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问题

在C++中，为什么部分程序员喜欢在循环中写‘++i’而不是‘i++’？

回答
一些C++程序员在循环中偏爱使用前缀自增运算符`++i`，而不是后缀自增运算符`i++`，这背后并非简单的个人喜好，而是基于一些实际的考量和性能上的微妙区别。虽然在现代编译器优化下，这种区别在很多情况下几乎可以忽略不计，但理解其根源有助于我们更深入地理解C++的运算符机制。

要详细解释这个问题，我们需要先弄清楚前缀自增和后缀自增在C++中的具体工作方式。

前缀自增 (`++i`) 的工作原理

当你写 `++i` 时，它会按照以下步骤执行：

1. 先自增：变量 `i` 的值立即增加 1。
2. 后返回值：然后，表达式返回的是自增之后的 `i` 的值。

举个例子：

```c++
int i = 5;
int j = ++i; // i 现在是 6，j 也等于 6
```

在这个过程中，`i` 的值直接被修改，然后将这个修改后的值赋给 `j`。整个过程可以看作是“原地修改并返回”。

后缀自增 (`i++`) 的工作原理

而当你写 `i++` 时，它的工作方式则稍有不同：

1. 先返回值：表达式首先返回的是自增之前的 `i` 的值。
2. 后自增：然后，变量 `i` 的值才增加 1。

举个例子：

```c++
int i = 5;
int j = i++; // i 现在是 6，但 j 等于 5
```

在这个例子中，`i++` 的结果是 `i` 在自增前的那个值（即 5），这个值被赋给了 `j`。之后，`i` 的值才变成 6。要实现这一点，编译器需要一个额外的步骤：在 `i` 的值改变之前，先创建一个临时变量来存储 `i` 的原始值。这个临时变量随后被用作表达式的结果。

为什么这在循环中很重要？

在循环中，`++i` 和 `i++` 通常出现在循环控制表达式中，例如 `for (int i = 0; i < n; ++i)` 或 `for (int i = 0; i < n; i++)`。

对于像 `int` 这样的内置类型，如前所述，`++i` 和 `i++` 的性能差异微乎其微，甚至会被现代编译器完全优化掉。这是因为编译器足够智能，能够识别出后缀自增中那个临时的“保存原值的副本”是多余的，并在最终生成的机器码中将其去除。

然而，当我们将目光投向那些重载了自增/自减运算符的类（尤其是自定义类）时，这种差异就变得显著了。

重载运算符的开销

考虑一个自定义类，比如一个 `Counter` 类，它模拟一个计数器，并且重载了 `++` 和 `` 运算符。

```c++
class Counter {
private:
int value;

public:
Counter(int v = 0) : value(v) {}

// 前缀自增运算符重载
Counter& operator++() {
std::cout << "Prefix ++ called for value: " << value << std::endl;
++value; // 真正修改成员变量
return this; // 返回引用，避免创建临时对象
}

// 后缀自增运算符重载
Counter operator++(int) { // 参数 int 是区分前缀和后缀的标志
std::cout << "Postfix ++ called for value: " << value << std::endl;
Counter temp = this; // 创建一个临时对象来保存当前值
++value; // 修改成员变量
return temp; // 返回临时对象（原始值）
}

int getValue() const { return value; }
};
```

在上面的 `Counter` 类中：

`operator++()` (前缀):
它直接修改 `value`。
它返回 `this`，也就是对当前对象的引用 (`Counter&`)。这不会创建新的对象，因此效率更高。

`operator++(int)` (后缀):
它首先创建一个临时的 `Counter` 对象 `temp` 来保存当前对象的状态 (`this`)。
然后，它修改当前对象的 `value`。
最后，它返回那个临时的 `temp` 对象（也就是自增前的状态）。这个返回的 `temp` 对象是按值返回的，这意味着需要复制一个 `Counter` 对象。

在循环中，如果每次迭代都调用 `i++`，那么对于 `Counter` 对象来说，每一次自增操作都意味着创建一个临时对象、复制其状态，然后返回这个临时对象。这个额外的复制操作，特别是当类非常庞大或包含复杂的成员时，可能会带来显著的性能开销。

反之，如果使用 `++i`，每次自增都只是调用前缀重载，它直接修改对象并返回引用，避免了不必要的对象创建和复制。

为什么程序员要考虑这一点？

1. 性能的惯性思维与良好习惯：即使对于内置类型，很多经验丰富的程序员也养成了使用 `++i` 的习惯，这是他们对潜在性能问题的警惕。即使在99%的情况下编译器能优化，但养成这个好习惯，能在面对自定义类型或性能敏感的场景时自然而然地写出更优的代码，避免潜在的陷阱。这是一种“未雨绸缪”的编程风格。
2. 代码的可读性（虽然有争议）：有些人认为 `++i` 在循环控制中更直接地表达了“递增 `i`，然后用这个新值进行循环判断”的意图。而 `i++` 强调的是“使用 `i` 的当前值进行循环判断，之后再递增 `i`”。在循环控制中，通常我们更关心的是“递增后的值”，所以 `++i` 的语义可能更贴切。不过，这一点更为主观，不同程序员有不同解读。
3. 历史原因和C++标准：在C++早期，编译器优化不如现在先进，前缀自增在处理用户定义类型时的性能优势更为明显。这种习惯和对性能的关注也就流传了下来。
4. 避免与赋值混淆（极少数情况）：在极少数复杂的表达式中，如果不小心混淆了 `++i` 和 `i++` 的返回值，可能会导致逻辑错误。虽然循环控制通常不会遇到这种情况，但对运算符行为的深刻理解有助于避免其他类型的bug。

总结

尽管对于内置类型（如 `int`, `double` 等）而言，现代编译器几乎能够完美地优化掉 `++i` 和 `i++` 之间的性能差异，使得两者在循环中的执行效率几乎相同，但部分程序员坚持使用 `++i` 的主要原因在于：

对用户定义类型的性能考量：当处理重载了自增运算符的自定义类时，前缀自增 `++i` 可以避免不必要的临时对象创建和复制，从而提供更好的性能。
良好的编程习惯和对潜在问题的警惕：养成使用 `++i` 的习惯，是一种主动规避性能陷阱的实践。即使在当前不明显，也为未来可能遇到的情况打下基础。
语义的清晰性（个人偏好）：一些程序员认为前缀自增更能准确地表达循环控制中“先递增后使用”的意图。

总而言之，这是一种对效率和语言底层机制的关注所形成的编程习惯。在大多数情况下，你可以放心地使用你习惯的方式，但了解背后的原因，特别是当涉及到自定义类型时，是很有价值的。

网友意见

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别想了，一个正常的编译器开O3肯定都帮你搞定所谓的性能问题，无论是内置类型还是迭代器。远古以前，还有很多人会写register int i; 多想想其它值得思考的问题。

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