C++ 自增、自減運算符的重載和性能分析

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01 ++、--運算符重載函數的格式

自增運算符和自減運算符是有前置和后置之分的，如：

a++  // 后置自增運算符
++a  // 前置自增運算符

b--  // 后置自減運算符
--b  // 前置自減運算符

為了區分所重載的是前置運算符還是后置運算符，C++規定：

• 前置運算符作為一元運算符重載，重載為成員函數的格式如下：

T & operator++(); // 前置自增運算符的重載函數，函數參數是空
T & operator--(); // 前置自減運算符的重載函數，函數參數是空

• 后置運算符作為二元運算符重載，多寫一個沒用的參數，重載為成員函數的個數如下：

T  operator++(int); // 后置自增運算符的重載函數，多一個沒用的參數
T  operator--(int); // 后置自減運算符的重載函數，多一個沒用的參數

02 討論前置和后置運算符的返回值

前置和后置運算符重載函數如下：

前置運算符重載的成員函數	后置運算符重載的成員函數
T & operator++();	T operator++(int);
T & operator--();	T operator--(int);

注意到區別了嗎？那么問題來了：

• 為什么前置運算符返回的是引用 & ？
• 為什么后置運算符返回的是普通的對象（臨時對象）？

主要是因為為了保持原本 C++ 前置和后置運算符的特性：

• 前置運算符的特性

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 的值就為 1 ，然后再參與 a=5 的運算，所以最后 a 的值是 5。

這說明 (++a) 返回的是自增后 a 變量， a 變量在后續運算過程中，a 變量的值會被修改。所以前置運算符的重載函數的返回值必須是引用 &。

• 后置運算符的特性

而后置運算符，是不能作為左值的，也就是 (a++) = 5; 是不成立的，所以后置運算符的重載函數的返回值就是普通的對象。

03 ++、--運算符重載函數的編寫

int main()
{
    CDemo d(10);
    cout << d++ << ","; // 等價於 d.operator++(0);
    cout << d << ","; 
    
    cout << ++d << ","; // 等價於 d.operator++();
    cout << d << ",";
    
    cout << d-- << ","; // 等價於 d.operator--(0);
    cout << d << ",";
    
    cout << --d << ","; // 等價於 d.operator--();
    cout << d << endl;
    
    return 0;   
}

輸出結果：

10,11,12,12
12,11,10,10

假設要實現如上的 main 函數輸出的結果，該如何編寫呢？

首先我們先定義好 CDemo 類，同時也把自增、自減運算符重載函數定義好。

class CDemo
{
public:
    CDemo(int i = 0):m_num(i) {} // 構造函數
    
    CDemo & operator++();    // 前置自增運算符重載
    CDemo  operator++(int);  // 后置自增運算符重載
    
    CDemo & operator--();    // 前置自減運算符重載
    CDemo operator--(int);   // 后置自減運算符重載

private:
    int m_num; // 成員變量
};

接着繼續實現前置自增、自減運算符重載函數：

// 前置++
CDemo & CDemo::operator++()
{
    ++m_num;
    return *this;
}

// 前置--
CDemo & CDemo::operator--()
{
    --m_num;
    return *this;
}

后置自增、自減運算符重載，就有點不同，例如后置++，是先參與運算，再進行自增，所以返回值是沒自增前的對象，具體實現如下：

// 后置++
CDemo CDemo::operator++(int)
{
    CDemo tmp(*this); // 記錄修改前的對象
    m_num--;
    return tmp;       // 返回修改前的對象
}

// 后置--
CDemo  CDemo::operator--(int)
{ 
    CDemo tmp(*this); // 記錄修改前的對象
    m_num++;
    return tmp;       // 返回修改前的對象
}

04 前置和后置運算符的性能比較

從上面的例子，我們看到后置運算符的重載函數的執行步驟：

1. 先要產生一個臨時對象來保存未自增或自減前的對象；
2. 接着成員變量自增或自減；
3. 最后返回修改前的對象；

而前置運算符的重載函數的執行步驟：

1. 成員變量自增或自減；
2. 返回對象引用；

可見，前置運算符的重載函數是比后置運算符的重載函數性能是更高的，開銷相對比較少。

當然對於普通變量類型，如int、double、long等，前置和后置是性能差距是不大的。重要是我們在對於對象和迭代器使用自增或自減時，最好用前置的運算符的方式，這樣可以減少開銷。

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