三元运算符的性能成本是多少？

Question

我听说编译器非常聪明，知道如何优化if / else语句。

我也听说三元运算符具有高性能，因为它们通过CPU的指令流水线较少。

让我澄清一下，基于我所听到的：

if / else必须将其条件通过管道传递并等待结果，然后才能执行结果的计算。

然而，三元运算符可以将两个结果的计算都传递给CPU，而无需等待布尔表达式通过管道。

那么，哪个更快，三元运算符还是if / else？

- Magical Gordon

---

这取决于编译器。一些天真的、非优化的编译器可能会使用条件移动来处理三元运算符，并使用分支语句处理if/else语句，但在更复杂的编译器的SSA转换阶段，两者之间的任何区别都会被消除。 - Iwillnotexist Idonotexist

至少在C语言中，?:的语义禁止评估未选择的一侧，就像if() else一样。编译器只有在遵守as-if规则的情况下才能评估两个执行路径，即编译器可以证明额外的计算不会产生任何可观察的副作用。同样，这对于?:和if() else都是完全相同的情况。 - cmaster - reinstate monica

一个天真的、非优化的编译器无法证明它可以评估两个路径。因此，它必须在没有条件移动的情况下编译?:。只有聪明的编译器才能证明这样的事情，并在这里使用条件移动。 - cmaster - reinstate monica

@cmaster 确实如此；但我考虑的是简单的 d = c ? a : b 示例，其中 a 和 b 不会产生副作用。否则需要完整的 if/else。 - Iwillnotexist Idonotexist

@我不会存在我不存在 这些“琐碎”的例子可以通过移动编译。但是：分支代码可以表示所有?:的实例，而条件移动代码则不能。因此，一个天真的、非优化的编译器将始终选择将所有?:的实例编译成分支代码，避免决定是否有更好的选择。 - cmaster - reinstate monica

Answer 1

没有性能差异，三元运算符只是一种语法糖。

来自ISO / IEC 9899 C标准（draft，第90页）：

6.5.15条件运算符

（...）

语义

评估第一个操作数; 它的评估后有一个序列点。仅当第一个操作数与0不相等时，才评估第二个操作数; 仅当第一个操作数与0相等时，才评估第三个操作数; 结果是第二个或第三个操作数的值（评估哪个），转换为下面描述的类型。 （...）

- Adam Stelmaszczyk

---

只是为了支持您的答案： https://dev59.com/83A65IYBdhLWcg3w6DJO - azngunit81

从其他答案所说的来看，只有在编译器设置为特定的优化级别时它们才是相同的。 - Magical Gordon

@MagicalGordon 他们是相同的；唯一的区别是一个(if(c){a}else{b})是语句，而另一个(c ? a : b)是表达式。C标准草案正好描述了?:的机制就像一个if/else：首先评估条件，然后发生一个序列点，然后评估a或b但不是两者都评估。如果编译器通过_as-if_规则同时评估两个表达式具有与仅评估一个表达式相同的效果，则可以评估两个表达式；但是，如果评估任何一个表达式会导致副作用，则不能这样做。 - Iwillnotexist Idonotexist

这取决于你所说的“相同”的意思 - C标准规定它们具有相同的效果 - 但编译器当然可以比另一个实现更有效率！存在许多情况，两个结构具有完全相同的可观察行为，但编译器可能会以不同的方式实现它们。例如，在没有优化标志的情况下，icc和clang都使用条件移动编译简单的（无副作用）三元运算符，而ifs则编译为跳转。优化改变了事情，然后它们似乎更喜欢条件移动。 - BeeOnRope

我在编译器浏览器上进行了检查，对于大多数简单用例，生成的汇编代码也完全相同。有一个情况下，我发现三元运算符具有更好的性能，即在创建一个重对象（具有非POD大内存占用）时，我们决定使用（如果条件为真，则为object1，否则为object2）进行初始化。我能想到的唯一原因是，在if / else的情况下，由于默认构造+复制赋值，而在三元运算符中仅进行复制构造。但我不太确定。 - Anirudh