在“for”循环中，后增和前增产生相同的输出结果

Question

以下这两个 for 循环产生相同的结果，尽管一个使用后增量运算符(post increment)，另一个则使用前增量运算符(pre-increment)。

以下是代码：

for(i=0; i<5; i++) {
    printf("%d", i);
}

for(i=0; i<5; ++i) {
    printf("%d", i);
}

我使用两个“for”循环得到相同的输出，我错过了什么吗？

- theReverseFlick

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我查看了几个链接，但没有找到我要找的答案。简短的答案是“序列点”。引用C11草案附录C序列点的部分内容：“- 在完整表达式的评估和下一个要评估的完整表达式之间。以下是完整表达式：……for语句的每个（可选）表达式（6.8.5.3）;返回语句中的（可选）表达式（6.8.6.4）。这意味着在for循环的每个表达式后都有序列点。因此，在for循环的第三个表达式中执行++i或i++或i+=1或i=i+1并不重要。 - ZeZNiQ

Answer 1

在评估i++或++i之后，i的新值在两种情况下都相同。 前增和后增的区别在于对表达式本身的评估结果。

++i递增i并计算出i的新值。

i++计算出i的旧值，并递增i。

这在for循环中并不重要的原因是控制流大致按照以下方式工作：

1. 测试条件
2. 如果为false，则终止
3. 如果为true，则执行主体
4. 执行递增步骤

由于(1)和(4)是解耦的，因此可以使用前增或后增。

- danben

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考虑到i++需要在自增后记住旧值，我认为使用++i可能更短（可能少1-2条指令）。 - danben

未使用的值应该被优化掉，对吧？ - Jamin Grey

如果没有使用 i++ 的理由，采用 ++i 习惯有什么不好呢？ - Azendale

Azendale说得对。默认使用后增/减运算符是许多人具有的一种非常不幸的习惯。只有在明确且可辩护的情况下才应该使用后缀。当然，在任何非微不足道的编译器中，未求值的基元可能不会有任何区别，但这并不意味着后缀应该成为默认选择；这样的习惯最终只会带来麻烦。 - underscore_d

如果 C++ 被称为 ++C，那么很可能默认的习惯会是 ++i :) - marco

Answer 2

很简单。上述的for循环在语义上等同于

int i = 0;
while(i < 5) {
    printf("%d", i);
    i++;
}

和

int i = 0;
while(i < 5) {
    printf("%d", i);
    ++i;
}

注意，就这个代码块而言，i++; 和 ++i; 这两行的语义相同。它们对 i 的值都有相同的影响（增加1），因此对这些循环的行为产生相同的影响。

请注意，如果将循环改写为：

int i = 0;
int j = i;
while(j < 5) {
    printf("%d", i);
    j = ++i;
}

int i = 0;
int j = i;
while(j < 5) {
    printf("%d", i);
    j = i++;
}

这是因为在第一个代码块中，j 看到的是 i 增加后的值（i 先被增加，即前缀增加，因此得名），而在第二个代码块中，j 看到的是 i 增加前的值。

- jason

Answer 3

你的代码结果将是相同的。原因在于这两个递增操作可以看作是两个不同的函数调用。两个函数都会导致变量递增，只有它们的返回值不同。在这种情况下，返回值被抛弃，这意味着输出中没有可区分的差异。

然而，在编程中，底层实现有所区别：后缀自增运算符i++需要创建一个临时变量来存储i的原始值，然后执行自增操作并返回该临时变量。前缀自增运算符++i不会创建临时变量。当对象是简单类型（如int）时，任何优化设置都应该能够将其优化掉，但请记住，像迭代器这样更复杂的类中，++运算符被重载了。由于两个重载方法可能有不同的操作（例如，其中一个可能要在stdout输出“嘿，我被前缀自增了！”），如果返回值没有被使用，编译器无法确定这两种方法是否相等（基本上因为这样的编译器将解决无法解决的停机问题），它需要使用更昂贵的后缀自增版本，如果你写myiterator++。

以下是三个使用前缀自增运算符的理由：

1. 你不必考虑变量/对象是否具有重载的后置增量方法（例如在模板函数中），也不必将其视为不同的处理方式（或忘记将其视为不同的处理方式）。
2. 一致的代码看起来更好。
3. 当有人问你“为什么要使用前置递增？”时，你将有机会教他们关于停机问题和编译器优化的理论限制。 :)

- Anders Sjöqvist

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我认为你错了！++i和i++唯一的区别在于执行顺序。在一个情况下，你会 inc *i push *i而在另一种情况下，你会 push *i inc *i我不认为这是一种优化。 - G. Allen Morris III

他说的没错。如果你不使用副本，后增基元可以很容易地被编译器优化掉。但他最后暗示的重点是，在迭代器上进行后增操作实际上是一个方法调用，并创建了一个全新的迭代器副本。这些不能由编译器优化掉，因为构造函数和函数调用可能会产生无法跟踪的副作用，因此编译器不能假定它们不是关键的。 - Jherico

在一个情况下，你会使用inc *i push *i，而在另一个情况下，你会使用push *i inc *i。我不认为这是一种优化的做法。 - MQDuck

他是错误的：我在编译器资源网站https://godbolt.org/上尝试了前置和后置递增操作符，无论你如何使用这两种递增方式，都会获得完全相同的汇编代码。对于C语言，你只是描述了你希望编译器执行的操作，如果这些操作达到同样的效果，那么通常会得到相同的输出。现代编译器非常聪明，前置和后置递增几乎从不产生任何差别，如果你不相信，请在编译器资源网站上验证一下！ - Will

当然，但是你是否使用基本类型或一些重载增量的更复杂类型进行了检查？ - Karlovsky120

他并没有错，显然只会读一半... - peter

Answer 4

这是我最喜欢的面试题之一。我将先解释答案，然后告诉您为什么我喜欢这个问题。

解决方案：

答案是两个片段都会打印从0到4（包括4）的数字。这是因为for()循环通常等同于while()循环：

for (INITIALIZER; CONDITION; OPERATION) {
    do_stuff();
}

可以这样写：

INITIALIZER;
while(CONDITION) {
    do_stuff();
    OPERATION;
}

你可以看到，在循环结构的底部总是会执行 OPERATION 操作。这种形式下，i++ 和 ++i 会产生相同的效果：它们都会递增 i 并忽略结果。新的 i 值直到下一次迭代开始时才被测试，即在循环顶部。

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编辑: 感谢 Jason 指出如果循环包含控制语句（如 continue）会阻止在 while() 循环中执行 OPERATION，因此此处的for() 和while() 不等价。在 for() 循环中，在下一次迭代之前始终执行 OPERATION。

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为什么这是一个好的面试题目

首先，如果候选人能立即正确回答，只需要花费一两分钟，我们就可以进入下一个问题。

但令我惊讶的是，许多候选人告诉我，使用后置增量的循环将打印从 0 到 4 的数字，而使用前置增量的循环将打印 0 到 5 或 1 到 5。他们通常正确地解释了前缀和后缀递增之间的区别，但是他们误解了 for() 循环的机制。

在这种情况下，我会要求他们使用 while() 重写循环，这真的可以让我了解到他们的思考过程。这也是我问这个问题的原因：我想了解他们解决问题的方式，以及当我对他们的世界观提出质疑时，他们如何继续。

此时，大多数候选人会意识到他们的错误并找到正确的答案。但是我遇到了一个坚持认为自己最初的答案是正确的候选人，然后改变了他将 for() 转换为 while() 的方式。虽然这次面试十分有趣，但我们没有给他发 Offer！

希望这能帮到你！

- Adam Liss

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你应该重新考虑提出这个面试问题，因为你犯了一个严重但常见的错误。通常情况下，一个 for 循环不能按照你指定的方式被重写。例如看看 for(int i = 0; i < 42; i++) { printf("%d", i); continue; } 这个例子。你声称它在语义上等同于 int i = 0; while(i < 42) { printf("%d", i); continue; i++; }，但这显然是错误的。 - jason

@Jason：今天我学到了一个我之前没有考虑过的边缘情况！在近十年中，我从来没有遇到过一个候选人能够认出这个情况。如果我继续使用这个问题，因为它有我提到的那些价值，我会根据上面的修改重新表述它。如果一个候选人立即给出正确答案，我会问是否有任何例外。 :-)你的明确反例加一分。谢谢！ - Adam Liss

@jdehaan：我没有说通用的for循环等同于你和@Adam Liss提供的通用的while循环。我是说在这个特定的例子中，OP的for循环和我给出的while循环之间的语义是相同的。一般来说，从for循环到while循环的朴素翻译是有问题的，这就是你陷入麻烦的原因。顺便说一句，注意编译器甚至不需要将OP的for循环转换为任何类型的循环；例如，编译器可以完全展开循环。 - jason

@Jason：是的，我通常从看起来像简单的面试问题开始，然后根据候选人的回答“深挖”一下。直到现在，我的大部分经验都是与一个小型工程公司合作的，他们倾向于避免新毕业生，更喜欢电气工程师而不是更专注于计算机科学的开发人员。（这并不是我的判断，只是事实如此。）无论如何，我很高兴我的回答引发了这个讨论，并感谢你的想法。 - Adam Liss

如果你把它看作是一种对抗或者欺凌的过程，无论你是面试官还是应聘者，那么对于我需要填补的职位来说，这确实是适得其反的。另一方面，如果这是一个合作友好的谈话，反映了实际的工作环境，那么你们每个人都可以学到很多关于如何共同工作的东西。作为面试官，我的工作之一就是帮助候选人放松心情，专注于任务，并给他们成功的机会。我想知道他们能完成多少工作，而不是想要绊倒他们。 - Adam Liss

Answer 5

无论哪种情况，增量都是在循环体之后执行的，因此不会影响循环中的任何计算。如果编译器比较愚蠢，使用后置增量可能会略微降低效率（因为通常需要保留先前的值供以后使用），但在这种情况下我预期任何差异都会被优化掉。

想象一下 for 循环是如何实现的，本质上被转换成一组赋值、测试和分支指令。在伪代码中，前置增量看起来像：

      set i = 0
test: if i >= 5 goto done
      call printf,"%d",i
      set i = i + 1
      goto test
done: nop

后缀自增至少需要另外一步操作，但优化起来很容易。

      set i = 0
test: if i >= 5 goto done
      call printf,"%d",i
      set j = i   // store value of i for later increment
      set i = j + 1  // oops, we're incrementing right-away
      goto test
done: nop

- tvanfosson

Answer 6

如果你写成这样，那么就会有所影响:

for(i=0; i<5; i=j++) {
    printf("%d",i);
}

如果像这样编写代码，将会比下面的代码多迭代一次：

for(i=0; i<5; i=++j) {
    printf("%d",i);
}

- iss42

Answer 7

在每次执行printf("%d", i)之后，i++和++i都会被执行，因此它们没有区别。

- Hoàng Long

Answer 8

您可以在此处阅读Google的答案： http://google-styleguide.googlecode.com/svn/trunk/cppguide.xml#Preincrement_and_Predecrement 因此，主要问题是，在简单对象上没有区别，但对于迭代器和其他模板对象，您应该使用预增量。

编辑：

没有区别，因为您使用简单类型，所以没有副作用，并且后置或前置增量在循环体之后执行，因此不会影响循环体中的值。

您可以使用以下循环进行检查：

for (int i = 0; i < 5; cout << "we still not incremented here: " << i << endl, i++)
{
    cout << "inside loop body: " << i << endl;
}

- Yola

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这并没有回答为什么输出结果是相同的问题。 - Bo Persson

@Bo Persson，公平起见，您应该不仅仅为我的答案打分。我认为您真的很粗鲁。 - Yola

也许我是，但其他答案已经两年了，而且实际上试图回答“我想知道为什么没有区别”。 - Bo Persson

@Bo Persson，刚发现并回答了，没提到日期。 - Yola

Answer 9

在for循环中的第三个语句只会被执行，但它的计算值会被丢弃而不被处理。
当计算值被丢弃时，前置和后置增量是相等的。
只有在它们的值被使用时才会有所不同。

- Petruza

Answer 10

是的，你会得到完全相同的输出。为什么你认为它们应该给你不同的输出呢？

后增量或前增量在这种情况下很重要：

int j = ++i;
int k = i++;
f(i++);
g(++i);

在编程中，你可以通过赋值或传递参数来提供一些值。但是在你的for循环中，你既不赋值也不传递参数，只对它进行递增操作。因此后置和前置这两种运算在这里没有任何意义！

- Nawaz