各语言设计思想的独特之处：C/C++、Java、Python、Objective C

说明：本文章纯属个人观点，不保证绝对正确，欢迎大家批评和指正，同时我自己也会对本文不断的更新和完善。

本人学过多种语言，有的是工作需要，有的则是因兴趣自学，我学习语言目的不完全是为了使用它开发项目，也不是为了装逼，主要是学习各个语言的设计思想，虽说天下语言皆出自Lisp和Smalltalk（此句摘自高级程序员装逼指南，这个是搞笑的文章，笑笑就行，别当真），但经过多年的分化改进，它们都有了自己独有的东西，有自己独特的设计思想和智慧，我是学的是它为何要这样设计，有什么好处，学会这些思想和技巧有助力我自己设计软件架构，如果把语言本身当成武功的形法，那他的设计思想就可以当成武功的心法，能提升自己的架构设计能力，当然，不用担心我练的心法太多而走火入魔，因为我不会使它的100%，只抽取好的思想。

C和C++

人人都说学C如果不学指针等于没学（悲剧的是我在校主修数学专业的时候，老师就没教我们指针，理由是认为说我们听不懂），这句话一点都不夸张，C确是因为指针流行的，所以说C和C++最大的特点莫过于指针，指针是什么，估计大部分人都知道，但考虑到没过C的和我以前数学班的童鞋，我简略介绍一下，所谓的指针就是...，唉不好描述，还是先画个图吧：

指针看到了吧（不要钻牛角尖说针没这么大，是箭头），所谓的指针就是一个指向内存的地址，计算机本质就是读存储器和写存储器（与外设交互设备也是往一个寄存器地址读写内容），假如你都可以直接向任何地址读写了，你说你还有什么不能做，所以就造就了C的强大，操作系统和驱动都可以用C编写。C++就是C的超集，完美兼容C，可以把C++当成C的升级版，英文翻译是这样的C Plus Plus，注意世上没有C Plus，另外千万别认为C#是C++的升级版，他们俩没有亲戚关系的，C#的英文翻译是C Sharp而不是C Plus Plus Plus Plus（这样读会累死人），C++是贝尔实验室出来的，而C#是微软做的东东，所有C#也只能用于Windows开发，你可能已经发现以前Windows开发主要用VC++，而现在的工作重心慢慢转移到C#，牛B公司都想搞自己的语言，Apple公司有自己Objective C，不过Objective C与C++相差更是十万八千里，等下详述。回到正题，C++主要是在C的基础上增加了面向对象支持，C++的面向对象直接多继承和虚继承，多继承就是一个类可以继承多个类，虚继承是为了防止多重继承产生的二义性问题，具体还是问谷歌吧，一言难尽哪。另外，C++还有类指针是其它语言没有的，在Objective C是用selector代替，Python、Java中是用引用，不过C++也有引用。其它还有泛型是C没有的，Java也有，Python、Objective C等动态语言不需要泛型。还有C++的类方法不是默认是多态的，要加一个virtual关键字话，是因为C++的多态是用虚表实现的，虚表是一个以指针为元素表，通过改变指针来实现动态绑定，Java所有的函数都默认支持多态，Python和Objective更加恐怖，前一个是有个__dict__表记录了所有方法，你调用的时候，就去找个那个方法就行，后一个所有的方法调用都叫做给类发消息，方法不存在都不会挂，等下详述。

Java

Java是我学的第二门语言，用的次数不少于C++，我在其中学过很多思想，学这门语言使得我后来学习其它语言感觉很容易，同时也使我对C++的理解更深刻了。对我来说，Java最大的特点就是对面向对象的完美诠解，在学Java之前，我对面向对象的理解总是玄乎乎的，犹如水中月，镜中花，依惜可见却摸不着，够不到，不能充分理解，经常用面向过程的思维去写类，学了Java一两个月之后，我终于伸手抓住了真正的花。众所周知，Java中，一切皆类，main函数都要放到类中。

面象对象中最重要的特性包含继承与多态，继承很好理解，多态则不然，在学C++时，我知道了多态的实现机制却还没有理解多态，理解多态最好的工具就是接口，你可以把接口当成一个特殊的类，它不能有成员变量（除非静态成员变量），所有方法规定不能实现，而其实现类（抽象类除外）必须实现所有方法，回顾一下多态的概念，即同样的接口却有不同的实现，我刚毕业时总不能理解这句话，面试问的时候就背诵这句和那个三角形和正方形的例子，别人多问一句就问倒了，举个例子，输入流，用这个好理解一点，输入流的接口是InputStream，要使用输入流的人员只需知道InputStream是干嘛用的，有哪些功能即可，而不要关心他是什么流，网络流还是文件流或者模拟的Buffer流，更不用关心它是怎么实现的，对不了解流的人补充一句：输入流是一个抽象的概念，一般只能从前往后流，想流水一样，读过之后就能往回流了（也有特殊的）。比如说你要打印一个文件的二进制，如果文件在本地，就用文件流，如果哪一天把这个文件放到服务器上了，你就得用网络流了，但无论你引用的哪种流，你从流中读数据的代码是一样，代码如下：

void foo() {
	// 文件流
	File file = new File(FILE_OUT_SUBDIR_NAME + "/test.xml");
	FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
	// 网络流
	URL url = new URL("http://192.168.1.*/directory/to/file.txt");
	URLConnection conn = url.openConnection(); 
	InputStream netInputStream = conn.getInputStream();

	printStream(fileInputStream);
	printStream(netInputStream);
}
void printStream(InputStream inputStream) {
	byte[] byte1 = new byte[1];
	while (inputStream.read(byte1) != -1) {
		System.out.printf("%02X", byte1[0]);
	｝
}

从这种代码里你还能从new的时候看到具体实现类，如果前面一部分封装成一个函数，你就连是哪个类都看不到了，Java里有很多用工厂模式对创建对类进行了封装，如加密用的JCA，你传入一个算法的名称就会获取相应的类，但你只知道他的接口，看不出具体实现类。设计模式里更是充分的利用了多态，比如State模式，可以大大减少了if-else出现的次数，啰嗦一句，其实State模式是从另一个维度去看一个程序的逻辑，即把纵向逻辑改为横向逻辑，从而把公共的if-else提取出来，这个主题本文暂不详述，后续推出新文章专门讨论设计模式。接口在用界面时主要应用在事件监听器，其实作用就相当于C里的回调，所以反过来，意味着C也可以实现面向对象，最好的实例就是Linux内核，回调就是函数指针，再一次证明了指针的强大。

Java还强大的标准库，我实习的时候问一个C++老员工Java是什么样语言，他跟说Java很简单，就是很多包调来调去，做什么功能都有相应的包，我估计很多人初识者会这么认为，其实他们说的一堆包就是Java强大的标库，C++面试官司可能会问你懂不懂STL啊，知不知道什么是Vector和Set啊，Java面试官可不会问这个，因为这个对Java来说是必须的，最基础的，我想刚学Java就要用ArrayList吧，也有人因此说做C++好，什么要自己实现，所以学得多一点，Java什么都封装好，没什么学的。我不太认同这种观点，因为没必要重复造车轮，这些前人都写好，直接用就好了啊，你就可以有更多的时间想想你自己软件的如何设计，话说回来，如果是为了学习的话，其实这些我们在学校就做过练习写过（如果你在校没写过，也可以业余时间写写啊），只是写得没人家好，即便你再写一篇也未必写得有人家好，所以每个人都去写一篇，意义不好，还有一种情况，如果你实在想去写标准库，那就写好你现在的软件，练好基本功，先学习标准库中别人优秀作品，等将来羽翼丰满时，你会有大把机会写库给别人用，但最好要理解其设计思想，因为库的实现是很简单的，主要是定出合理的API很难。

Java还有一个牛B特性就是反射机制，它可以通过字符串来获取类的属性，包括方法和变量，这个机制使得Java的灵活性强大了不止一倍，不过凡事都有两面性， 在它带来灵活性的同时，也破坏了封装，不过还是要用，但不要轻易用，Spring的AOP都知道吧，强大吧，方便吧，我不用看它的代码也能百分之一百确定是用反射机制实现。

Python

python是我最熟悉的一门动态语言，它很好的诠释了什么叫动态，其实在接触python之前，我接触过的动态语言还有shell脚本语言和Objective C、但这两种还不能让我深刻理解什么叫动态，可能是它们不够动，python如此好的动态性以致于其它后来创造的语言都借鉴了它的实现，如groovy，他的创造者公开说了是因为python才使得他创造了groovy。python的动态性得益于它的一种设计思想：一切皆对象（Java是一切皆类，看来走极端也可以有出息，嗯~呵呵~）。这样说你可能还不能懂，再详细一点就是，python中，字符串，元组，就连类和函数都是对象，你说神奇不神奇。python的对象里都有一个__dict__属性，是字典类型，这种类型你可能没听过，不过你可以当成是Java或C++里的Map或是Shell里关联数组，记录这个对象所有属性，包括方法和属性，调用时，解析器只要搜索一下__dict__就可以了，更神奇的是你还可以通过赋值改变这个__dict__的内容来达到改变这个对象，比如添加字段，这样有点Java的反射机制吧，不过python更灵活，呵呵。所谓的动态，主要是指变量的动态，python中所有变量都没有类型，其实可以看成是一个引用或指针，每一个变量只是指向一个对象，而且它可以随时指向另一个对象，包括函数对象，这种灵活得益于python里对象的设计。

python的标准库也挺强大：意味着可以用很少python代码实现某个功能，而用其它语言则要用很长的代码，这也成就了python简洁的威名。我学python的导火线（我很早就打算要学python，但平时工作很忙，也没有导火线）就是我同事用了一点python代码写一个post JSON流到服务器的测试脚本，于是我恨下决心，第二天就是开始挤出时间学python，另外，我曾经用20行以下代码写过一个图片缩放的脚本，简单的无法想象，做为分享，我还是贴上来吧，还有一个发送邮件的脚本也一起贴了吧。

缩小图片的（你可能要下载PIL模块）：

from PIL import Image
import os
import os.path
import sys
path = sys.argv[1]
small_path = (path[:-1] if path[-1]=='/' else path) +'_small'
print small_path
if not os.path.exists(small_path):
 os.mkdir(small_path)
for root, dirs, files in os.walk(path):
 for f in files:
 fp = os.path.join(root, f)
 img = Image.open(fp)
 w, h = img.size
 img.resize((w/4, h/4)).save(os.path.join(small_path, f), "JPEG")
 print fp

发送邮件的：

import smtplib
username="[email protected]"
recipient=username
passwd="123456"
host='smtp.gmail.com'
port=587
body_of_email="body of email"
print 'initializing...'
session = smtplib.SMTP(host, port)
session.ehlo()
session.starttls()
#session.ehlo()
print 'login...'
session.login(username, passwd)
headers = "\r\n".join(["from: " + username,
 "subject: test",
 "to: " + recipient,
 "mime-version: 1.0",
 "content-type: text/html"])
# body_of_email can be plaintext or html! 
content = headers + "\r\n\r\n" + body_of_email
# msg = "To:username@domain\r\nFrom: username@domain\r\nSubject: test \r\n\r\ntest mail\r\n"
print 'send...'
session.sendmail(username,username, content)
print 'close...'
session.close()
exit()

Python有良好的扩展性，python每个文件都默认是一个模块，你只要import就行了，模块即可以单独运行还可以当行库，这是因为python解释器根据会向模块传一个参数。对Python来说，Java的JNI没什么稀奇的，python也可以支持调C/C++，跟Java更是可以无缝融合，所以很多服务器使用python和Java混合开发。

python有对函数式编程的也有支持，关于函数式编程另查资料，这里不详述，python支持加量化（Curring）和偏函数，这两者不是语言的机制，而是像“继承与多态”一像是一种概念，加量化是利用单参数的函数转换成多函数，偏函数是指固定函数的部分变量后再调用，这个“偏”字的含义跟高数里的偏微分差不多，都是指先固定一部分变量，这两者的区别具体可参考此文，它们的实现主要是通过闭包、lambda和functools模块来实现的。听说Java8也要加闭包特性，不过当下的Java可以的用匿名类实现类似的功能，就可以多写个接口。

Python的装饰符（Decorator）：这也是个很好的功能，可以支持所谓的切面编程，像Spring一样，其它还有在python里，一个函数的执行，可以暂停，这个比较新鲜，一般人都没听过，也告诉我们平时想问题时要勇于打破常规，think outside the box，这个思想的实现是用了关键字yield，如果好奇就学学python吧。

python还有一点比较独特，就是它使缩进来表达语句逻辑，不允许使用大括号。如：

if True:
 print 'True';
else:
 print 'False'
 print ''hello"

输出是：

True

而没有“hello”，如果是这样：

if True:
 print 'True';
else:
 print 'False'
print ''hello"

输出则是：

True
hello

这个特点被官方文档和一些书藉吹得在花乱坠，引用python核心编程第3.1.4节的一段：“使用缩进对齐这种方式组织代码，不但代码风格优雅，而且也大大提高了代码的可读性。而且它有效的避免了"悬挂 else"（dangling-else）问题，和未写大括号的单一子句问题。（如果 C 语言中 if 语句没写大括号，而后面却跟着两个缩近的语句，这会造成不论条件表达式是否成立，第二个语句总会执行。这种问题很难调试，不知道困惑了多少程序员。）”，这段主要是说：一、缩进增加易读性；二、防止C那样的“悬挂else”问题。但我不认同他的观点，关于第一点，我认为无论什么语言，给代码加上良好的缩进是一个程序员都基本的职业素质，而且几乎所有人都能做到这点，所以python创建者白担心了；关于第二点，也是大部分人都听说过“悬挂else”问题，而且一般人都会习惯性给else语句加上大括号，这个问题便很难出现，反而python这种机制困惑了我不止一次，第一种麻烦是如果你无意间删除或增加了一个Tab，编译也会正常，只是运行的时候会很怪；第二种麻烦是有时候在网上copy一段代码，那个缩进很有可能不对，但是你检查不出；第三种麻烦，你copy了一段代码，看起来很正确，却编译不过，报的错是缩进不一致，原因是缩进很起来是一样，但有的是4个空格，有的是一个tab，这个时候你就得找一个能显示空格和Tab的编辑器，睁大眼睛一个一个找了。

Objective C

初学Objective C的时候，感觉它是语言界面的奇葩，最大特点就是中适号语法了，当人家的方法调用都是点号的时候他用的是中括号，不，它没有调用的说法，它是发消息，我当时就很惊讶，原来还可以这么搞啊，真是另辟蹊径啊，Objective C所有的方法“调用”都给对象发消息，对象收到消息可以不响应，还不会挂，也可以把消息发给空对象，这正是打破常规，这相当像乔帮主的风格（但不是他创建的，他只写了个库而己，里面的标识符都以NS开头）。说到空，还有一件奇怪事实，Objective C里有新加了两种空，nil和Nil，一个表示空对象一个空类。除此之外还有区别的是布尔型使用BOOL、YES和NO关键，SET表示一种类型类似于C++的类指针，protocol类型类似于Java的接口,还有一种叫catogory的，使用他可以动态修改和扩展类而不必使用继承。Objective C2.0有内存管理不过是编译器支持的，所以不会影响性能，不像Java有个垃圾回收器定期运行。另外Objective C很多关键以@开头，如申明和实现类分别用@interface和@implementation，也许你会有一个疑问，为何有这么多新出的关键，原因是因为Objective C也是C的超集，它为了不跟C的关键字冲突才新加了这么多奇怪的关键字，C++和Objective C都是C的超集，而且好像是同年出生的，但两者却有着本质，所以不要认为懂C++就好学Objective C，完全不是，它俩完全出于不同的语系，有不同的父亲，C++是Simula系，而Objective C是Smalltalk系的，C++是静态语言，Objective C是动态语言，它们有着完全不同的设计思想，但都有自己独特的智慧。网上有个外国人写了一个C++和Objective C的比较文档，不过是英文版的，我有时间会翻译一下放到本博客（blog.csdn.net/yanquan345）。这里又说明了C强大到可以创造一门新语言。

Objective C还有一个改进的地方，叫property，都知道面向对象的封装，所以Java建议用setter和getter去操作成员变量，如果是这样，那假如一个类设计为存储数据，当成C的结构体来用，那这个类可能得很多setter和getter，虽然Java的强大IDE可以自动生成代码，但你看这个类的时候会有点头大吧，在Objective C里就不用这样了，只要你用property修饰一下，说明那里成员变量可以被set和get就可以，顿时代码就简洁了许多，property其实也是自动生成setter和getter代码，但它是编译器生成，源文件是保持简洁的。

Groovy

前面也提到了的诞生离不开python，按照其创造者的说法，他是因为喜欢python有而Java中缺少的一些灵活的特性，才创造了groovy，这些特性主要包含动态性，对元数据的支持，元数据可以有童鞋不懂，我多说一句，元数据指的就是类的属性，因为一个类也有很多属性，如类名，成员列表等，这些都是元数据，所以python和Objective C都有元类，即类的类，普通则变成了元类的对象。所以groovy和python一样都很灵活，groovy最大的优势是可以直接在JVM中运行，可以不编译，也可以编译成.class文件，可想到做Java开发的时候可用groovy做一些简洁的事，我曾想让groovy做Android开发，但当时失败了，不过我失败，可能会有人成功实现这个想法，也有可能我以后会成功。groovy可能是大家听得最少的，我也是因为研究Google在IO大会发布的新Android开发IDE（基于IntellJ的）才接触到的。groovy的元数据有强大用处，就是很方便开发领域语言，领域语言我也要解释一下，我们说的C++和Java都是通用语言，就是可以做出任何产品，领域语言只能用在特定领域，一般有个解释器，其实一般都接触过领域语言，像Makefile，Ant、Maven脚本都是领域语言，你不能用Makefile脚本实现一个QQ吧，groovy对领域语言的支持最好的例子，就是gradle，一种新的自动化构建工具，号称既有Ant的灵活，也有Maven的强大依赖管理和标准规范。还有个论据是Groovy的强大的元数据使用Java的反射机制和Spring的AOP成了浮云，在Groovy里，你一不小心就用上了AOP，Groovy语言简单易学，它完全兼容Java语法，Java代码可直接运行，但它可以更简洁，特别相对学过python的童鞋更容易学，官网有完备的文档，还算是易懂的英文，因为词汇量比较少，建议大家去看，一定会惊讶你。

后言：Lisp不打算讨论了，过时了，讨论也没什么意义了，我自己都差不多忘了。另外，暂不讨论JavaScript，一是因为其特殊之后少，二是本人还不很熟悉，也许后续会加上去，如果有很多童鞋希望讨论，那我就豁出吃饭时间也定会加上。

参考资料：

Effective Java, 2nd, Joshua Bloch

Java Cryptography Architecture (JCA)

GoF Design Pattern

Python核心编程，第二版，Wesley.J.Chun，英文版是：Core Python Programming, 2nd, Wesley.J.Chun

From C++ To Objective-Cversion 2.1, Pierre Chatelier

Programming in Objective-C, 4th Edition

Groovy Guide

说明：本文章纯属个人观点，不保证绝对正确，欢迎大家批评和指正，同时我自己也会对本文不断的更新和完善。