整理:i++ 与 ++i 的本质区别及效率
来源:互联网 发布:贵州旅游不好知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 03:49
C++ 中的 i++ 和 ++i 是一对十分简洁但最容易让人忽视的操作,我已经对它们忽视了十多年,
直到近日做一些迭代器时才有所体悟。在刚开始学习C++时虽然知道它们在加一操作上有一个
先后的区别,但很难记住这个先后顺序,而且觉得只要不连带赋值操作时它们是等效的,所以
也就没有花大力气去辨析它们,而是养成了单独使用它们的习惯,而且习惯性地只使用i++一个
操作符。后来经常在各处论坛看到人们讨论这两个操作符的区别时,尤其是当有人拿出编译器
生成的机器代码来对这两个操作符作辨析的较真劲时,觉得人们真的傻得有点可爱,也觉得在
C++标准中保留这两个另人困惑的操作符的做法有点奇怪。用机器代码来辨析时,与编译器多
少有点关联,本文尝试用操作符重载的方式来辨析这两个操作符,能够最大限度地降低对编译
器的依赖。
先看看基本区别:
i++ :先在i所在的表达式中使用i的当前值,后让i加1
++i :让i先加1,然后在i所在的表达式中使用i的新值
++i 与 i++ 的本质区别是:
++i 操作除 i 之外不涉及新的(隐含的)操作数,而 i++ 则在 i 之外还涉及另一个新
的(隐含的)操作数。
可以粗略这么理解:
++i相当于下列代码
i += 1; return i;i++相当于下列代码
j = i; i += 1; return j;当然如果编译器会将这些差别都优化掉,那么效率就都差不多了。
在开始辨析时,先提出三个习惯的改进建议:
1、优先使用 ++i:
(a)单独使用时:++i;
(b)作为循环控制变量使用时:for(int i=0; i!=100; ++i) ...
2、在局部范围内使用 ++i 时,若不出现逻辑错误,可尝试使用引用而不是赋值:
int & j = ++ i;
3、杜绝两个以上的 i++ 或者 ++i 进行合成。
前两点建议对单纯的整数变量 i 所带来的好处可以忽略不计,但只要有可能使用非整数的场合,
就有可能带来性能的改进。++i 和 i++ 是两个完全不同的操作符,如果要进行操作符重载的话,
分别对应 ++() 和 ++(int),具体点即:
++i ===> _T& operator ++ ()
i++ ===> _T operator ++ (int)
下面定义一个简单的迭代器Iter<_T>来对这两个操作符进行辨析。迭代器通常被设计成一类可以
++i ===> _T& operator ++ ()
i++ ===> _T operator ++ (int)
下面定义一个简单的迭代器Iter<_T>来对这两个操作符进行辨析。迭代器通常被设计成一类可以
在某些场合部分地模拟指针的行为进行特殊数据操作的工具。Iter<_T>的代码如下:
template<typename _T>class Iter {public: _T* p; Iter(_T* __p) : p(__p) {} Iter(const Iter & __iter) : p(__iter.p) { cout << "copy() "; } Iter & operator = (const Iter & __iter) { p = __iter.p; return * this; } Iter & operator = (_T * __p) { p = __p; return * this; } Iter & operator ++ () { cout << "++() "; ++ p; return * this; } Iter operator ++ (int) { cout << "++(int) "; Iter result(*this); ++ p; return result; } operator _T * () const { return p; }};
说明:Iter<_T>::Iter(_T *) :初始化构造器接受一个指针作为初始化参数;Iter<_T>::Iter(const Iter &):复制构造器,里面输出一个 copy 字样用来指示调用了复制构造器;Iter & Iter<_T>::operator = (const Iter &)Iter & Iter<_T>::operator = (_T *) :两个赋值操作符,为了方便使用而引入;Iter & Iter<_T>::operator ++ ():对应 ++i 的操作符,注意返回值为 Iter &;Iter Iter<_T>::operator ++ (int):对应 i++ 的操作符,注意返回值为 Iter;Iter<_T>::operator _T * () const:类型转换操作符,使 Iter<_T> 具有代替 _T * 的能力。使用Iter<_T>进行以下测试:
int main(){ int array [] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0}; Iter<int> it(array); cout << "*it: " << *it << endl; Iter<int>& it2 = ++ it; /*1*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << endl; Iter<int> it3 = it ++; /*2*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << endl; Iter<int>& it4 = ++ it ++; /*3*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << endl; Iter<int> it5 = ++ it; /*4*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << endl; ++ it5; /*5*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << endl; Iter<int> it6 = ++ it ++; /*6*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << ", *it6: " << *it6 << endl; ++ it; /*7*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << ", *it6: " << *it6 << endl; it ++; /*8*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << ", *it6: " << *it6 << endl; ++ it ++; /*9*/ cout << "*it: " << *it << ", *it2: " << *it2 << ", *it3: " << *it3 << ", *it4: " << *it4 << ", *it5: " << *it5 << ", *it6: " << *it6 << endl; for(Iter<int> i=array; i!=array+10; ++i) /*10*/ cout << endl; for(Iter<int> i=array; i!=array+10; i++) /*11*/ cout << endl; return 0;}
/*1*/之后输出的内容是:++() *it: 2, *it2: 2
/*2*/之后输出的内容是:++(int) copy() *it: 3, *it2: 3, *it3: 2
比较/*1*/和/*2*/容易看出 i++ 比 ++i 多调用了一个复制构造器。更仔细点分析容易知道,i++ 过程中先是分配了一个临时实
/*2*/之后输出的内容是:++(int) copy() *it: 3, *it2: 3, *it3: 2
比较/*1*/和/*2*/容易看出 i++ 比 ++i 多调用了一个复制构造器。更仔细点分析容易知道,i++ 过程中先是分配了一个临时实
例,然后把这个临时实例复制出来,最后还要把这个临时实例销毁掉。这就是 ++i 与 i++ 的本质区别,也就是为什么提倡优
先使用 ++i 的根本原因。
/*3*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() *it: 4, *it2: 4, *it3: 2, *it4: 4
/*3*/的写法是不提倡的,因为这个过程开始引入了极难察觉的复杂性。从中可以看出是先执行了 i++,而后再复制,再后就是
/*3*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() *it: 4, *it2: 4, *it3: 2, *it4: 4
/*3*/的写法是不提倡的,因为这个过程开始引入了极难察觉的复杂性。从中可以看出是先执行了 i++,而后再复制,再后就是
++i 。这个过程难以从表达式 ++ i ++ 中获得感性认识。按常人的理解,很容易解读为先执行了 ++ i,而后执行了 i++。另一
个容易引入错误的是执行了这个表达式之后,it4 的内容开始变得模糊起来了,表面上看起来是对 it 的引用,但其实它具有嬗
变性,也就是说它并不总是 it 的引用,这会在接下来的过程中看到它的变化。这也就是为什么要杜绝这类表达式的根本原因。
/*4*/之后输出的内容是:++() copy() *it: 5, *it2: 5, *it3: 2, *it4: 5, *it5: 5
/*4*/与/*1*/所不同的是在/*1*/处没有构造新的实例,it2是it的引用,而/*4*/则构造了新的实例,并调用了复制构造器。这里的
/*4*/之后输出的内容是:++() copy() *it: 5, *it2: 5, *it3: 2, *it4: 5, *it5: 5
/*4*/与/*1*/所不同的是在/*1*/处没有构造新的实例,it2是it的引用,而/*4*/则构造了新的实例,并调用了复制构造器。这里的
另一个潜在的影响是对/*3*/的复合操作的,它潜在地改变了 it4 的引用,从此 it4 不再是 it 的引用,而是变成了 it5 的引用。
/*5*/之后输出的内容是:++() *it: 5, *it2: 5, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6
/*5*/的作用是对 it5 进行 ++i 操作,更清楚地确认 it4 的确变成了 it5 的引用,而 it2 仍然是 it 的引用,/*3*/中的复合表达式的
/*5*/之后输出的内容是:++() *it: 5, *it2: 5, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6
/*5*/的作用是对 it5 进行 ++i 操作,更清楚地确认 it4 的确变成了 it5 的引用,而 it2 仍然是 it 的引用,/*3*/中的复合表达式的
不良影响在这里最终体现出来了。
/*6*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() copy() *it: 6, *it2: 6, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*6*/也是要杜绝的。但/*6*/与/*3*/相比更加安全些,因为在构造 it6 时使用了复制构造器,从此以后 it6 与 it 再无瓜葛。要杜绝
/*6*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() copy() *it: 6, *it2: 6, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*6*/也是要杜绝的。但/*6*/与/*3*/相比更加安全些,因为在构造 it6 时使用了复制构造器,从此以后 it6 与 it 再无瓜葛。要杜绝
的原因与/*3*/是相当的,因为即使比/*3*/安全,但它所复制的内容仍然具有一定程度上的嬗变性,难以相信这条语句结束后 it6
的内容与 it 的内容是一致的。
/*7*/之后输出的内容是:++() *it: 7, *it2: 7, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*8*/之后输出的内容是:++(int) copy() *it: 8, *it2: 8, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*7*/与/*8*/形成对比,类似于/*1*/和/*2*/。但值得注意的是在/*8*/中即使没有赋值操作,也需要构造一个临时变量,并释放这个
/*7*/之后输出的内容是:++() *it: 7, *it2: 7, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*8*/之后输出的内容是:++(int) copy() *it: 8, *it2: 8, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*7*/与/*8*/形成对比,类似于/*1*/和/*2*/。但值得注意的是在/*8*/中即使没有赋值操作,也需要构造一个临时变量,并释放这个
临时变量。
/*9*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() *it: 9, *it2: 9, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*9*/虽然也是要杜绝的,但比/*6*/相比安全性更好一些,因为这里没有赋值操作。一般情况下都能保证 it 被加了两次。
/*10*/和/*11*/是在循环控制中使用 ++i 和 i++ 的对比,可以十分明显地看到 ++i 用在循环控制操作中的性能改进优势。
以上代码分析基于的编译器是 GCC 3.4.5。
/*9*/之后输出的内容是:++(int) copy() ++() *it: 9, *it2: 9, *it3: 2, *it4: 6, *it5: 6, *it6: 6
/*9*/虽然也是要杜绝的,但比/*6*/相比安全性更好一些,因为这里没有赋值操作。一般情况下都能保证 it 被加了两次。
/*10*/和/*11*/是在循环控制中使用 ++i 和 i++ 的对比,可以十分明显地看到 ++i 用在循环控制操作中的性能改进优势。
以上代码分析基于的编译器是 GCC 3.4.5。
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