整理：i++ 与 ++i 的本质区别及效率

素颜马尾好姑娘i 2022-09-24 04:29 358阅读 0赞

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

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

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

++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

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

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

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

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。