C++之運算符重載（前置++和后置++）

今天在閱讀《google c++ 編程風格》的文檔的時候，5.10. 前置自增和自減：有一句話引起了我的注意：

對於迭代器和其他模板對象使用前綴形式 (++i) 的自增, 自減運算符.，理由是 前置自增 (++i) 通常要比后置自增 (i++) 效率更高。於是我查了查前置++和后置++的區別。

注意：《more effective c++》條款8也專門敘述了問題。后來我發現，下面的文章基本就是它的翻版，哈哈

前置++和后置++的區別 

int a = 0;
++ a;   //前置++
a++;    //后置++

《C專家編程》中有如下描述（P276，人民郵電出版社）：

 

++a表示取a的地址，增加它的內容，然后把值放在寄存器中；

a++表示取a的地址，把它的值裝入寄存器，然后增加內存中的a的值；

 

另外，網上找了篇文章，通過從運算符重載的角度來探討他們的不同，如下：

 

假設有一個類Age，描述年齡。該類重載了前置++和后置++兩個操作符，以實現對年齡的自增。

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) //賦值操作
    {
        this->i = i;
        return *this;
    }

private:
    int i;
};

從上述代碼，我們可以看出前置++和后置++，有3點不同：

1. 返回類型不同
2. 形參不同
3. 代碼不同
4. 效率不同

返回值類型的區別

前置++的返回類型是Age&，后置++的返回類型const Age。這意味着，前置++返回的是左值，后置++返回的是右值。（關於左值和右值的討論很多，見本文下面）

左值和右值，決定了前置++和后置++的用法。

int main()
{
    Age a;

    (a++)++;  //編譯錯誤
    ++(a++);  //編譯錯誤
    a++ = 1;   //編譯錯誤
    (++a)++;  //OK
    ++(++a);  //OK
    ++a = 1;   //OK
}

++的類型是const Age，自然不能對它進行前置++、后置++、賦值等操作。

++a的類型是Age&，當然可以對它進行前置++、后置++、賦值等操作

 

a++的返回類型為什么要是const對象呢？

有兩個原因：

1. 如果不是const對象，a(++)++這樣的表達式就可以通過編譯。但是，其效果卻違反了我們的直覺 。a其實只增加了1，因為第二次自增作用在一個臨時對象上。
2. 另外，對於內置類型，(i++)++這樣的表達式是不能通過編譯的。自定義類型的操作符重載，應該與內置類型保持行為一致 。

a++的返回類型如果改成非const對象，肯定能通過編譯，但是我們最好不要這樣做。

 

++a的返回類型為什么是引用呢？

這樣做的原因應該就是：與內置類型的行為保持一致。前置++返回的總是被自增的對象本身。因此，++(++a)的效果就是a被自增兩次。

 

形參的區別

前置++沒有形參，而后置++有一個int形參，但是該形參也沒有被用到。很奇怪，難道有什么特殊的用意？

其實也沒有特殊的用意，只是為了繞過語法的限制。

 

前置++與后置++的操作符重載函數，函數原型必須不同。否則就違反了“重載函數必須擁有不同的函數原型”的語法規定。

雖然前置++與后置++的返回類型不同，但是返回類型不屬於函數原型。為了繞過語法限制，只好給后置++增加了一個int形參。

 

原因就是這么簡單，真的沒其他特殊用意。其實，給前置++增加形參也可以；增加一個double形參而不是int形參，也可以。只是，當時就這么決定了。

 

代碼實現的區別

前置++的實現比較簡單，自增之后，將*this返回即可。需要注意的是，一定要返回*this。

后置++的實現稍微麻煩一些。因為要返回自增之前的對象，所以先將對象拷貝一份，再進行自增，最后返回那個拷貝。

 

在Age的代碼中，后置++利用了前置++來實現自增。這樣做是為了避免“自增的代碼”重復。

在本例中，自增的代碼很簡單，就是一行++i，沒有必要這樣做。但是在其它自增邏輯復雜的例子中，這么做還是很有必要的。

 

效率的區別

如果不需要返回自增之前的值，那么前置++和后置++的計算效果都一樣。但是，我們仍然應該優先使用前置++，尤其是對於用戶自定義類型的自增操作。

前置++的效率更高，理由是：后置++會生成臨時對象。

 

從Age的后置++的代碼實現也可以看出這一點。

const Age operator++(int) //后置++
{
    Age tmp = *this;
    ++(*this);  //利用前置++
    return tmp;
}

很明顯，tmp是一個臨時對象，會造成一次構造函數和一次析構函數的額外開銷。雖然，編譯器在某些情況下可以優化掉這些開銷。但是，我們最好不要依賴編譯器的行為。

所以，在非內置類型的時候，盡量使用前置++，因為效率高（后置自增，效率低）