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🥭本文内容：浅谈C、Java与Python之间的小差异

@TOC

1.变量是什么

1.1 C认为变量应该是容器

传统的观点通常将变量比喻成容器，不同类型的容器储存不同的物质，就如同不同数据类型的变量存储不同类型的值一样。

人们用杯子装水，用篮子装菜，这一切都是这么正常。

C也是这样认为的，它认为变量就和这些容器一样，int类型的杯子就不能装double类型的菜，float类型的篮子就不能装char类型的水。

它也是这样做的，在C程序中，将不匹配的值赋值给变量是不合法的，这些值有的会被隐式转换，有的干脆就办不了，程序直接撂挑子不干了。

所以C中的变量分别鲜明，各尽其责，所有变量的空间在诞生时就被分配好，未来将要存储的数据也被注定。

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 10;
	float b = 3.14;
	char c = 'm';
	
	printf("a:%d, b:%f, c:%c", a, b, c);

	return 0;
}

1.2 Python认为变量应该是标签

Python并不认同以往的观点，它觉得传统的观点太刻板了，一个变量的未来不应该在它诞生之际就被限定死了，如同印度的种姓制度一样。

Python主张各变量之间的平等，变量可以存储任何类型的数据，Python也确实是这么做的。

a = 10
print(a)

a = 3.14
print(a)

a = "Hello World!"
print(a)

但一旦认为是变量存储数据后，存储空间的分配又成了困扰Python的难题，一向平等的它不知道该按照什么标准去分配空间，变量们将要存储的数据类型还未可知，如果现在平均分配空间必然会导致今后的一些问题。

Python冥思苦想，终于有一天它想出了一个神奇的构想，它不必将数据需要的空间分配给变量，它只用给变量留足存储自己的空间，而数据则单独找它认领空间，然后将数据空间的地址交给变量保管。这样一个完全不一样的分配制度和所有制度就出现了。

// C中的空间地址是与变量绑定的
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 10;
	printf("int型变量a的值为%d,地址为%p\n", a, &a);
	printf("int型变量b的值为%d,地址为%p\n", b, &b);

	a += 10;
	b += 10;
	printf("变化后变量a的值为%d,地址为%p\n", a, &a);
	printf("变化后变量b的值为%d,地址为%p\n", b, &b);

	return 0;
}

# Python中的空间地址是与值绑定的
a = 10
b = 10
print(f"变量a的值为{a},地址为{id(a)}")
print(f"变量b的值为{b},地址为{id(b)}")

a += 10
b += 10
print(f"变化后变量a的值为{a},地址为{id(a)}")
print(f"变化后变量b的值为{b},地址为{id(b)}")

1.3 Java认为我们不应该关心这个问题

Java打造了一台功能强大的虚拟机，即所谓的JVM，来帮我们解决包括存储空间分配在内的内存管理问题，涉及到内存的操作都由JVM来完成，程序员不用也不能直接操作内存。

Java担心我们不能合理分配利用空间，所以它用自己的方法解决了这个问题。

2.循环与迭代

2.1 传统的循环

C是三者中最年长的语言，它的循环也很具有代表性，循环结构是用来处理一系列相似的事物的，这种重复劳动是十分无趣的，所以C通常是数着数来统计重复的次数，然后看看什么时候能下班。

它使用一种自增运算来数数，用一个整型变量来存储次数，为了方便逐个的自增，它发明了i++和++i这种结构来简化命令，这样的运算也被后来的许多语言效仿。

#include <stdio.h>

int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)//经典的i++自增
	{
		printf("%d\n", i);
	}

	return 0;
}

2.2 继承与发展

Java也是一位比较老的语言，但它的资历没有C老，自身习惯上也受到C很大的影响，循环就是其中之一，C语言中的循环在它这里也能使用。

但它后来就发现了问题，传统的循环要在知道该重复多少次的时候才能按时结束，对于成堆的任务，Java有时候很难事先知道它们有多少。

Java后来发现，是它考虑的太多了，它根本没必要知道要做多少，甚至没必要统计自己现在做了多少了，对于固定量的任务，它只要让循环把它们都做完就行了，没有做完就继续做，做完了就可以提前下班。

于是Java规定了一个新的循环规则，即迭代循环。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = { 5, 3, 8, 4, 6, 1, 7, 2 };
        //迭代循环
        for (int item : numbers) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

这样的循环似乎并不比传统循环更难使用，但那时候的大多数语言还是以传统循环为主，包括我们的Java。

2.3 新的问题

在其他语言使用传统循环解决问题时，Python似乎有点愁眉苦脸，它又遇到了新的问题。

在之前对变量处理中，Python选择为值分配内存空间，而不是传统的只为变量分配空间。在进行重复工作时，工作的计数器会不断产生新的值，Python要为这些产生的新值都分配空间，在少量的重复工作时，Python感觉还能吃得消，但量级一大，Python就没有这么多空间可以分配了。

按照这种分配方式，计数器的每一次++自增都会产生一个新值，都需要为它分配内存空间，如果循环重复100次，它就要消耗100个数据单位的空间，如果重复1000次呢？10000次呢？Python不敢往下想了，问题迫在眉睫。

Python翻阅古籍，终于找到了以前Java发明的一种不同的循环方式，这就是它要找的解决问题的答案。它发明了一个迭代器range来取代之前的自增计数器，迭代器里的数只有在取用的时候才占据内存，使用完将会在循环结束后释放，这样一来就能解决内存空间的问题了。

# Python迭代循环打印0到9
for i in range(10):
    print(i)

// C语言传统循环打印0到9
#include <stdio.h>

int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d\n", i);
	}

	return 0;
}

实验结果正如同Python想的那样，内存空间的无谓损失被降低了。
为了推广这个新的循环方式，它禁用了传统循环，并废除了i++或是++i自增的用法，鼓励大家使用迭代器range搭配新的循环。

3.尾声

3.1 万物皆对象

三者中最先提到类与对象这个概念的是我们的Java，它认为万物皆是类，包括它自己，从此面向对象编程横空出世，但它还要兼容传统的思想，对此它的JVM对传统的基本数据类型和新的类对象做了不同处理。

对于传统的基本数据类型，JVM将其存在栈中，而将实例化的对象存在堆中。在函数调用时，对于简单的基本数据类型，JVM进行值传递，而对于复杂的对象则采用引用传递。

相应的变量在相互赋值的时候，有的对象会不幸失去引用，如果没有变量引用它，它将变得无法操作，它的存在将没有意义。Java很贴心地安排了JVM去回收它们，这样的回收系统同样也可以用来回收那些不会再被用到的数据。

虽然看起来Java对它们有些不尽人情，用完不需要别人了就回收，但这一切都是为了计算机更好的执行任务。

3.2 C的自增

为了更好的适应新的任务，C也学着Java加入了类与对象的功能，C实现了自身的进化，进化成了C++，它在利用类与对象的便利的同时，并不承认万物皆对象的观点，这也让它保存了C那时面向过程编程的风格。

C++封装了许多常用类来方便我们工作，同时允许我们直接操作内存，没有像JVM虚拟机那样的阻隔，保持着C语言原有的高速，同时更加接近底层。

3.3 Python的好名声

Python是三者中诞生最晚的，它最开始是没有什么知名度的，在C与Java面前只能老老实实当小弟。但年轻人还是不一样，它敢想敢做，首先是实现了各变量之间的平等，让它们能够存储任意数据，然后解决了内存空间的相关问题。

除此之外，它开源自己，广泛吸取大家的意见，Python逐渐变得知名了。

在这些过程中，Python不断改善自身，变得十分人性化，简单的语法、便捷的方法，都吸引着其他程序员去了解，程序员们也能很容易的入门。

现在，Python除了自带的标准库外，支持导入很多的外部库，大大地拓展了Python的应用范围。这一切都仰仗它一直以来的好名声，使得不断有人前赴后继贡献自己的便捷方法，为其编写外部库。

现在Python虽然没有C/C++那样的速度，但是它的便捷性已经不输其他老一辈的语言了，程序员们在写小程序的时候会更加青睐它。