C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析小结
作者：小林coding
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：
- 先要产生一个临时对象来保存未自增或自减前的对象；
- 接着成员变量自增或自减；
- 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：
- 成员变量自增或自减；
- 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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