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
大巧在所不为，大智在所不虑 ——《荀子·天论篇》
关键词：平台语言,Java,C#,C++
摘要：简谈Java和C#
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· 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的托管码（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，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——
Java |
super |
import |
package |
synchronized |
instanceof |
deprecated |
final |
native |
boolean |
C# |
base |
using |
namespace |
lock |
is |
obsolete |
sealed |
extern |
bool |
“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——支持自省（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（支持自省和并发编程、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
