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C/C++靈魂拷問:++i與i++哪個(gè)執(zhí)行效率高?有什么區(qū)別?

Q4MP_gh_c472c21 ? 來源:高效程序員 ? 作者:高效程序員 ? 2022-03-31 14:04 ? 次閱讀

背景:相信很多人都遇到過這樣的問題:printf("%d,%d",i++,++i); 也糾結(jié)過這個(gè)問題,到底答案是什么,都沒有一個(gè)參考的資料……而唯一知道的是,幾乎所有C語言教材都這么講:i++就是先使用i的值再使i自身加一,而++i則是先使i自身加一,然后在使用i的值。 出于對(duì)真理的追求,今天我們就徹底弄明白此問題! 譬如這樣的話:
int a,b;int i=10,j=10;a=i++;b=++j;

我們可以很清楚的知道a和b的值分別將是10和11。這點(diǎn)毫無疑問,因?yàn)闊o論在任何平臺(tái)任何編譯器上運(yùn)行都是這個(gè)結(jié)果!

然而,對(duì)于這樣的程序:

int a,b;int i=10,j=10;a=(i++)+(i++)+(i++);b=(++j)+(++j)+(++j);

各位試想答案將是多少?我們可以放到編譯器上,運(yùn)行看一下結(jié)果。

先來看看windows下常用的VC6結(jié)果:

3500f10a-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.jpg

嗯,看到了,是30和37。但這個(gè)結(jié)果好像有點(diǎn)怪…… 那就再看看Linux下gcc的結(jié)果:

3515d1f6-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.png

哦,竟然也是30和37!
那么,我們?cè)倏纯垂爬弦稽c(diǎn)的TurboC的結(jié)果:

352cd126-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.jpg

354074e2-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.jpg

結(jié)果成了30和39,還真有點(diǎn)怪。 當(dāng)然,就C語言代碼來看,i++和++i都只有一行,看起來似乎二者的執(zhí)行效率一樣了?其實(shí)不是的,在學(xué)習(xí)C語言時(shí),教材和老師一般都會(huì)強(qiáng)調(diào)i++和++i的區(qū)別,例如下面這段C語言代碼:
inti,j,k;i = 0;j = i++;i = 0;k = ++i;
這段C語言代碼執(zhí)行后,j和k的值并不相等:j等于0,k等于1。 既然執(zhí)行結(jié)果有差異,那么執(zhí)行效率很有可能也是有差異的,事實(shí)的確如此。 查看上述C語言代碼對(duì)應(yīng)的匯編代碼,如下:

3553f83c-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.jpg

編譯器版本為gcc 4.8.4

可見,j=i++;計(jì)算機(jī)需要4條指令來解釋,比執(zhí)行k=++i;多出了一條指令。多出的一條指令為:在對(duì)i執(zhí)行自加操作之前,先保存i的當(dāng)前值留作稍后使用(賦值為j)。

這是怎么回事呢?不同的編譯器結(jié)果還不一樣呢?

而且這樣看來,似乎++i的執(zhí)行效率比i++高一些?

為什么不同的編譯器結(jié)果不一樣?
要說起這其中的原因,我們要先明白兩個(gè)知識(shí)點(diǎn),即“副作用”與“順序點(diǎn)”。 這里我們引用《C Primer Plus》的說法:“現(xiàn)在我們?cè)儆懻撘恍〤的術(shù)語。副作用(side effect)是對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象或文件的修改?!?/span>
例如語句states=50,它的副作用是將變量states的值設(shè)置為50。這是副作用?這看起來更像是主要目的!然而,從C的角度來看,主要目的是對(duì)表達(dá)式求值。給C一個(gè)表達(dá)式4+6,C將計(jì)算它的值為10。給C一個(gè)表達(dá)式states=50,C將計(jì)算它的值為50。計(jì)算這個(gè)表達(dá)式的副作用就是把變量states的值改變?yōu)?0。跟賦值運(yùn)算符一樣,增量運(yùn)算符和減量運(yùn)算符也有副作用,它們主要由于副作用而被使用。
一個(gè)順序點(diǎn)(sequence point)是程序執(zhí)行中的一點(diǎn);在該點(diǎn)處,所有的副作用都在進(jìn)入下一步之前被計(jì)算。在C中,語句里的分號(hào)標(biāo)志了一個(gè)順序點(diǎn)。它意味著在一個(gè)語句中賦值運(yùn)算符、增量預(yù)算符及減量運(yùn)算符所做的全部改變必須在程序進(jìn)入下一個(gè)語句前發(fā)生。任何一個(gè)完整的表達(dá)式的結(jié)束也是一個(gè)順序點(diǎn)。
什么是完整的表達(dá)式呢?一個(gè)完整的表達(dá)式(full expression)是這樣一個(gè)表達(dá)式—-它不是一個(gè)更大的表達(dá)式的子表達(dá)式。完整的表達(dá)式的例子包括一個(gè)表達(dá)式語句里的表達(dá)式和在一個(gè)while循環(huán)里作為判斷條件的表達(dá)式。
順序點(diǎn)幫助闡明后綴增量動(dòng)動(dòng)作何時(shí)發(fā)生,比如考慮下面的代碼:
while(guests++<10)printf(“%d
”,guests);

有時(shí)C的初學(xué)者會(huì)設(shè)想在本程序中“先使用該值,然后增加它的值”的意思是在使用printf()語句后在增加guests的值。然而,因?yàn)間uests++<10是while循環(huán)的判斷條件,所以它是一個(gè)完整的表達(dá)式,這個(gè)表達(dá)式的結(jié)束就是一個(gè)順序點(diǎn)。

因此,C保證副作用(增加guests的值)在程序進(jìn)入printf()前發(fā)生。同時(shí)使用后綴形式保證了guests在于10比較后才增加。


現(xiàn)在考慮這個(gè)語句:

Y=(4+ x++)+(6+ x++);

表達(dá)式4+x++不是一個(gè)完整的表達(dá)式,所以C不能保證在計(jì)算子表達(dá)式4+x++后立即增加x。這里完整表達(dá)式是整個(gè)賦值語句,并且分號(hào)標(biāo)記了順序點(diǎn),所以C能保證的是在程序進(jìn)入后續(xù)語句前x將增加兩次。C沒有指明x是在每個(gè)子表達(dá)式被計(jì)算后增加還是在整個(gè)表達(dá)式被計(jì)算后增加,這就是我們要避免使用這類語句的原因。

這是《C Primer Plus》的說法,相信您應(yīng)該有一定答案了。


沒錯(cuò),那就是對(duì)于i=10;(++i)+(++i)+(++i);這樣的語句。C語言標(biāo)準(zhǔn)并沒有作規(guī)定。有的編譯器計(jì)算出來是39,因?yàn)闀?huì)使i的值自增三次變?yōu)?3,然后使用增加三次之后,也就是13的3個(gè)值相加為39。而有的編譯器計(jì)算結(jié)果則為37,如VisaulC++6.0則會(huì)先計(jì)算前兩個(gè)i的值為12,第三個(gè)i的值變成了加三次以后的值為13,因此結(jié)果是12+12+13=37。

如果有心的話,您可以分別在VC6和TC上本別測(cè)試;(++i)+(++i)+(++i)+(++i)的值來洞悉不同編譯器的處理規(guī)則。

那么,回到最初的printf的問題,明白求值的順序之后,再來看printf的求值問題,printf的參數(shù)都是從左到右依次壓入棧內(nèi),所以計(jì)算起來求值運(yùn)算的時(shí)候則是由右至左(棧的特點(diǎn):即先進(jìn)后出)。那么至此,想必您已經(jīng)完全想明白了這類問題的全部了!

所以講到這里,想必大家就清楚緣由了,不同編譯器的處理過程是不同的。所以并沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn)答案!現(xiàn)在大家明白了嗎?

為什么++i比i++執(zhí)行效率高一些呢? 為了寫出效率更高的C語言程序,以后是不是應(yīng)該盡量使用++i,而不是i++了呢?例如下面這樣的C語言代碼:
for(i=0; i<10; i++);for(i=0; i<10; ++i);
是不是上面那行C語言代碼的執(zhí)行效率低于下面的呢?只能說理論如此,實(shí)際上,現(xiàn)代C語言編譯器已經(jīng)足夠聰明,它會(huì)根據(jù)上下文編譯C語言代碼。 應(yīng)該明白,i++和++i的效率差異主要來自于處理i++時(shí),需要先保存i的當(dāng)前值留作稍后使用。如果之后沒有人使用i的當(dāng)前值,也就是說沒有C語言代碼讀取i++的值,編譯器實(shí)在沒有必要保存i的當(dāng)前值了,因此就會(huì)將這一步優(yōu)化掉。 為了便于分析,我們編寫下面這樣的C語言代碼:
int i = 0;i++;++i;
與上面的例子相比,區(qū)別在于在執(zhí)行i++時(shí),沒有人關(guān)心i的當(dāng)前值了。查看這段C語言代碼對(duì)應(yīng)的匯編代碼:

3567966c-b0b2-11ec-aa7f-dac502259ad0.png

顯然,i++和++i對(duì)應(yīng)的指令是一模一樣的,不再有執(zhí)行效率上的差異。 C語言中的i++和++i是有區(qū)別的,這就有可能帶來效率上的差異。如果有代碼關(guān)心i++執(zhí)行時(shí)的i當(dāng)前值,程序在對(duì)i進(jìn)行自加操作時(shí),將不得不先保存i的當(dāng)前值,而++i就無需保存當(dāng)前值,這就會(huì)帶來效率上的差異。如果沒人關(guān)心i++的當(dāng)前值,那么現(xiàn)代大多數(shù)C語言編譯器將會(huì)將這一差異優(yōu)化掉,此時(shí)i++和++i不再有效率上的差異。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:C/C++靈魂拷問:++i與i++哪個(gè)執(zhí)行效率高?有什么區(qū)別?

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