C、Python、C++、Java的对比

C、Python、C++、Java的对比

从单个语言介绍

C

C语言是最早的高级语言之一，只支持面向过程，不支持面向对象编程。C语言对类型要求严格，同时又允许强制类型转换（不论从逻辑上是否正确），这需要对内部原理非常熟悉。例如，有8个标志量（只有真、假之分），要节约空间，写在一个字节中，现要判断从高位到低位第2个标志量是否为真，代码如下：

char flags;
// ... 初始化flags的值
if (flags & 0x80){
    /* 标志为真 */
} else {
    /* 标志为假 */
}

这就应用了char（一个字节）在内存中按位存储的特性。0x80即二进制01000000，按位与运算，消除其它位，保留高位第2位数据。
这就意味着，C语言在高级语言中非常贴近硬件，适合做一些底层的工作，例如单片机设计（也可用汇编）、操作系统等；或是对运行速度要求高的，例如巨量数学运算等。

Python

Python是在C的基础上建立起来的。它使用了字节码的形式，使得其代码在大多数情况下可以直接跨平台使用。Python最大的特点是基本不进行类型检查。Python的底层实现中，将每一个Python对象，甚至是每一个类型都声明为PyObject*，这种统一使得Python的类型要求较低。例如对于同一个函数的同一个参数，您既可以传入一个整数（例如0），也可以传入一个浮点数（例如3.14），也可以传入您自定义的对象（例如Student("小明")），甚至一个对象（例如int）。
Python还有一大优点在于，您不用考虑溢出的问题。一方面，对于数值类的基本类型，如int和float类型，Python底层会根据实际需要分配内存空间，无须考虑溢出。另一方面，Python的Iterable派生出的可迭代类型很多，它们的内存空间也在运行时根据需要动态确定。
但是，正因为上文所述的表达式的统一，使得Python的运行速度较慢。当然，这只是其中一个原因，还有一个原因是Python内部使用了全局解释器锁（Global Interpreter Lock, GIL）。前者是把“双刃剑”，既有好处又有坏处，而后者的问题至今尚未解决。

C++

C++也是从C派生来的，但C++是编译型的语言，可编译为机器码，这使得与Python相比C++的运行速度高出几十倍。实际上，C++的运行速度与C相比差不多。
C++的一大特点在于引入了面向对象编程的思想。C++中使用类的概念，并且类的几大特征（例如封装、继承、多态等）都比较完备。
C++还有一大优点是它比较灵活。C++允许对自定义类型重新定义它的属性，甚至是运算符。
但是，要完全学会C++是非常困难的。C++中有很多很少使用的概念（例如友元friend）。这些一般使用很少。

Java

Java的运行方式与Python相似，使用了字节码。但从类型上讲，Java仍然对类型严格检查，并且在强制类型转换中也会检查其逻辑性。
Java在编译阶段进行词法检查、语法检查和静态类型检查，通过后编译为Java字节码。Java也允许您捕捉异常。
Java的一大特点在于它的代码由类构成。也就是说，类是构成Java程序的基本单位。Java的类也拥有封装、继承、多态等性质，也有公开(public)、私有(private)和保护(protected)三类访问权限，在接口封装方面做得相对较好。
Java有一点令人满意，它在于一个方法允许仅通过参数类型进行重载。例如void print(String s)和void print(int i)便是实现了重载。另外Java还允许在对象创建时进行个性化设置。例如：

new Thread(new Runnable(){
    void run(){
        System.println("running");
    }
}.start()

线程(thread)创建时给的参数为一个可执行对象(runnable object)，在创建这个对象时，为run方法进行了个性化设置。

从不同领域对比

底层

由于Python和Java使用字节码，需要平台上的虚拟机支持，距离硬件较远，通常不用于底层，而使用C或C++。两者相较而言，C更低一层。前面提到，操作系统通常使用C，因为C可以直接与汇编链接；而应用程序库既可使用C，也可使用C++。例如有名的图形库OpenCV、Qt均是使用了C++。

移动开发

在移动应用开发领域，Java占绝对优势：Android应用绝大多数使用Java进行开发。
但是，随着技术的发展，C++也开始应用于移动开发中。您既可以在Android程序中添加基于C++的Activity，也可直接使用Qt+Qt Creator等集成环境直接由C++用户代码生成Android应用。
另外有一些比较小众的方法，可以使用Python生成Android程序，但在实际开发中几乎没有这类实例。
当然，除了这里对比的几种语言之外，在.NET Framework的支持下，C#也可以进行移动开发。

PC应用程序

PC应用程序类涉及的范围较广。一般来说，针对特定用户的特殊程序，例如命令行应用程序，通常使用C/C++开发，而其它方面，各类语言均占有一定的分量。

数学与统计

数学和统计是Python的绝对优势。Python社区提供了大量的第三方模块，例如numpy（数学工具）、sympy（符号计算）、pandas（各类数据处理）、maplotlib（Python支持，科学图像）等。几乎所有的数学计算和统计均能用Python高效地完成。
另外，C语言也占有一定的比例。一方面利用C语言的速度优势，另一方面利用C和Python交互编程，优势互补。