和函数在编译时进行求值。这可以带来显著的性能提升。constexpr变量是隐式的const，并且必须用常量表达式进行初始化。 - 内联汇编: 适用于大多数平台的C和C++编译器都支持内联汇编（例如，使用
asm,__asm__），允许直接集成汇编代码。链接单独的汇编文件的方法对两种语言也都可用。