比较C++在for循环中的i++和++i以及i++的O2优化的效率：++i真的比i++快吗

Posted 2023-03-01 Tisfy

比较C++在for循环中的i++和++i以及i++的O2优化的效率：++i真的比i++快吗

前言

对i++和++i的争论褒贬不一，不知从何时起（大概是学C的时候老师就是这么教的）我的习惯是在for循环中使用i++而不是++i

for (int i = 0; i < n; i++)  // 典

但是看到一些博客说++i比i++的效率高。

虽然现在的编译器的优化、机器的性能提升之类导致i++和++i的区别应该不会很大，但我还是决定做一个实验进行一下对比。

实验环境

• 操作系统：deepin 5.3.15-6apricot
• g++版本：gcc version 8.3.0 (Uos 8.3.0.3-3+rebuild)
• screen版本：Screen version 4.06.02 (GNU) 23-Oct-17

实验步骤

首先编写了两个简单的cpp文件，分别命名为i++.cpp和++i.cpp

其中i++.cpp为：

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

#define forTo 10000000000000
#define perCout 1000000000

int main() 
    clock_t start = clock();
    for (long long i = 0; i < forTo; i++) 
        if (i % perCout == 0) 
            cout << i << "(" << 100. * i / forTo << "%)" << endl;
        
    
    puts("End..");
    cout << "Time consume: " << double(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << endl;
    return 0;

++i.cpp为：

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

#define forTo 10000000000000
#define perCout 1000000000

int main() 
    clock_t start = clock();
    for (long long i = 0; i < forTo; ++i) 
        if (i % perCout == 0) 
            cout << i << "(" << 100. * i / forTo << "%)" << endl;
        
    
    puts("End..");
    cout << "Time consume: " << double(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << endl;
    return 0;

上述两个文件的主要部分都是一个循环，一共循环10000000000000次，每循环1000000000次打印一次

二者唯一的区别是第10行

+     for (long long i = 0; i < forTo; i++) 
-     for (long long i = 0; i < forTo; ++i) 

接着开启三个screen终端，在每个终端中分别编译源文件。三个终端的名称分别为i++、++i和i++O2

• 在终端i++中，使用指令g++ -O0 i++.cpp -o i++进行编译
• 在终端++i中，使用指令g++ -O0 ++i.cpp -o ++i进行编译
• 在终端i++O2中，使用指令g++ -O2 i++.cpp -o i++O2进行编译

前两个终端不使用O2优化，第三个终端使用O2优化

为了使实验尽可能地在相同的条件下运行，提前在三个终端中输入好运行指令：./i++、./++i、./i++O2

接着以尽快的速度（1秒内）在三个终端中分别键入回车，让三个程序在尽可能短的时间内“同时”启动运行并等待结果。

经过一段时间后（约7h），我们得到了运行结果：

结果显示：

1. 在for循环中使用i++计算10000000000000次，每1000000000次打印一次，所消耗的时间为23688.9秒
2. 在for循环中使用++i计算10000000000000次，每1000000000次打印一次，所消耗的时间为23806.2秒
3. 在for循环中使用i++计算10000000000000次，每1000000000次打印一次，并开启O2优化，所消耗的时间为8953.8秒

这表明：

1. i++并且开O2优化的执行时间“远”小于i++或++i不开优化的执行时间
2. 不开启O2优化的情况下，i++和++i的效率相差不大，使用++i的耗时略长，使用i++的时间消耗约为++i的99.507%

进一步实验：

在上述实验中，虽说每隔1000000000次打印一次，但在循环中仍打印了10000次。这1万次的打印会消耗不少的时间，并且也可以引起一定的误差。

因此，在实验二中，我们取消了循环中的打印，只保留循环结束后的时间打印。

同样新建了两个简单的cpp文件：i++NC.cpp和++iNC.cpp。其中NC的意思是：Not Cout

i++NC.cpp为：

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

#define forTo 10000000000000
#define perCout 1000000000

int main() 
    clock_t start = clock();
    for (long long i = 0; i < forTo; i++) 
        ;
    
    puts("End..");
    cout << "Time consume: " << double(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << endl;
    return 0;

++iNC.cpp为

#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;

#define forTo 10000000000000
#define perCout 1000000000

int main() 
    clock_t start = clock();
    for (long long i = 0; i < forTo; ++i) 
        ;
    
    puts("End..");
    cout << "Time consume: " << double(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << endl;
    return 0;

二者的唯一区别仍为第10行

接着使用类似实验一的方式在三个终端中对文件进行编译、执行

编译命令分别为：

1. g++ -O0 i++.cpp -o i++
2. g++ -O0 ++i.cpp -o ++i
3. g++ -O2 i++.cpp -o i++O2

执行程序的命令分别为：

1. ./i++NC
2. ./++iNC
3. ./i++NCO2

接近同时（1秒内）启动三个程序，并观察运行结果

可以看到：

1. 在for循环中使用i++计算10000000000000次，所消耗的时间为16987秒
2. 在for循环中使用++i计算10000000000000次，所消耗的时间为16994.3秒
3. 在for循环中使用i++计算10000000000000次，并开启O2优化，所消耗的时间为2.2e-05秒

这表明：

1. i++并且开O2优化的执行时间远小于i++或++i不开优化的执行时间
2. 不开启O2优化的情况下，i++和++i的效率相差不大，使用++i的耗时略长，使用i++的时间消耗约为++i的99.957%

Conclusion

1. O2优化很多时候确实能够大大提高代码的执行效率
2. （在for循环中使用）i++和++i的区别真的不大，按照自己喜欢的使用就好

End

附 本实验所有文件的MD5值：（使用命令：md5sum 文件名计算得到）

文件	MD5值
++i	a0a4916914604260d15f915b69bd6680
++i.cpp	87f7bce79f6da8aab379d50855623b49
++iNC	8f3824486c3eda26ee7c687b48fddf17
++iNC.cpp	c83f8a7252ab83b7c1aacc1371464711
i++	d706151497301d37c17f2766231493c1
i++.cpp	ce237f15c3b2376f064c036985389d40
i++NC	f92ba414cd60df7d44a62bca23378d61
i++NC.cpp	163bc47ce3176b73306568ef542eb3a0
i++NCO2	7f2e8e8998361aab19e4c1decf29026a
i++O2	4f8cbacc480c8dbf5a62e433535bc9b1

The Real End, Thanks!

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Tisfy：https://letmefly.blog.csdn.net/article/details/128675905