for 循环与 while 循环的 C++ 行为答案

【问题标题】：C++ behavior of for loops vs. while loopsfor 循环与 while 循环的 C++ 行为
【发布时间】：2014-06-02 03:14:43
【问题描述】：

据我了解，当你写一个类似于这个的for循环时

for (int i = 0; i < SOME_NUM; i++) { 
  if (true)
    do_something();
  else
    do_something_else();
}

此操作的时间复杂度主要受if (true) 语句的影响，因为for 循环迭代实际上并不涉及i 与SOME_NUM 的任何比较，编译器实际上只会运行循环SOME_NUM 次。如果我错了，请纠正我。

但是，如果这是正确的，那么以下嵌套的 for 循环的行为如何？

for (int i = 0; i < SOME_NUM; i++) {
  for (int j = 0; j < i; j++) {
   do_something();
  } 
}

内部 for 循环中的 j 现在是 i 的上限，该值在每次循环重新启动时都会更改。编译器将如何编译它？这些嵌套的 for 循环本质上是否表现得像一个带有 while 循环的 for 循环？如果您正在编写一个使用嵌套 for 循环的算法，其中内部计数变量取决于外部计数变量，您是否应该担心这会对您的算法的复杂性造成什么影响？

【问题讨论】：

我不会在这里称其为“时间复杂度”，因为这通常指的是运行时的 Big-Oh。而且，是的，for 循环中的比较是执行的，至少在 C++ 意义上，在更广泛的意义上是的，优化器可以优化它，但它与 for vs while 循环无关。归根结底，这一切都变成了组装，如果需要在那里进行比较，那就可以了。虽然它可能会展开它。 while 和 for 循环实际上是相同的。编译器会优化它可以优化的任何东西，它可以同时优化两者，而且它非常擅长。
在这个简单的情况下，我猜编译器将能够检测到内部循环是没有意义的，并且整体 do_something 被调用了一些恒定的次数。此外，在这里花时间的另一件大事是函数调用，但是编译器也可能内联它。在这里花时间的另一件事是分支预测。也就是说，如果在运行时处理器预测 if 块将被占用，而不是你刷新你的管道。但是，在这种情况下，if 语句将被完全编译为优化代码，因为它始终为真。
如果有疑问，请查看您的源代码生成的程序集。调试它。您将更好地了解编译器可以和将要做的各种事情，这也取决于程序集中可用的指令种类，具体取决于您的平台。但是，如果您想查看优化，请确保在编译时打开它们。
这很有帮助，谢谢

标签： c++ loops for-loop compiler-construction

【解决方案1】：

“如果我错了，请纠正我。”

你错了。

您可以在“第一个”循环中的某处添加i++，这会“破坏”您的代码。当然会比较i 和SOME_NUM。

【讨论】：

编译器是否有可能检测到SOME_NUM 是一个常量并且i 没有在for 循环的主体中被修改，因此重复主体SOME_NUM 次?
@RSahu 当然有可能，编译器可以内联函数并在它认为合适的时候展开你的循环。

【解决方案2】：

此操作的时间复杂度主要受 if (true) 语句的影响，因为 for 循环迭代实际上并不涉及 i 与 SOME_NUM 的任何比较，编译器实际上只会在 for 循环内运行代码SOME_NUM 次。如果我错了，请纠正我。

是的，你错了。在每次迭代开始时，i 递增并检查条件表达式 i < SOME_NUM。

如果您正在编写一个使用嵌套 for 循环的算法，其中内部计数变量取决于外部计数变量，您是否应该担心这会对算法的复杂性产生什么影响？

是的。在这种情况下，您必须考虑嵌套的影响。所以，最好还是去掉嵌套。

【讨论】：

【解决方案3】：

我猜你应该学习basic loop constructs。循环结构有一个条件语句，它指示是否进入循环以及迭代多少次。 if(true) 仅指示是否将执行以下语句（在这种情况下，因为条件始终为真）。

总而言之，第一个循环将执行SUM_NUM 次（O(SUM_NUM)），第二个循环是O(n^2) 循环。

【讨论】：