C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析
01 ++、--运算符重载函数的格式
自增运算符和自减运算符是有前置和后置之分的,如:
a++ // 后置自增运算符 ++a // 前置自增运算符 b-- // 后置自减运算符 --b // 前置自减运算符
为了区分所重载的是前置运算符还是后置运算符,c++规定:
- 前置运算符作为一元运算符重载,重载为成员函数的格式如下:
t & operator++(); // 前置自增运算符的重载函数,函数参数是空 t & operator--(); // 前置自减运算符的重载函数,函数参数是空
- 后置运算符作为二元运算符重载,多写一个没用的参数,重载为成员函数的个数如下:
t operator++(int); // 后置自增运算符的重载函数,多一个没用的参数 t operator--(int); // 后置自减运算符的重载函数,多一个没用的参数
02 讨论前置和后置运算符的返回值
前置和后置运算符重载函数如下:
前置运算符重载的成员函数 | 后置运算符重载的成员函数
---|---
t & operator++(); | t operator++(int);
t & operator--(); | t operator--(int);
注意到区别了吗?那么问题来了:
- 为什么前置运算符返回的是引用
&
? - 为什么后置运算符返回的是普通的对象(临时对象)?
主要是因为为了保持原本 c++ 前置和后置运算符的特性:
- 前置运算符的特性
int a = 0 // (++a) = 5; 可以拆解成: // a = a + 1; // a = 5; (++a) = 5; // 前置++
a 先自增 +1 后, a 的值就为 1 ,然后再参与 a=5 的运算,所以最后 a 的值是 5。
这说明 (++a) 返回的是自增后 a 变量, a 变量在后续运算过程中,a 变量的值会被修改。所以前置运算符的重载函数的返回值必须是引用 &
。
- 后置运算符的特性
而后置运算符,是不能作为左值的,也就是 (a++) = 5;
是不成立的,所以后置运算符的重载函数的返回值就是普通的对象。
03 ++、--运算符重载函数的编写
int main() { cdemo d(10); cout << d++ << ","; // 等价于 d.operator++(0); cout << d << ","; cout << ++d << ","; // 等价于 d.operator++(); cout << d << ","; cout << d-- << ","; // 等价于 d.operator--(0); cout << d << ","; cout << --d << ","; // 等价于 d.operator--(); cout << d << endl; return 0; }
输出结果:
10,11,12,12 12,11,10,10
假设要实现如上的 main 函数输出的结果,该如何编写呢?
首先我们先定义好 cdemo
类,同时也把自增、自减运算符重载函数定义好。
class cdemo { public: cdemo(int i = 0):m_num(i) {} // 构造函数 cdemo & operator++(); // 前置自增运算符重载 cdemo operator++(int); // 后置自增运算符重载 cdemo & operator--(); // 前置自减运算符重载 cdemo operator--(int); // 后置自减运算符重载 private: int m_num; // 成员变量 };
接着继续实现前置自增、自减运算符重载函数:
// 前置++ cdemo & cdemo::operator++() { ++m_num; return *this; } // 前置-- cdemo & cdemo::operator--() { --m_num; return *this; }
后置自增、自减运算符重载,就有点不同,例如后置++,是先参与运算,再进行自增,所以返回值是没自增前的对象,具体实现如下:
// 后置++ cdemo cdemo::operator++(int) { cdemo tmp(*this); // 记录修改前的对象 m_num--; return tmp; // 返回修改前的对象 } // 后置-- cdemo cdemo::operator--(int) { cdemo tmp(*this); // 记录修改前的对象 m_num++; return tmp; // 返回修改前的对象 }
04 前置和后置运算符的性能比较
从上面的例子,我们看到后置运算符的重载函数的执行步骤:
- 先要产生一个临时对象来保存未自增或自减前的对象;
- 接着成员变量自增或自减;
- 最后返回修改前的对象;
而前置运算符的重载函数的执行步骤:
- 成员变量自增或自减;
- 返回对象引用;
可见,前置运算符的重载函数是比后置运算符的重载函数性能是更高的,开销相对比较少。
当然对于普通变量类型,如int、double、long等,前置和后置是性能差距是不大的。重要是我们在对于对象和迭代器使用自增或自减时,最好用前置的运算符的方式,这样可以减少开销。
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