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C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

时间:2020-07-30 12:32:49  来源:  作者:
C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

 

1.重载的形式

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,重载为成员函数的形式如下:
// 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
T & operator--();
  • 后置」运算符作为二元运算符重载,多写一个没用的参数,重载为成员函数的形式如下:
// 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
T  operator--(int);

返回值的讨论

「前置」和「后置」运算符重载函数如下:

C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

 

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:
// 1. a = a + 1; 
// 2. 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。


重载函数的编写

在自己的定义的类,实现对象自增、自减功能,如下具体的使用:

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,代码如下:

C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

 

接着继续实现「前置」自增、自减运算符重载函数:

C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

 

「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:

C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

 


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(临时对象);

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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