C++ 自增、自减运算符的重载和性能分析

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：

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；

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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