C++之运算符重载(前置++和后置++)
今天在阅读《google c++ 编程风格》的文档的时候,5.10. 前置自增和自减:有一句话引起了我的注意:
对于迭代器和其他模板对象使用前缀形式 (++i) 的自增, 自减运算符.,理由是 前置自增 (++i) 通常要比后置自增 (i++) 效率更高。于是我查了查前置++和后置++的区别。
注意:《more effective c++》条款8也专门叙述了问题。后来我发现,下面的文章基本就是它的翻版,哈哈
前置++和后置++的区别
- int a = 0;
- ++ a; //前置++
- a++; //后置++
《C专家编程》中有如下描述(P276,人民邮电出版社):
++a表示取a的地址,增加它的内容,然后把值放在寄存器中;
a++表示取a的地址,把它的值装入寄存器,然后增加内存中的a的值;
另外,网上找了篇文章,通过从运算符重载的角度来探讨他们的不同,如下:
假设有一个类Age,描述年龄。该类重载了前置++和后置++两个操作符,以实现对年龄的自增。
- class Age
- {
- public:
- Age& operator++() //前置++
- {
- ++i;
- return *this;
- }
- const Age operator++(int) //后置++
- {
- Age tmp = *this;
- ++(*this); //利用前置++
- return tmp;
- }
- Age& operator=(int i) //赋值操作
- {
- this->i = i;
- return *this;
- }
- private:
- int i;
- };
从上述代码,我们可以看出前置++和后置++,有3点不同:
- 返回类型不同
- 形参不同
- 代码不同
- 效率不同
返回值类型的区别
前置++的返回类型是Age&,后置++的返回类型const Age。这意味着,前置++返回的是左值,后置++返回的是右值。(关于左值和右值的讨论很多,见本文下面)
左值和右值,决定了前置++和后置++的用法。
- int main()
- {
- Age a;
- (a++)++; //编译错误
- ++(a++); //编译错误
- a++ = 1; //编译错误
- (++a)++; //OK
- ++(++a); //OK
- ++a = 1; //OK
- }
++的类型是const Age,自然不能对它进行前置++、后置++、赋值等操作。
++a的类型是Age&,当然可以对它进行前置++、后置++、赋值等操作
a++的返回类型为什么要是const对象呢?
有两个原因:
- 如果不是const对象,a(++)++这样的表达式就可以通过编译。但是,其效果却违反了我们的直觉 。a其实只增加了1,因为第二次自增作用在一个临时对象上。
- 另外,对于内置类型,(i++)++这样的表达式是不能通过编译的。自定义类型的操作符重载,应该与内置类型保持行为一致 。
a++的返回类型如果改成非const对象,肯定能通过编译,但是我们最好不要这样做。
++a的返回类型为什么是引用呢?
这样做的原因应该就是:与内置类型的行为保持一致。前置++返回的总是被自增的对象本身。因此,++(++a)的效果就是a被自增两次。
形参的区别
前置++没有形参,而后置++有一个int形参,但是该形参也没有被用到。很奇怪,难道有什么特殊的用意?
其实也没有特殊的用意,只是为了绕过语法的限制。
前置++与后置++的操作符重载函数,函数原型必须不同。否则就违反了“重载函数必须拥有不同的函数原型”的语法规定。
虽然前置++与后置++的返回类型不同,但是返回类型不属于函数原型。为了绕过语法限制,只好给后置++增加了一个int形参。
原因就是这么简单,真的没其他特殊用意。其实,给前置++增加形参也可以;增加一个double形参而不是int形参,也可以。只是,当时就这么决定了。
代码实现的区别
前置++的实现比较简单,自增之后,将*this返回即可。需要注意的是,一定要返回*this。
后置++的实现稍微麻烦一些。因为要返回自增之前的对象,所以先将对象拷贝一份,再进行自增,最后返回那个拷贝。
在Age的代码中,后置++利用了前置++来实现自增。这样做是为了避免“自增的代码”重复。
在本例中,自增的代码很简单,就是一行++i,没有必要这样做。但是在其它自增逻辑复杂的例子中,这么做还是很有必要的。
效率的区别
如果不需要返回自增之前的值,那么前置++和后置++的计算效果都一样。但是,我们仍然应该优先使用前置++,尤其是对于用户自定义类型的自增操作。
前置++的效率更高,理由是:后置++会生成临时对象。
从Age的后置++的代码实现也可以看出这一点。
- const Age operator++(int) //后置++
- {
- Age tmp = *this;
- ++(*this); //利用前置++
- return tmp;
- }
很明显,tmp是一个临时对象,会造成一次构造函数和一次析构函数的额外开销。虽然,编译器在某些情况下可以优化掉这些开销。但是,我们最好不要依赖编译器的行为。
所以,在非内置类型的时候,尽量使用前置++,因为效率高(后置自增,效率低)
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