C 與 C++ 的關係

一句話重點

C++ 從 C 發展出來，幾乎完整包含 C，所以大部分 C 的寫法在 .cpp 檔裡也合法。但檔案是 .cpp，編譯器就會用 C++ 的規則編譯，而有少數地方兩種語言的規則不一樣。

詳細說明

用哪種語言編譯，看的是副檔名

沙盒依照副檔名選擇編譯器：

副檔名	編譯指令	語言
.c	clang -std=c17	C
.cpp	clang++ -std=c++20	C++

所以在 .cpp 裡寫 #include <stdio.h>、scanf、printf，編譯出來的是「用 C 的風格寫成的 C++ 程式」，不是 C 程式。C 的標準函式庫本來就是 C++ 標準的一部分，所以這樣寫完全合法。

下面這兩個檔案的內容一模一樣，只差在副檔名：

which_lang.c

/* 同一份程式碼，存成 .c 和 .cpp 會用不同的語言編譯。
   which_lang.c 和 which_lang.cpp 的內容完全一樣，比較兩個的執行結果。 */
#include <stdio.h>

int main(void) {
#ifdef __cplusplus
    printf("compiled as C++, __cplusplus = %ld\n", (long)__cplusplus);
#else
    printf("compiled as C, __STDC_VERSION__ = %ld\n", (long)__STDC_VERSION__);
#endif
    /* 字元常值 'a' 的型態：C 是 int，C++ 是 char */
    printf("sizeof('a') = %zu\n", sizeof('a'));
    return 0;
}

在這台電腦執行的結果（Windows x64、clang 23、-O2，沒有開 Sanitizer）：

執行結果

compiled as C, __STDC_VERSION__ = 201710
sizeof('a') = 4

在 Compiler Explorer 開啟 ↗可以線上修改、執行；那邊是 Linux，有些結果會和 Windows 不同

which_lang.cpp

/* 同一份程式碼，存成 .c 和 .cpp 會用不同的語言編譯。
   which_lang.c 和 which_lang.cpp 的內容完全一樣，比較兩個的執行結果。 */
#include <stdio.h>

int main(void) {
#ifdef __cplusplus
    printf("compiled as C++, __cplusplus = %ld\n", (long)__cplusplus);
#else
    printf("compiled as C, __STDC_VERSION__ = %ld\n", (long)__STDC_VERSION__);
#endif
    /* 字元常值 'a' 的型態：C 是 int，C++ 是 char */
    printf("sizeof('a') = %zu\n", sizeof('a'));
    return 0;
}

在這台電腦執行的結果（Windows x64、clang 23、-O2，沒有開 Sanitizer）：

執行結果

compiled as C++, __cplusplus = 202002
sizeof('a') = 1

在 Compiler Explorer 開啟 ↗可以線上修改、執行；那邊是 Linux，有些結果會和 Windows 不同

__cplusplus 這個巨集只有在 C++ 編譯時才會被定義，它的值代表標準版本：202002 是 C++20，201710 是 C17。另外 'a' 這種字元常值的型態，在 C 是 int（4 bytes），在 C++ 是 char（1 byte），所以同一行 sizeof('a') 會得到不同的結果。

標頭檔的兩種寫法

C 的寫法	C++ 建議的寫法	差別
#include <stdio.h>	#include <cstdio>	<cstdio> 保證 std::printf 這種寫法可以用，名字放在 std 命名空間裡
#include <stdlib.h>	#include <cstdlib>	同上
#include <string.h>	#include <cstring>	同上（注意：和 C++ 的 <string> 是不同的東西）

C++ 裡兩種寫法都可以用，但新寫的 C++ 程式建議用 <cxxx> 的寫法。

同一件事，C 風格和 C++ 風格

要做的事	C	C++
輸出	printf("%d\n", x);	std::cout << x << '\n';
輸入	scanf("%d", &x);	std::cin >> x;
字串	char s[100]; 搭配 strlen、strcpy	std::string s;
動態陣列	malloc / realloc / free	std::vector<int>
配置單一物件	malloc / free	new / delete，更好的是智慧指標
讓函式修改參數	傳指標：void f(int *p)	傳參考：void f(int &x)
常數	#define N 100	constexpr int N = 100;
空指標	NULL	nullptr

C++ 的寫法通常比較安全，例如 std::string 不會像 char[] 那樣寫超過陣列範圍。所以第 2 階段的題目都限定用 C++ 寫。

C 可以、C++ 不行的寫法

最常遇到的是 malloc：C 允許把 void * 自動轉成其他指標型態，C++ 不允許。

malloc_cast.c

/* 在 C 裡，malloc 回傳的 void * 會自動轉成 int *，不需要轉型。 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(3 * sizeof(int));
    if (p == NULL) return 1;
    p[0] = 1;
    p[1] = 2;
    p[2] = 3;
    printf("%d %d %d\n", p[0], p[1], p[2]);
    free(p);
    return 0;
}

在這台電腦執行的結果（Windows x64、clang 23、-O2，沒有開 Sanitizer）：

執行結果

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在 Compiler Explorer 開啟 ↗可以線上修改、執行；那邊是 Linux，有些結果會和 Windows 不同

malloc_cast.cpp

/* 和 malloc_cast.c 一模一樣的程式碼，存成 .cpp 就編譯不過：
   C++ 不允許把 void * 自動轉成其他指標型態。 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *p = malloc(3 * sizeof(int));
    if (p == NULL) return 1;
    p[0] = 1;
    p[1] = 2;
    p[2] = 3;
    printf("%d %d %d\n", p[0], p[1], p[2]);
    free(p);
    return 0;
}

在這台電腦編譯的結果（這個範例預期會編譯失敗）：

編譯訊息

malloc_cast.cpp:8:10: error: cannot initialize a variable of type 'int *' with an rvalue of type 'void *'
    8 |     int *p = malloc(3 * sizeof(int));
      |          ^   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1 error generated.

在 Compiler Explorer 開啟 ↗可以線上修改、執行；那邊是 Linux，有些結果會和 Windows 不同

在 C++ 裡要寫成 int *p = (int *)malloc(...) 或 static_cast<int *>(...)。不過在 C++ 裡更好的做法是根本不用 malloc，改用 new 或 std::vector。

其他 C 可以、C++ 不行的情況：

• 把 C++ 的關鍵字當成名字：new、delete、class、template、this、namespace 在 C 裡只是普通的名字（見下方範例）。
• 可變長度陣列，例如 int a[n];：C99 引進（C11 起改為選用），C++ 標準不支援（clang 允許，但會警告）。
• int f() 的意思不一樣：在 C17 代表「參數不指定」，在 C++ 代表「沒有參數」。所以 C 的習慣是寫 int f(void)。

keywords.c

/* new、class、delete 在 C 只是普通的名字，在 C++ 是關鍵字。
   把這個檔案另存成 .cpp 試試看，會出現一堆編譯錯誤。 */
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int new = 1, class = 2, delete = 3;
    printf("%d\n", new + class + delete);
    return 0;
}

在這台電腦執行的結果（Windows x64、clang 23、-O2，沒有開 Sanitizer）：

執行結果

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在 Compiler Explorer 開啟 ↗可以線上修改、執行；那邊是 Linux，有些結果會和 Windows 不同

常見陷阱

• 以為自己在寫 C，其實在寫 C++：副檔名是 .cpp 就是 C++。如果題目「只限 C」，答案檔一定要是 main.c。
• 在 C++ 裡用 malloc 配置有建構子的物件，例如 std::string：malloc 只配置記憶體，不會呼叫建構子，物件沒有初始化就使用是未定義行為。C++ 裡請用 new 或容器。
• printf 印 std::string：要寫 printf("%s", s.c_str())，不能直接傳 s。
• 混用 scanf 和 std::cin 一般沒問題。但呼叫了 std::ios::sync_with_stdio(false) 之後，兩者就不能混用，否則輸入順序會亂掉。

用到這個主題的題目

• 01｜Hello, World! — ✔ 已完成
• 02｜兩數相加 — ✔ 已完成
• 03｜時間換算 — ✔ 已完成

延伸閱讀

• 維基百科：C 與 C++ 的相容性（中文）
• Wikipedia: Compatibility of C and C++（英文，比中文版詳細）
• cppreference：C++ 標準函式庫的標頭檔，包含 <cxxx> 這一類（英文）

我的心得

（還沒寫）