深入解析 C 与 C++ 的核心差异与特性对比

3. 关键区别详解

3.1 面向对象支持

C 语言没有内置的面向对象支持，虽然可以通过结构体和函数指针进行模拟，但缺乏真正的封装和多态机制。 C++ 则提供了完整的面向对象体系，包括类与对象、单继承与多继承、虚函数实现的多态，以及 public/private/protected 访问控制带来的封装性。

3.2 内存管理

// C 语言：手动管理
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
    /* 错误处理 */
}
// ... 使用 arr ...
free(arr);

// C++：多种管理方式
// 1. 手动管理（类似 C）
int* arr = new int[10];
delete[] arr;

// 2. 智能指针（自动管理）
#include <memory>
std::unique_ptr<int[]> smartArr(new int[10]); // 自动释放内存

// 3. RAII（资源获取即初始化）
class FileHandle {
    FILE* file;
public:
    FileHandle(const char* filename) : file(fopen(filename, "r")) {}
    ~FileHandle() { if (file) fclose(file); }
};

3.3 类型系统

C 的类型系统相对较弱，允许较多的隐式类型转换。而 C++ 拥有更强的类型安全性，支持 const 正确性、引用类型、类型安全的转换操作符以及运行时类型信息（RTTI）。

3.4 标准库

C 的标准库主要为函数集合，如 <stdio.h> 用于输入输出，<stdlib.h> 提供通用工具，<string.h> 处理字符串，<math.h> 负责数学运算。 C++ 的标准库则丰富得多，STL 提供了容器、算法和迭代器，iostream 支持流式 IO，std::string 简化了字符串操作，还有智能指针和异常处理类。

3.5 函数特性

// C++ 特有的函数特性
// 1. 函数重载
void print(int x);
void print(double x);
void print(const std::string& s);

// 2. 默认参数
void func(int a, int b = 10, int c = 20);

// 3. 内联函数
inline int square(int x) {
    return x * x;
}

// 4. 引用参数
void swap(int& a, int& b) {
    int temp = a; a = b; b = temp;
}

3.6 性能考虑

两者都编译为本地机器码，都能直接访问硬件，在基础逻辑上性能相近。不过，C++ 若大量使用 RTTI、异常或虚函数表查找，可能会带来额外开销。反之，C++ 的内联函数、模板编译期优化及 RAII 也能减少资源泄漏和调用开销。

3.7 应用场景

适合使用 C 的场景：嵌入式系统开发、操作系统内核、需要极致性能或最小内存占用的场景、与硬件紧密交互的程序、以及与多种语言简单交互的库。

适合使用 C++ 的场景：大型应用程序开发、游戏引擎、图形应用程序、高性能服务器等。

3.8 互操作性

C++ 可以调用 C 代码，通过 extern "C" 链接规范避免名称修饰问题：

extern "C" {
#include "c_library.h"
}
// 可以直接调用 C 函数

C 端也可以调用 C++ 代码，通常由 C++ 端暴露 C 风格的接口：

// C++ 端：创建 C 接口
extern "C" {
void* create_cpp_object() {
    return new MyCppClass();
}
void use_cpp_object(void* obj) {
    static_cast<MyCppClass*>(obj)->method();
}
void delete_cpp_object(void* obj) {
    delete static_cast<MyCppClass*>(obj);
}
}

4. C 和 C++ 其他重要区别

4.1 函数与函数重载

C 不支持函数重载，同名函数会导致编译错误。C++ 则支持，编译器会根据参数列表区分不同版本。

// C++ 支持函数重载
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

4.2 引用 vs 指针

C 只有指针，需要通过解引用操作。C++ 引入了引用，语法更简洁且更安全。

// C 风格
void swap_c(int* a, int* b) {
    int temp = *a; *a = *b; *b = temp;
}

// C++ 风格
void swap_cpp(int& a, int& b) {
    int temp = a; a = b; b = temp;
}

int main() {
    int x = 10, y = 20;
    // C 风格
    swap_c(&x, &y);
    // C++ 风格（更安全）
    swap_cpp(x, y);
    return 0;
}

4.3 命名空间

C 没有命名空间概念，全局变量容易冲突。C++ 的命名空间有效避免了这种冲突。

namespace MyLib {
    int version = 1;
    class Data {
        // ...
    };
}

namespace YourLib {
    int version = 2; // 不会冲突
}

int main() {
    std::cout << MyLib::version << std::endl;
    std::cout << YourLib::version << std::endl;
    return 0;
}

4.4 输入输出

C 使用 printf/scanf 系列函数，基于格式字符串。C++ 使用流对象 cin/cout，类型安全且易于扩展。

// C 风格
#include <stdio.h>
int c_style() {
    int a;
    printf("请输入一个数字：");
    scanf("%d", &a);
    printf("你输入的是：%d\n", a);
    return 0;
}

// C++ 风格
#include <iostream>
int cpp_style() {
    int a;
    std::cout << "请输入一个数字：";
    std::cin >> a;
    std::cout << "你输入的是：" << a << std::endl;
    return 0;
}

4.5 布尔类型

C 语言早期没有 bool 类型（C99 引入 _Bool），通常用整数代替。C++ 则有内置的 bool 类型。

// C 语言没有 bool 类型（C99 有 _Bool）
#include <stdbool.h>

// C++ 有内置的 bool 类型
bool cpp_bool = true;
if (cpp_bool) {
    // ...
}