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冒号课堂§6.2:平台语言

冒号课堂

第六课 语言简评(2)

6.2 平台语言——先搭台后唱戏

郑晖

摘要

简谈Java和C#


大巧在所不为,大智在所不虑

《荀子•天论篇》

!预览

  • Java的目的是让一种语言在多种平台上运行,而C#(.NET)的目的是让多种语言在一种平台上运行

  • 两个平台语言(Java和C#),一个重在语言,让语言向平台扩散;一个重在平台,让平台来凝聚语言

  • C++提供了一马平川的大路,也提供了陷阱密布的小道;Java则在大路上铺设水泥,同时封锁了捷径小道;C#同样填平了大路上的坑坑洼洼,但把一些小道上“此路不通”的牌子悄悄换成了“此路危险”

?提问

  • 在C++的基础上,Java 与C#作了哪些改进?

  • Java与C#在设计理念上有何不同?

  • Java与C#是如何互相借鉴的?

  • Java与C#为什么擅长企业应用开发?它们能作系统开发语言吗?

:讲解

逗号提出:“现在应该到了Java时间吧。”

冒号顺水推舟:“下面谈论的重心从刚才的系统语言转到平台语言——Java和C#。”

问号听得一头雾水:“平台语言?Java不是平台无关的语言吗?”

“平台的意义很广,可以是硬件平台,可以是软件平台,也可以是二者的结合。”冒号解释道,“你说的‘平台’主要指硬件和操作系统平台,而我说的‘平台’指的是运行环境平台。当然这两种平台是密不可分的,Java与C#之所以能独立于前一种平台,正因为它们自带了后一种平台。具体地说,Java运行于以Java Virtual Machine(JVM) 为核心的Java平台,而C#运行于以Common Language Runtime(CLR)为核心的.NET平台。”

句号打了个比方:“这就好比在不同的山路上铺设相同的沥青,车子跑到哪儿都没区别了。”

“是这么个理儿。”冒号表示同意,“从传承的角度看,二者皆为基于C++之上的改进,剔除了其中易于出错或不易掌握的语法特征。我们先来看看它们区别于C++的共同之处。首先,二者均编译成与机器无关托管码(managed code)或称字节码(bytecode),运行于虚拟机(virtual machine)之上。其次,禁用或限用指针并支持自动垃圾回收,由此极大地解放了程序员的生产力。起初这种做法并不是没有争议的,但随着机器性能的提高以及软件规模的扩大,对软件的健壮性、安全性和生产率的要求超过了对运行效率的要求,屏蔽指针和自动内存管理逐渐得到认同。尽管如此,指针运算和手动内存管理对于系统软件和在性能、实时性方面要求极高的软件还是必不可少的。因为这个原因,C#还是留了一手:允许标有修饰符unsafe的代码包含指针操作。”

引号较起真来:“这是否意味着C#也能作为系统语言呢?”

“或许吧。”冒号淡淡地说,“C#的胃口很大,上管天、下管地、中间还要管空气。企业级应用和桌面应用自不必说,底层应用也不放过。早在2003年,微软研究院就开始了用C#开发的名为Singularity的操作系统研究项目,另外还有SharpOS、Cosmos等开源操作系统。虽然它们目前仅用于研究,但不难看出C#的勃勃野心。说起来这也不新鲜,1998年Sun就搞了个针对嵌入式系统的JavaOS,可惜没能成功,后为Java ME所取代。”

轮到叹号糊涂了:“刚才还说Java和C#是平台语言,怎么又同C和C++一样当系统语言来用了呢?”

冒号释疑:“Java可通过JNI调用C、C++等程序;C#可通过P/Invoke访问系统API,加之保留了指针操作,用于系统编程更加方便。其实一种语言胜任多种领域并不难,难的是在每个领域都独占鳌头。可问题是,有谁不乐见自己支持的语言被广泛应用呢?无论是微软还是Sun,他们都会竭尽所能地将自己的语言扩张到每个角落。程序员作为语言的用户,虽然很多时候并没有选择语言的权力,但心中要有杆秤,可不要轻易被商家的广告迷惑啊。”

逗号不无自嘲地说:“秤倒是有一杆,就是不太准啊!”

有人“噗哧”笑出声来。

“多学习、多实践、多体悟,秤的精度自然会提高。” 冒号鼓励道,“如果自己没有足够的鉴别商品能力,建议从商家的竞争对手那里获取真实的信息。要看Java的优点,不要听Sun的一面之词,可以看看微软的C#模仿了Java的哪些特征,因为模仿是最高的赞扬;要看Java的缺点,可以看看C#摈弃了Java的哪些特征,可以听听微软对Java的批判——虽然可能过激,但一般也不会太离谱。此法同样适用于包括C#在内的其他语言。”

句号有所感慨:“这既是程序员之幸——语言之间可以互相取长补短,共同进步;也是程序员之不幸——往往不得不在众多语言中作艰难选择,或者多花精力学更多的语言。”

冒号一边点头一边接着说:“下面继续看看Java与C#的共性。借着刚才的话题,我们来看看C#与Java是如何互相学习的。”

引号举手插问:“C#到底更接近C++还是Java?”

“这是个有趣的问题。不妨这么说:C#看起来更像C++,用起来更像Java。C#借鉴了包括Java、C++、Delphi等在内的语言特征,其中Java的影响最大,但由于微软与Sun在Visual J++上的过节,宁愿强调与C++的关系而淡化与Java的关系[1]。C#的设计者Hejlsberg以前是Delphi和Visual J++的架构师,在一次访谈中首先声明C#不是Java的克隆,但从此话本身和他本人的背景都暗示了与Java千丝万缕的联系。例如,C#采用了大量与Java相同或相似功用却不同拼写的关键字。”冒号投影出一张表格(如表6-1所示)——

表6-1. Java与C#关键字的比较

Javasuperimportpackagesynchronizedinstanceofdeprecatedfinalnativeboolean
C#baseusingnamespacelockisobsoletesealedexternbool

“这是Java与C#关键字的不完全对照表。中立地看,C#的关键字似乎更简明,但明显避嫌的意义大过改进的意义。关键字只是一个缩影,那么C#究竟从Java那里学到了什么,相比于C++又有什么优势或特点呢?”冒号切换了幻灯片——

  • 更加安全——限用或禁用指针;检查字符串和数组的边界;增加类型安全;禁用未初始化的变量;增加了对资源的安全管理;

  • 更加简单——自动垃圾回收;废除了头文件和宏(macro);支持接口(interface);废除多继承以及非公开继承;摒弃了C++中一些生僻、难用的语法;

  • 更加中性——编译成机器无关代码;运行于统一平台;

  • 更加OO——不支持全局变量和自由函数;所有的类都可上溯到Object类;对象一般通过new分配在堆(heap)上;

  • 更加丰富——支持反射(reflection);支持并发编程;提供图形界面、网络编程、数据库、XML等API;

  • 更加标准——更好的Unicode支持;支持注释性文档;类或方法可以被废弃(deprecated);

问号就势而问:“Java向C#又借鉴了什么呢?”

冒号答道:“在Java1.5的增强特征中,有不少C#的影子。如增强版的for循环;可变长参数(varargs);自动装箱(autoboxing);类型安全的枚举(typesafe enum)等等。此外,支持元数据的的注释(annotation)与C#的特性(attribute)大同小异,C#从Delphi中引入的属性(property)也出现在Java 7的提案中。”

逗号双手一摊:“这么多相同之处,不如合并算了。”

“很傻很天真的想法。等它们合并了,估计世界也大同了。”冒号笑言,“它们之间的差别也不容忽视。C#重新捡起了C++中被Java抛弃的一些特征,可谓是对C++的否定之否定——除了支持引用类型(reference type)外,还支持值类型(value type)[2];除了按值传递(pass-by-value)外,还可按引用传递(pass-by-reference);支持操作符重载(operator overloading);在一定条件下保留指针和指针运算;所有的方法默认是非虚的(non-virtual);访问权限默认是私有的(private);将关键字‘extends’和‘implements’统一为‘:’;支持预处理指令(preprocessor directive);C#4.0还将引入可选参数(optional parameter)等等。公允地说,这些大都为明智之举。”

引号追问:“C#有什么独到之处吗?”

“C#并非一味地效仿其他语言,也有创新之举。曾在Visual J++中加入的委托(delegate)和相关的事件(event),如今可以堂而皇之地用在C#上,再不用担心被Sun告了。”冒号语带调侃,“C#还是第一个支持组件导向(Component-Oriented)的C族语言。除此之外,C#支持索引器(indexer)、版本控制(versioning)、XML注释、特色指令如#region、特色关键字如checked、yield等等,还引入了查询句法(query syntax)、匿名类型(anonymous type)、扩展方法(extension method)等新特征。还有一点不得不提,C#对函数式编程的支持力度逐渐加大:1.0的delegate可作为头等函数(first-class function),2.0的匿名delegate可作为闭包,3.0又引入了Lambda表达式,几乎可号称函数式语言了。及至C#4.0,进一步向动态语言靠拢,将引入关键字dynamic以支持动态类型和动态操作。”

叹号眉头微蹙:“听起来C# 比Java复杂多了,好像大杂烩。”

“当初Java对C++的改革的一个重要原则是:让语言变得简单而有亲和力,降低程序员门槛,提高软件生产效率。但如今Java已经不那么简单了,C#则更复杂,在某些方面较之C++也不遑多让。” 冒号语调转强,“以前人们试图在语言的威力(power)和生产率(productivity)中寻求最佳平衡点,现在似乎更想鱼与熊掌兼得。”

问号再次提问:“Java与C# 最大的区别是什么?”

“虽然同为平台语言,二者的设计理念还是有所不同的。Java的目的是让一种语言在多种平台上运行[3],而C#(.NET)的目的是让多种语言在一种平台上运行[4]。”冒号钟爱这种具有对称美的对比,“虽然理论上以C#为核心的.NET平台可以用在任何操作系统上,但千万不要指望微软会心甘情愿地提供Windows之外的实现[5],原因不言自明。而Sun的Solaris无法与Windows抗衡,最大的王牌就是Java语言,当然会致力于跨平台和面向Internet的应用,对桌面应用的投入相对较少。另外,Sun不像微软那样控制着包括C#、VB、C++/CLI、J#、JScript.NET等在内的多种语言,对跨语言的热情度相应也低得多。尽管Java能与Groovy、JRuby、JPython等以JVM为基础相互调用,不过与其说这是Java的初衷,不如说是自然发展的结果。因此两个平台语言,一个重在语言,让语言向平台扩散;一个重在平台,让平台来凝聚语言。在此并不想对两公司的商业策略评头论足,而是认为了解这种背景会对理解语言特征及其发展趋势有所裨益。编程语言绝非象牙塔中之物,实乃技术和商业合力推动的结果。”

逗号拖着怪腔:“原来如彼!”

众人大笑。

句号深思后问道:“可不可以这么理解:如果开发仅限于Windows平台的应用,C#是更好的选择,它一方面与Windows系统存在天然的纽带,另一方面可有效地利用.NET的包括ASP.NET、VB.NET、ADO.NET、Windows Forms、WPF、WCF、WF等在内的各种软件资源;如果开发不限于Windows的企业应用,则选择Java更合适?”

冒号微微颔首:“有一定道理,平台的确是语言选择的一个考虑因素。不过说起可利用的软件资源,Java毫不逊色。除了形形色色的开源框架和工具外,与动态语言如Groovy、Scala、Ruby、Python等也能严丝合缝。作为平台语言,Java和C#均有极为丰富的资源和极强的整合能力,背后又有大公司不遗余力的支持和推广,理所当然地成为大型企业应用的主流选择。”冒号匆匆作结,“关于Java与C#的比较暂时谈到这里[6],由于时间关系,我们不可能面面俱到,难免挂一漏万。许多概念术语只是点到为止,具体细节留待以后展开,暂且按下不表。总而言之,每种语言都为解决问题提供了一定的途经,C++、Java和C#的不同之处在于:C++提供了一马平川的大路,也提供了陷阱密布的小道;Java则在大路上铺设水泥,同时封锁了捷径小道;C#同样填平了大路上的坑坑洼洼,但把一些小道上‘此路不通’的牌子悄悄换成了‘此路危险’。”

,插语

  1. 在C#的语言规范(language specification)中,多处提到C和C++,但对Java只字不提。

  2. C#保留了C++中的struct关键字作为值类型,以区别于class所代表的引用类型。

  3. 此处的平台主要指操作系统。另外,近来Java平台也大有凝聚其他语言的倾向,尤以Groovy、Ruby、Python、Scala等动态语言为代表。

  4. 严格来说应当是“.NET 的目的是让多种语言在一种平台上运行”。文中说法是因为C#是本节的谈论主体,并且作为.NET的核心语言,其设计也遵循该理念。

  5. Novell公司开发的Mono项目是.NET平台的一种开源实现,可以在Windows以外的操作系统如Unix、Linux、Mac OS X等上运行。

  6. 参考文献【3】和【4】对Java和C#进行了非常详尽的比较。

。总结

  • 相比C++,Java与C#更加安全(限用指针、数组边界检查、类型安全、资源管理等)、简单(自动垃圾回收、废除多继承和头文件等)、中性(编译成机器无关的字节码,运行于虚拟机)、OO(无全局变量和函数等)、丰富(支持反射和并发编程、更完备的API等)、标准(注释性文档、更好的Unicode支持等)。

  • Java的目的是让一种语言在多种平台上运行,而C# (.NET)的目的是让多种语言在一种平台上运行。Java重在语言,让语言向平台扩散;C#重在平台,让平台来凝聚语言。

  • 虽然系统开发并非Java与C#的禁区,它们更多地还是用于企业级应用开发。丰富的资源、强大的整合能力和巨头公司的鼎力支持是它们得天独厚的优势。

  • 编程语言的发展是技术和商业合力推动的结果。

“”参考

  1. Jesse Liberty.Programming C#, 2nd ed..Sebastopol, CA:O’Reilly,2002

  2. Ecma International.Standard ECMA-334(C# Language Specification, 4th ed.).http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-334.pdf

  3. Dare Obasanjo.A COMPARISON OF MICROSOFT’S C# PROGRAMMING LANGUAGE TO SUN MICROSYSTEMS’ JAVA PROGRAMMING LANGUAGE.http://www.25hoursaday.com/CsharpVsJava.html

  4. Wikipedia.Comparison of Java and C Sharp.http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_Java_and_C_Sharp

  5. Mads Torgersen.New features in C# 4.0.http://code.msdn.microsoft.com/csharpfuture/Release/ProjectReleases.aspx?ReleaseId=1686

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