C与C++兼容性，差异何在？

C++ 并非 C 的超集，但它在设计之初就致力于与 C 高度兼容，并在此基础上增加了面向对象、泛型编程等现代特性，理解它们之间的“兼容”与“不兼容”之处，对于编写高质量、可移植的代码至关重要。

核心观点：兼容性是目标，但不是绝对

可以把 C++ 看作是 C 的一个“扩展和进化版本”，大部分标准的 C 代码可以在 C++ 编译器下直接编译运行,但存在一些关键的差异和不兼容点。

兼容的部分（C++ 继承自 C 的特性）

C++ 保留了 C 语言的核心特性,这部分代码通常是兼容的。

1. 基本语法：

   • 数据类型（int, char, float, double, void）
   • 运算符（算术、关系、逻辑、位运算等）
   • 控制流（if-else, for, while, do-while, switch-case, goto, break, continue）
   • 函数定义和调用方式

2. 内存管理：

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 栈上分配的变量（与 C 相同）
   • C 风格的堆内存管理：malloc(), calloc(), realloc(), free()，在 C++ 中，这些函数仍然可用，并且可以与 C++ 的 new/delete 混用（但不推荐，容易导致内存管理混乱）。

3. 预处理指令：

   • #include, #define, #ifdef, #ifndef, #endif, #if, #else 等宏和条件编译指令在 C++ 中都有效。

4. 标准库：

   • C++ 标准库包含了 C 标准库的大部分内容，通常位于 <cname> 头文件中（C 的 <stdio.h> 在 C++ 中是 <cstdio>）。
   • printf(), scanf(), fopen(), fclose(), strlen(), strcpy(), malloc(), free() 等函数在 C++ 中依然可用。

示例：兼容的代码 这段代码在 C 和 C++ 中几乎完全一样,可以无缝编译。

// compatible.c / compatible.cpp
#include <stdio.h> // 或 #include <cstdio>
#define PI 3.14159
int main() {
    int radius = 5;
    float area = PI * radius * radius;
    if (radius > 0) {
        printf("The area of a circle with radius %d is: %f\n", radius, area);
    } else {
        printf("Radius must be positive.\n");
    }
    return 0;
}

不兼容和存在差异的部分（“坑”所在）

这是最需要注意的地方，直接将 C 代码拿到 C++ 编译器中编译,可能会遇到错误或意想不到的行为。

关键字

C++ 引入了许多新的关键字，这些在 C 中是有效的标识符，但在 C++ 中是保留字，不能用作变量名、函数名等。

示例：不兼容

// C 中合法，C++ 中非法
int class = 10; // 错误：'class' 是 C++ 关键字

类型检查更严格

C++ 是强类型语言，其类型检查比 C 更严格。

• *`void的使用**：在 C 中，void类型的指针可以不经转换就赋值给任何其他类型的指针，在 C++ 中，void必须先进行static_cast或reinterpret_cast` 转换才能赋值给其他类型的指针。

  // C 中合法
  void* ptr;
  int* int_ptr = ptr; // C++ 中会报错
  // C++ 中必须这样写
  int* int_ptr = static_cast<int*>(ptr);

• 隐式类型转换：C++ 对隐式类型转换的限制更多,以防止意外的数据丢失。

  // C 中可能合法（有警告），C++ 中更严格
  // 将 double 赋给 float 可能需要 explicit cast

struct 和 union 的差异

在 C 中，struct 和 union 定义的类型是独立的，访问其成员需要使用 或 ->。 在 C++ 中，struct 和 union 被视为类，除了默认访问权限是 public 外，还可以包含成员函数、构造函数、析构函数等。

函数声明

在 C++ 中，你可以不写函数的参数名，只写类型。 在 C89 标准中，函数声明也必须省略参数名，但在 C99 标准中，要求与函数定义中的参数名保持一致（或者省略），这在不同标准下行为不同，但 C++ 的规则是明确的。

const 的语义

这是两者一个非常重要的区别：

• 在 C 中：const 变量的值可以通过指针来修改。const 只是一个“编译期提示”,并不保证变量在运行时不可变。

• 在 C++ 中：const 变量是真正的“常量”，存储在只读内存区。任何试图直接或间接修改它的行为都是非法的，C++ 的类型系统会对此进行检查。

  // C 代码
  int main() {
      const int c = 10;
      int* p = (int*)&c; // 强制转换
      *p = 20; // 在 C 中，这通常可以成功修改 c 的值
      printf("c = %d\n", c); // 输出可能是 20
      return 0;
  }
  // C++ 代码
  // int main() {
  //     const int c = 10;
  //     int* p = (int*)&c;
  //     *p = 20; // 编译器可能不会报错，但行为是未定义的
  //     // 更严格的情况下，编译器会拒绝这种转换
  //     printf("c = %d\n", c); // c 的值保证是 10
  //     return 0;
  // }

bool 类型

C++ 引入了 bool 类型，其值为 true 和 false，在表达式中，true 转换为 1，false 转换为 0。 在 C 中，没有内置的 bool 类型，通常用 int 代替（0 为假，非零为真）。

main 函数

虽然两者通常都是 int main()，但 C++ 标准规定 main 函数的返回类型必须是 int，这是强制的，而一些旧的 C 编译器可能允许 void main()。

C++ 对 C 的扩展和增强

除了兼容性，C++ 最重要的价值在于其扩展。

1. 面向对象编程：

   • 类：封装数据和行为。
   • 继承：创建可重用的代码层次结构。
   • 多态：通过虚函数和继承实现“同一接口，不同行为”。

2. 泛型编程：

   • 模板：允许编写与类型无关的代码，std::vector, std::list 等容器。

3. 标准模板库：

   提供了大量预先编写好的高质量数据结构（容器）和算法,极大地提高了开发效率。

4. 异常处理：

   • try, catch, throw 提供了结构化的错误处理机制，比 C 中的 errno 和返回值更强大、更清晰。

5. 命名空间：

   • namespace 解决了大型项目中名称冲突的问题。

6. RAII (Resource Acquisition Is Initialization)：

   • 这是 C++ 的核心设计哲学，资源的获取（如内存、文件句柄、锁）与对象的构造绑定，资源的释放与对象的析构绑定，这是智能指针（std::unique_ptr, std::shared_ptr）和 C++ I/O 流（std::ifstream）等现代 C++ 特性的基础,能有效避免资源泄漏。

如何混合编译 C 和 C++ 代码？

在实际项目中，我们常常需要将现有的 C 库集成到 C++ 项目中，或者反之，这涉及到链接规范的问题。

C++ 支持函数重载，C++ 编译器会对函数名进行名称修饰（Name Mangling），即在函数名中加入参数类型等信息，以便区分重载的函数，而 C 编译器不会进行这种修饰。

直接链接 C 和 C++ 的目标文件会失败，因为 C++ 编译器在寻找 foo(int) 时，会去查找一个像 _Z3fooi 这样的符号，而 C 库中只有 foo。

解决方案是使用 extern "C" 告诉 C++ 编译器：“这部分代码使用 C 的链接规范，不要进行名称修饰”。

场景1：在 C++ 中调用 C 函数或使用 C 头文件

// my_c_library.h (C 头文件)
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
    int add(int a, int b);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
// my_c_library.c (C 实现)
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
// main.cpp (C++ 使用)
#include "my_c_library.h"
#include <iostream>
int main() {
    std::cout << "add(3, 4) = " << add(3, 4) << std::endl;
    return 0;
}

场景2：在 C 中使用 C++ 代码（非常罕见且复杂） 这通常需要创建一个 C 兼容的“包装层”，并将 C++ 的复杂实现隐藏起来，同样需要 extern "C"。

1. C++ 不是 C 的超集，但兼容了 C 的绝大部分核心语法。
2. 直接移植有风险：由于关键字、const 语义、类型检查等差异，将 C 代码不经修改就放入 C++ 编译器中编译,可能会失败或产生不同行为。
3. extern "C" 是桥梁：它是 C++ 与 C 代码互操作的关键,用于解决链接问题。
4. 优先使用 C++ 特性：在 C++ 项目中，应优先使用 new/delete、std::string、std::vector、RAII 等现代 C++ 特性，而不是混用 C 风格的代码，这能带来更好的安全性、可读性和效率。