C++ 面试题之 i++ 和 ++i 区别及效率之谜

i++ vs ++i：究竟谁更高效？

序言

每当我们自以为掌握了编程的方方面面时，总有一些出人意料的面试题会将我们打回原形。一个经典的例子就是：“i++ 和 ++i 有什么区别，谁的效率更高？”

破解谜团

答案是：i++ 和 ++i 在效率上没有区别 。它们只是两种不同的语法糖，最终编译成相同的机器码。两者都会先将变量 i 的值加载到寄存器中，然后加 1，最后将结果保存回 i。

潜藏的误区

许多人可能会认为 i++ 更高效，因为它似乎在加 1 之前先加载 i 的值。然而，现代编译器通常会对 i++ 和 ++i 进行优化，使它们在机器码中表现得相同。

启迪与思考

这个面试题让我们意识到：编程语言只是工具，重要的是理解其底层原理 。只有这样，我们才能编写出高效且可靠的代码。

进阶剖析

当表达式涉及临时变量时，例如 i++ + j，编译器可能无法优化 i++ 为 ++i。在这种情况下，i++ 可能会略微降低效率。

性能测试

为了验证 i++ 和 ++i 的效率是否确实相同，我们可以进行简单的性能测试。使用 C++11 的计时库，我们可以测量执行 100 万次 i++ 和 ++i 所需的时间：

int main() {
    int i = 0;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
        i++;
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "i++ took " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count() << " microseconds" << std::endl;

    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
        ++i;
    }
    end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "++i took " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count() << " microseconds" << std::endl;

    return 0;
}

在我们的测试中，i++ 和 ++i 的执行时间几乎相同，差异在误差范围内。这进一步证实了 i++ 和 ++i 在效率上没有区别。

常见问题解答

1. i++ 和 ++i 的语法有什么区别？
   • i++ 是后缀递增运算符，先执行表达式，然后再递增 i 的值。++i 是前缀递增运算符，先递增 i 的值，然后再执行表达式。
2. 为什么编译器会优化 i++ 和 ++i 为相同的机器码？
   • 现代编译器通常采用优化技术，例如公共子表达式消除和常量折叠，以提高代码的执行效率。
3. 何时应使用 i++，何时应使用 ++i？
   • 这完全取决于个人喜好，因为它们在效率上没有区别。
4. 是否有一种方法可以强制编译器不优化 i++ 为 ++i？
   • 使用 volatile 可以强制编译器不优化某些代码段。但是，不建议在性能敏感的情况下使用它，因为它会降低效率。
5. i++ 和 ++i 在其他编程语言中的表现是否相同？
   • 在大多数其他编程语言中，例如 Java、Python 和 JavaScript，i++ 和 ++i 的行为与 C++ 中类似。

结论

简而言之，i++ 和 ++i 在效率上没有区别。它们只是两种不同的语法糖，编译成相同的机器码。因此，在实际编码中，我们可以根据个人喜好来选择使用哪一种语法。