C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

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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:

  1. 先要产生一个临时对象来保存未自增或自减前的对象;
  2. 接着成员变量自增或自减;
  3. 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:

  1. 成员变量自增或自减;
  2. 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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