C++ در مقابل جاوا: فرو رفتن عمیق در تفاوت های کلیدی


مقالات بی‌شماری ویژگی‌های فنی C++ و Java را با هم مقایسه می‌کنند، اما کدام تفاوت‌ها مهم‌تر هستند؟ وقتی مقایسه نشان می‌دهد، برای مثال، جاوا از وراثت چندگانه پشتیبانی نمی‌کند و C++ پشتیبانی می‌کند، این به چه معناست؟ و آیا چیز خوبی است؟ برخی استدلال می کنند که این مزیت جاوا است، در حالی که برخی دیگر آن را یک مشکل اعلام می کنند.

بیایید شرایطی را بررسی کنیم که در آن توسعه دهندگان باید C++، جاوا یا زبان دیگری را به طور کلی انتخاب کنند – و مهمتر از آن، چرا تصمیم مهم است

بررسی مبانی: ساختارها و اکوسیستم های زبان

C++ در سال 1985 به عنوان یک فرانت اند برای کامپایلرهای C راه اندازی شد، شبیه به نحوه کامپایل TypeScript در جاوا اسکریپت. کامپایلرهای مدرن C++ معمولاً به کد ماشین بومی کامپایل می شوند. اگرچه برخی ادعا می‌کنند که کامپایلرهای C++ قابلیت حمل آن را کاهش می‌دهند و نیاز به بازسازی برای معماری‌های هدف جدید دارند، کد C++ تقریباً روی هر پلتفرم پردازنده اجرا می‌شود.

جاوا برای اولین بار در سال 1995 منتشر شد و به طور مستقیم بر روی کد بومی ساخته نمی شود. در عوض، جاوا بایت کد را می سازد، یک نمایش باینری میانی که بر روی ماشین مجازی جاوا (JVM) اجرا می شود. به عبارت دیگر، خروجی کامپایلر جاوا برای اجرا به یک فایل اجرایی بومی مخصوص پلتفرم نیاز دارد.

هر دو C++ و Java در خانواده زبان‌های C قرار می‌گیرند، زیرا به طور کلی از نظر نحوی شبیه زبان C هستند. مهمترین تفاوت در اکوسیستم آنهاست: در حالی که C++ می تواند به طور یکپارچه به کتابخانه های مبتنی بر C یا C++ یا API یک سیستم عامل فراخوانی کند، جاوا بهترین گزینه برای کتابخانه های مبتنی بر جاوا است. با استفاده از این می توانید به کتابخانه های C در جاوا دسترسی داشته باشید رابط بومی جاوا (JNI) API، اما مستعد خطا است و به کد C یا C++ نیاز دارد. C++ همچنین راحت‌تر از جاوا با سخت‌افزار تعامل دارد، زیرا C++ زبان سطح پایین‌تری است.

مبادلات تفصیلی: ژنریک، حافظه و موارد دیگر

ما می توانیم C++ را با جاوا از منظرهای بسیاری مقایسه کنیم. در برخی موارد، تصمیم بین C++ و جاوا واضح است. برنامه‌های اندروید بومی معمولاً باید از جاوا استفاده کنند، مگر اینکه برنامه یک بازی باشد. اکثر توسعه دهندگان بازی باید C++ یا زبان دیگری را برای روانترین انیمیشن ممکن در زمان واقعی انتخاب کنند. مدیریت حافظه جاوا اغلب باعث تاخیر در طول بازی می شود.

اپلیکیشن های کراس پلتفرمی که بازی نیستند، خارج از حوصله این بحث هستند. نه C++ و نه جاوا در این مورد ایده آل نیستند زیرا برای توسعه رابط کاربری گرافیکی کارآمد بسیار پرمخاطب هستند. برای برنامه‌های با کارایی بالا، بهتر است ماژول‌های ++C برای انجام کارهای سنگین ایجاد کنید و از زبان سازنده‌تری برای رابط کاربری گرافیکی استفاده کنید.

اپلیکیشن های کراس پلتفرمی که بازی نیستند، خارج از حوصله این بحث هستند. نه C++ و نه جاوا در این مورد ایده آل نیستند زیرا برای توسعه رابط کاربری گرافیکی کارآمد بسیار پرمخاطب هستند.

برای برخی از پروژه ها، انتخاب ممکن است واضح نباشد، بنابراین بیایید بیشتر با هم مقایسه کنیم:

ویژگی C++ جاوا
مبتدی دوستانه خیر آره
عملکرد زمان اجرا بهترین خوب
تاخیر قابل پیش بینی غیر قابل پیش بینی
اشاره گرهای هوشمند شمارش مرجع آره خیر
جمع آوری زباله جهانی علامت گذاری و جارو خیر ضروری
تخصیص حافظه پشته ای آره خیر
کامپایل به فایل اجرایی بومی آره خیر
کامپایل به بایت کد جاوا خیر آره
تعامل مستقیم با API های سیستم عامل سطح پایین آره به کد C نیاز دارد
تعامل مستقیم با کتابخانه های C آره به کد C نیاز دارد
تعامل مستقیم با کتابخانه های جاوا از طریق JNI آره
مدیریت ساخت و بسته استاندارد شده خیر ماون

جدای از ویژگی های مقایسه شده در جدول، ما همچنین بر روی ویژگی های برنامه نویسی شی گرا (OOP) مانند وراثت چندگانه، ژنریک / قالب ها و بازتاب تمرکز خواهیم کرد. توجه داشته باشید که هر دو زبان از OOP پشتیبانی می کنند: جاوا آن را اجباری می کند، در حالی که C++ از OOP در کنار توابع عمومی و داده های ثابت پشتیبانی می کند.

ارث چندگانه

در OOP، وراثت زمانی است که یک کلاس فرزند، ویژگی ها و متدها را از یک کلاس والد به ارث می برد. یک مثال استاندارد الف است Rectangle کلاسی که از یک کلاس عمومی تر به ارث می برد Shape کلاس:

// Note that we are in a C++ file
class Shape {
    // Position
    int x, y;
  public:
    // The child class must override this pure virtual function
    virtual void draw() = 0;
};
 
class Rectangle: public Shape {
    // Width and height
    int w, h;
  public:
    void draw();
};

ارث چندگانه زمانی است که یک کلاس فرزند از چندین والدین ارث می برد. در اینجا یک مثال، با استفاده از Rectangle و Shape کلاس ها و کلاس های اضافی Clickable کلاس:

// Not recommended
class Shape {...};
class Rectangle: public Shape {...};
 
class Clickable {
    int xClick, yClick;
  public:
    virtual void click() = 0;
};
 
class ClickableRectangle: public Rectangle, public Clickable {
    void click();
};

در این مورد ما دو نوع پایه داریم: Shape (نوع پایه از Rectangle) و Clickable. ClickableRectangle برای ترکیب دو نوع شی از هر دو ارث می برد.

C++ از وراثت چندگانه پشتیبانی می کند. جاوا ندارد. وراثت چندگانه در موارد لبه خاصی مفید است، مانند:

  • ایجاد یک زبان تخصصی دامنه پیشرفته (DSL).
  • انجام محاسبات پیچیده در زمان کامپایل.
  • بهبود ایمنی نوع پروژه به روش هایی که به سادگی در جاوا امکان پذیر نیست.

با این حال، استفاده از وراثت چندگانه به طور کلی ممنوع است. این می تواند کد را پیچیده کند و بر عملکرد تأثیر بگذارد، مگر اینکه با فرابرنامه نویسی الگو ترکیب شود – کاری که تنها توسط با تجربه ترین برنامه نویسان C++ انجام می شود.

ژنریک ها و قالب ها

نسخه های عمومی کلاس ها که با هر نوع داده ای کار می کنند برای استفاده مجدد از کد عملی هستند. هر دو زبان این پشتیبانی را ارائه می‌کنند – جاوا از طریق ژنریک، ++C از طریق قالب‌ها – اما انعطاف‌پذیری قالب‌های C++ می‌تواند برنامه‌نویسی پیشرفته را ایمن‌تر و قوی‌تر کند. کامپایلرهای C++ هر بار که از انواع مختلف با الگو استفاده می کنید، کلاس ها یا توابع سفارشی جدیدی ایجاد می کنند. علاوه بر این، قالب‌های C++ می‌توانند توابع سفارشی را بر اساس انواع پارامترهای تابع سطح بالا فراخوانی کنند و به انواع داده‌های خاص اجازه می‌دهند کد تخصصی داشته باشند. به این می گویند تخصص قالب. جاوا ویژگی مشابهی ندارد.

در مقابل، هنگام استفاده از ژنریک، کامپایلرهای جاوا اشیاء کلی را بدون نوع از طریق فرآیندی به نام پاک کردن نوع ایجاد می کنند. جاوا در حین کامپایل کردن، نوع بررسی را انجام می دهد، اما برنامه نویسان نمی توانند رفتار یک کلاس یا روش عمومی را بر اساس پارامترهای نوع آن تغییر دهند. برای درک بهتر این موضوع، اجازه دهید به یک مثال سریع از یک ژنریک نگاه کنیم std::string format(std::string fmt, T1 item1, T2 item2) تابعی که از یک الگو استفاده می کند، template<class T1, class T2>، از یک کتابخانه C++ که من ایجاد کردم:

std::string firstParameter = "A string";
int secondParameter = 123;
// Format printed output as an eight-character-wide string and a hexadecimal value
format("%8s %x", firstParameter, secondParameter);
// Format printed output as two eight-character-wide strings
format("%8s %8s", firstParameter, secondParameter);

C++ را تولید می کند format عملکرد به عنوان std::string format(std::string fmt, std::string item1, int item2)، در حالی که جاوا آن را بدون موارد خاص ایجاد می کند string و int انواع شی برای item1 و item2. در این حالت، الگوی C++ ما می داند که آخرین پارامتر ورودی an است int و بنابراین می تواند موارد لازم را انجام دهد std::to_string تبدیل در دوم format زنگ زدن. بدون قالب، C++ printf عبارتی که سعی می کند یک عدد را به صورت رشته ای مانند مورد دوم چاپ کند format تماس رفتار نامشخصی خواهد داشت و می تواند برنامه را خراب کند یا زباله چاپ کند. تابع جاوا فقط می تواند یک عدد را به عنوان یک رشته در اولی در نظر بگیرد format تماس بگیرید و آن را مستقیماً به عنوان یک عدد صحیح هگزادسیمال قالب بندی نمی کند. این یک مثال بی اهمیت است، اما توانایی C++ را برای انتخاب یک الگوی تخصصی برای مدیریت هر شیء کلاس دلخواه بدون تغییر کلاس یا کلاس آن نشان می دهد. format عملکرد. ما می‌توانیم با استفاده از بازتاب به جای ژنریک خروجی را در جاوا به درستی تولید کنیم، اگرچه این روش کمتر توسعه‌پذیر است و بیشتر مستعد خطا است.

انعکاس

در جاوا، این امکان وجود دارد که (در زمان اجرا) جزئیات ساختاری مانند اعضایی که در یک کلاس یا کلاس در دسترس هستند را پیدا کنید. این ویژگی انعکاس نامیده می شود، احتمالاً به این دلیل که مانند نگه داشتن یک آینه در مقابل جسم برای دیدن آنچه در داخل آن است است. (اطلاعات بیشتر را می توانید در Oracle پیدا کنید اسناد بازتابی.)

C++ بازتاب کاملی ندارد، اما C++ مدرن ارائه می دهد اطلاعات نوع زمان اجرا (RTTI). RTTI امکان تشخیص زمان اجرا انواع شی خاص را فراهم می کند، اگرچه نمی تواند مانند اعضای شیء به اطلاعات دسترسی پیدا کند.

مدیریت حافظه

یکی دیگر از تفاوت های مهم بین C++ و جاوا مدیریت حافظه است که دارای دو رویکرد اصلی است: دستی، که در آن توسعه دهندگان باید حافظه را به صورت دستی پیگیری و آزاد کنند. و خودکار، که در آن نرم افزار ردیابی می کند که کدام اشیاء هنوز برای بازیافت حافظه استفاده نشده استفاده می شوند. در جاوا، یک مثال است مجموعه زباله.

جاوا به حافظه جمع‌آوری‌شده نیاز دارد، مدیریت حافظه آسان‌تر از رویکرد دستی و حذف خطاهای آزادسازی حافظه که معمولاً به آسیب‌پذیری‌های امنیتی کمک می‌کنند، ارائه می‌کند. C++ مدیریت خودکار حافظه را به صورت بومی ارائه نمی دهد، اما از نوعی جمع آوری زباله به نام پشتیبانی می کند اشاره گرهای هوشمند. اشاره گرهای هوشمند از شمارش مرجع استفاده می کنند و در صورت استفاده صحیح، ایمن و کارآمد هستند. C++ همچنین ویرانگرهایی را ارائه می دهد که منابع را پس از تخریب یک شی پاکسازی یا آزاد می کنند.

در حالی که جاوا فقط تخصیص پشته را ارائه می دهد، C++ از هر دو تخصیص پشته (با استفاده از new و delete یا سی قدیمی تر malloc توابع) و تخصیص پشته. تخصیص پشته می تواند سریعتر و ایمن تر از تخصیص پشته باشد زیرا پشته یک ساختار داده خطی است در حالی که پشته مبتنی بر درخت است، بنابراین تخصیص و انتشار حافظه پشته بسیار ساده تر است.

یکی دیگر از مزایای C++ مربوط به تخصیص پشته، یک تکنیک برنامه نویسی است که به عنوان Resource Acquisition Is Initialization (RAII) شناخته می شود. در RAII، منابعی مانند ارجاعات به چرخه حیات شی کنترل کننده خود مرتبط هستند. منابع در پایان چرخه زندگی آن شی از بین خواهند رفت. RAII نحوه عملکرد نشانگرهای هوشمند C++ بدون عدم ارجاع دستی است— اشاره گر هوشمندی که در بالای یک تابع به آن ارجاع داده می شود، پس از خروج از تابع، به طور خودکار از ارجاع خارج می شود. اگر این آخرین اشاره به اشاره گر هوشمند باشد، حافظه متصل نیز آزاد می شود. اگرچه جاوا الگوی مشابهی را ارائه می دهد، ناجور تر است از RAII C++، به خصوص اگر نیاز به ایجاد چندین منبع در یک بلوک کد داشته باشید.

عملکرد زمان اجرا

جاوا عملکرد زمان اجرا خوبی دارد، اما C++ همچنان تاج را در اختیار دارد زیرا مدیریت دستی حافظه سریعتر از جمع آوری زباله برای برنامه های کاربردی دنیای واقعی است. اگرچه جاوا می تواند در برخی از موارد گوشه ای بهتر از C++ عمل کند گردآوری JIT، C++ برنده اکثر موارد غیر پیش پا افتاده است.

به طور خاص، کتابخانه حافظه استاندارد جاوا در مقایسه با کاهش استفاده C++ از تخصیص heap، جمع‌آوری زباله را با تخصیص‌های خود بیش از حد کار می‌کند. با این حال، جاوا هنوز نسبتاً سریع است و باید قابل قبول باشد، مگر اینکه تأخیر یک نگرانی اصلی باشد – به عنوان مثال، در بازی ها یا برنامه های کاربردی با محدودیت های زمان واقعی.

مدیریت ساخت و بسته بندی

چیزی که جاوا در عملکرد کم دارد، سهولت استفاده را جبران می کند. یکی از مؤلفه‌هایی که بر کارایی توسعه‌دهنده تأثیر می‌گذارد، مدیریت ساخت و بسته است – نحوه ساختن پروژه‌ها و آوردن وابستگی‌های خارجی به یک برنامه. در جاوا ابزاری به نام ماون این فرآیند را در چند مرحله ساده ساده می کند و با بسیاری از IDE ها مانند ایده IntelliJ.

با این حال، در C++، هیچ مخزن بسته استانداردی وجود ندارد. حتی یک روش استاندارد برای ساخت کد ++C در برنامه‌ها وجود ندارد: برخی از توسعه‌دهندگان Visual Studio را ترجیح می‌دهند، در حالی که برخی دیگر از CMake یا مجموعه‌ای از ابزارهای سفارشی دیگر استفاده می‌کنند. علاوه بر افزودن به پیچیدگی، برخی از کتابخانه‌های تجاری C++ دارای فرمت باینری هستند و هیچ راه ثابتی برای ادغام آن کتابخانه‌ها در فرآیند ساخت وجود ندارد. علاوه بر این، تغییرات در تنظیمات ساخت یا نسخه های کامپایلر می تواند باعث ایجاد چالش هایی در کارکرد کتابخانه های باینری شود.

مبتدی دوستی

اصطکاک مدیریت ساخت و بسته تنها دلیلی نیست که C++ برای مبتدیان بسیار کمتر از جاوا است. یک برنامه نویس ممکن است در اشکال زدایی و استفاده ایمن از C++ مشکل داشته باشد، مگر اینکه با C، زبان های اسمبلی یا عملکرد سطح پایین کامپیوتر آشنا باشد. C++ را مانند یک ابزار برقی در نظر بگیرید: می تواند کارهای زیادی انجام دهد اما در صورت استفاده نادرست خطرناک است.

رویکرد مدیریت حافظه جاوا نیز بسیار بیشتر از ++C قابل دسترسی است. برنامه نویسان جاوا لازم نیست نگران آزاد کردن حافظه شی باشند زیرا زبان به طور خودکار از آن مراقبت می کند.

زمان تصمیم گیری: C++ یا جاوا؟

فلوچارت با رنگ آبی تیره
راهنمای گسترده ای برای انتخاب بهترین زبان برای انواع مختلف پروژه.

اکنون که تفاوت های بین C++ و جاوا را عمیقا بررسی کردیم، به سوال اصلی خود باز می گردیم: C++ یا Java؟ حتی با درک عمیق این دو زبان، هیچ پاسخی برای همه وجود ندارد.

مهندسان نرم افزاری که با مفاهیم برنامه نویسی سطح پایین آشنا نیستند، ممکن است بهتر باشد جاوا را زمانی که تصمیم را به C++ یا جاوا محدود می کنند، انتخاب کنند، به جز برای زمینه های بلادرنگ مانند بازی. از سوی دیگر، توسعه دهندگانی که به دنبال گسترش افق های خود هستند، ممکن است با انتخاب ++C بیشتر بیاموزند.

با این حال، تفاوت های فنی بین C++ و جاوا ممکن است تنها یک عامل کوچک در تصمیم گیری باشد. انواع خاصی از محصولات نیاز به انتخاب خاصی دارند. اگر هنوز مطمئن نیستید، می‌توانید به فلوچارت مراجعه کنید – اما به خاطر داشته باشید که ممکن است در نهایت شما را به زبان سوم راهنمایی کند.



منبع

Matthew Newman

Matthew Newman Matthew has over 15 years of experience in database management and software development, with a strong focus on full-stack web applications. He specializes in Django and Vue.js with expertise deploying to both server and serverless environments on AWS. He also works with relational databases and large datasets
[ Back To Top ]