大家好，我是爲人造的智能操碎了心的智能禪師。
今天帶來的文章，是 GitChat 簽約作者王曉華在不斷被讀者吐槽：“好好一本算法書爲什麼要用 C++ 來寫” 時，萬般無奈下憋出來的。
還真別說，面對疾風的時候，總能爆發出作者的鬥志來。所以本文特別的……長，以至於不得不提前跟大家說：TL;DR。
當然，說是這麼說，R 還是要 R 的。因爲這篇文章非常詳細的講述了用兩門語言在寫算法時候的優劣勢，非常值得一讀。
如果你剛好在學習算法，那麼文末也貼心的爲你準備了王曉華的算法課程，算法真的很好玩！
全文大約3000字。讀完可能需要下面這首歌的時間
?
好好一本算法書，爲什麼要用 c++ ？
儘管學習 Java 了很長時間，但是因爲工作的需要，很少用 Java 做過大型的項目，所以在公開算法實現的時候，我本能地選擇最擅長的 C++ 語言。我介紹算法用的例子都是用 C++ 編寫的，最終招致讀者吐槽：“好好的一本算法書，爲什麼要用 C++？”
兩種語言的對比會放在一起展示，如不做特殊說明，上面的代碼是 C++ 的實現方式，下面的是 Java 的實現方式。 C++ 語法層面使用的版本是 C++11之後的版本，Java 使用的標準是 Java6 之後的版本。
C++ 和 Java 語法特性的相似性
因爲歷史原因，同爲 C 語言家族的 Java 和 C++ 語言層面的相似性是有客觀基礎的。
我通常是這樣理解的：Java 是跨平臺的 C++，是一種更好的 C++（是不是有點拉仇恨的感覺）。
基本數據類型
C++ 的基本數據類型有：int、unsigned int、long、unsigned long、short、unsigned short、char、unsigned char、bool、float 和 double；
相應的，Java 也有 8 種基本數據類型，分別是：byte、short、int、long、float、double、char 和 boolean。
大部分情況下，兩種語言的基本數據類型可以根據下表進行一對一的轉換，但是也有差異，需要特別注意。
首先是 char，C++ 的 char 是 8 比特無符號整數，順便表示了 ASCII 字符；Java 的 char 是 16 比特，天生就可以表示寬字符集的字符。
另一個需要注意的是 long 類型，C++ 的 long 是不可移植類型，在不同的系統上其長度不一樣，可能是 32 位，也可能是 64 位，所以 C++ 程序員應儘量避免使用 long。
Java 的 long 比較單純，無論是 32 位的系統還是 64 位的系統，它都表示 64 位整數。
反過來，Java 會用 d 或 D 表示一個直接數字是 double 類型的浮點數，比如 200.0d 或（200.0D），但是 C++ 不支持，因爲 C++ 默認一個浮點型的直接數字就是 double 類型。
C++ 用字面量符號 f 或 F 表示一個直接數字是 float 類型浮點數，比如 250.1 f（或 250.1F），這一點 Java 也是一樣的。
C++ 用字面量符號 l 或 L 表示 long，用 UL 表示 unsigned long。
字符串
很多 C++ 程序員喜歡的用 char* 或 char 類型的數組存儲字符串，這其實是 C 語言用戶帶過來的習慣，我給出的 C++ 算法實現對字符串一般都用 std::string，對應 Java 的 String。
std::string 和 String 的用法對照如下表所示：
基本語法
雖然 Java 的語法和 C++ 十分地相似，但是語言層面還有一些不同。C++ 允許全局函數的存在，但是 Java 不允許，不過 Java 也留了個口子，就是用靜態成員函數。
Java 沒有指針，對象的傳遞和返回都是用的引用的方式，並且不需要像 C++ 那樣用 “&” 做特殊的語法標記。
大多數介紹 Java 的書籍開篇就是類和抽象，然後纔是基本的語法，這和 Java 上等人的氣質是一致的，連這都不會，咋做程序員？C++ 應該多提升一下氣質，少用點指針和全局函數。
不過本文是爲了對比 C++ 和 Java 的相似性，所以就從基本語法結構開始介紹。
運算符和賦值
二者的運算符幾乎一樣，甚至 “++” 和 “—” 運算符都一樣有前綴式和後綴式兩種形式，意義也一樣；運算符的優先級規則也是一樣的。
賦值語句兩者基本上是一樣的，看看每一行結尾的 “;” 你就知道它們有多相似。
條件判斷與循環
條件判斷方面，C++ 與 Java 的 if 語句、switch 語句用法都相同；邏輯表達式的結構和語法、邏輯運算符的優先級也都相同。
C++ 的三種基本循環方式是 while 循環、do…while 循環和 for 循環，Java 都支持，甚至連關鍵字和 break、continue 控制語句的意義也一樣。
C++11 版本引入了一種根據範圍循環的語法，一般理解和 Java 的增強 for 循環類似，比如這種 C++ 循環形式：
Java 與之對應的形式是：
C++ 的基於範圍的 for 循環也可用於 C++ 的標準庫對象，用於取代老舊的迭代器循環方式：
同樣，Java 的增強 for 循環也支持基於 Collection 的遍歷，理解起來不成問題：
傳統的 C++ 語言是用迭代器對標準庫的容器進行遍歷，比如：
C++ 的容器都有 begin() 和 end() 接口，分別得到起始位置的迭代器的值和結束位置的迭代器的值，很多標準庫的算法都會用到迭代器。
C++ 用當前迭代器的值是否等於 end() 代表的結束位置迭代器的值來判斷是否遍歷結束。
Java 的 Collection 也有迭代器的機制，Java 用 hasNext() 判斷是否遍歷結束。
C++ 直接用 “ * ” 提領迭代器，得到對象本身的引用，Java 用迭代器的 next() 接口得到對象本身的引用。以上 C++ 代碼可以翻譯成如下 Java 代碼：
除了以上的 for 循環語句，C++ 還支持 for_each() 形式的遍歷 + 處理操作，也是配合迭代器使用，for_each() 的前兩個參數是一對迭代器，代表循環的起始位置和結束位置。
第三個參數是一個可調用對象，即函數對象（C++11 版本之後，這個參數還可以是一個 Lambda 表達式），舉個栗子：
Java 沒有與之對應的泛型函數接口，但是 Java 的很多 Collection 都支持 forEach() 接口：
C++ 的 for_each()其實用起來並不好用，自從 C++11 之後，除了懷舊派 C++ 程序員，其他人應該很少會再用 for_each() 了，基於範圍的 for 循環簡直絲滑的不要不要的。
函數
C++ 的函數結構和 Java 也一樣，函數調用的形參和實參對應方式也一樣，也無需多做說明。
數組
C++ 和 Java 都支持原生數組，並且數組索引都是從 0 開始。
C++ 中定義數組的同時就分配了存儲空間，所以在定義時要指定長度，使用 new 動態申請內存時，要指定長度。
但是一種情況除外，那就是靜態初始化數組的形式，因爲此時編譯器知道需要多少空間存儲這些數據，如下是 C++ 定義數組的常用形式：
Java 如果僅僅是聲明一個數組，可以不指定長度，因爲此時並不分配存儲空間，需要分配空間的時候，用 new。與之對應的 Java 語言的形式是：
C++ 中二維數組的每一維長度必須相同，因爲 C++ 的二維數組實際上只是一塊連續的存儲空間而已，甚至可以用一維數組的下標遍歷全部二維數組的存儲空間。
Java 沒這要求，因爲 Java 的每一維都是可以單獨申請存儲空間的。但是二者在使用形式上是一樣的。C++ 定義和初始化二維數組一般有這幾種形式：
與之對應的 Java 語言初始化二維數組的形式是：
C++ 也支持動態內存形式的二維數組，一般有兩種使用方法，Java 都有與之對應的習慣用法：
與之對應的 Java 的方法是：
這代碼相似度很高。C++ 代碼最後要用 delete[] 手動釋放爲數組申請的內存，Java 是不需要的。
C++ 還可以利用二維數組在內存中是連續存儲這一特性，使用時用下標計算將一維數組當成二維數組使用，計算的方法是：a\[i]\[j] = b[i * 2 + j]，如下代碼示例：
遇到這樣的代碼，需要根據上述對應關係，小心地理解算法代碼的意圖。一些棋盤類遊戲通常喜歡用一維數組存儲二維的邏輯棋盤結構，好在 Java 也可以這麼做，轉換起來也沒什麼難度。
枚舉
與 C 相比，C++ 強化了類型差異，枚舉變量和整數變量之間不能互相賦值，但是使用方法依然是直接使用枚舉值，沒有限制域。
C++11 之後，開始支持強類型枚舉，這一點就和 Java 很像了，越來越像一家人了：
I/O 系統
C++ 代碼中一般用 std::cin 和 std::cout 進行控制檯的輸入和輸出。
也有一些半吊子 C++ 程序員會在 C++ 代碼中混用 C 語言的 printf() 打印輸出信息。
不過話說回來，很多語言都支持 printf 方式的格式化輸出，比如 Java、 Python，爲啥 C++ 就不能提供一個呢？比如以下代碼接受用戶輸入一個字符串和一個整數，並將其輸出出來：
將其翻譯成 Java，是這個樣子的：
上述代碼示例中，C++ 和 Java 的輸入分隔符都是空格或回車，如果希望輸入帶空格的一整行內容怎麼辦？
C++ 提供了 getline() 函數，getline() 會從緩衝區中取輸入流，直到遇到結束符。
結束符默認是 '\n'，實際上是 getline() 函數有三個參數，第三個參數可指定結束符：
Java 也有與之對應的 Buffer IO 方式，請看：
C++ 程序員有時候也會用 std::cin::get() 函數，這個函數也是從緩衝區中讀入一行，直到遇到結束符，和 getline() 函數一樣，這個函數也可以指定結束符，如果不指定，默認是'\n'。
但是 std::cin::get() 函數有個小個性，就是它不從緩衝區中讀出結束符，而是將結束符留在緩衝區中。
爲了適應它的這個小個性，C++ 程序員通常會在後面跟一個 get，將結束符讀出並丟棄掉，所以代碼看起來有點怪怪的：
理解了這一點，看懂 C++ 代碼也就不難了。當然，無論是 C++ 還是 Java，其 I/O 系統都非常複雜，有流式 I/O，也有緩衝區 I/O，操作的數據可以是控制檯 I/O，也可以是文件 I/O。
類和封裝
首先說說 C++ 的 struct，Java 沒有與之對應的相似物的，但是完全可以用 class 來替換這個概念。爲什麼這麼說呢？
因爲在 C++ 中，struct 的位置有點尷尬，它是個 POD 吧，但它的成員又可以用非 POD 的數據類型，比如 std::string，甚至還可以定義虛接口，一旦有了這些東西，它就算不上 POD 了，除了成員默認是公有之外，和 class 沒有太大差別。
在我看來，C++ 保留 struct 的主要意義是爲了兼容舊的 C 或 C++ 的庫，這些庫中很多接口用到了 struct，其次是純粹作爲一種 POD 的 value type 來使用。
我的算法代碼中也會用到 struct，大概是爲了懷舊吧，其實完全可以用 class 代替，當然也可以很容易地翻譯成 Java 的 class。來看個例子，對於這個 struct：
可以很輕鬆的轉成 class：
自從 C++11 發佈以後，我就覺得 C++ 和 Java 的 class 越來越像了，分開這麼多年後，C++ 終於也支持 final 和 override 了。
從語法層面看，二者的差異很小，就小規模的算法而言，也很少會用到繼承和重載之類的情況，所以，Java 程序員看懂 C++ 的 class 定義與實現一點都不難。
少有的一些差異，比如 C++ 的函數可以設置參數默認值，或者 C++ 的抽象機制採用的虛函數要使用 virtual 關鍵字等。先看一個典型的 C++ 類的定義與實現：
C++ 的類成員訪問控制採用分節控制，用 public: 或 protected: 作爲分節的標誌，如果沒有分節標誌的類成員，則是默認的 private: 控制。
C++ 的成員函數可以有默認值，並且構造函數也支持默認值。以 Bucket 類爲例，構造函數第二個參數默認值是 0，即在構造 Bucket 對象時，可以只確定一個參數 capicity，也可以在確定 capicity 參數的同時，確定 Bucket 的水量，比如：
Java 不支持參數默認值，但是可以通過重載函數解決這個問題，即增加一個只有 capicity 參數的構造函數：
C++ 沒有抽象基類的語法，但是又抽象基類的概念，一般當一個類中有一個純虛函數的時候，這個類是不能被直接實例化的，它就類似於是一個抽象基類，比如：
C++ 的函數有很多類型修飾，比如常見的 const，C++11 後新增了 final 和 override，但是 = 0 一直是一個比較奇怪的存在，它表明這個函數沒有實現，需要在派生類中實現，同時，也說明這個類是不能被實例化的。
對於這樣的機制，Java 可以理解爲這就是個抽象基類：
C++ 的繼承體系的語法與 Java 類似，只是語法形式上不同，Java 採用關鍵字：extends。
C++ 對於基類聲明的虛函數，繼承類中不需要再用 virtual 關鍵字修飾，當然，加了 virtual 關鍵字也沒錯誤。Java 也一樣，abstract 關鍵字再繼承類中可以省去。
從 Shape 抽象類派生一個 Circle 類，C++ 的典型代碼是：
Circle 構造函數後面的 :Shape(color)，表示對基類的初始化，對於 Java 語言來說，相當於調用 super(color)。
以上代碼翻譯成 Java 語言，應該是這樣的形式：
C++ 有時候也會將一個類聲明爲 final，意味着它不希望被其他類繼承，從語法上做了限制，比如：
有時候，是某個不希望被派生類重載，比如：
這些對於 Java 程序員來說，並不陌生，語法上只是 final 關鍵字的位置不同，理解上應該不存在任何問題。
總結
本文介紹了 C++ 和 Java 在基本語法層面的對應關係，因爲算法代碼涉及的語言方面深度有限，所以本文介紹的內容也比較基礎。