从 x?y:z 表达式中得到了意想不到的答案

Question

这是一个简单的 C++ sn-p：

int x1 = 10, x2 = 20, y1 = 132, y2 = 12, minx, miny, maxx, maxy;
x1 <= x2 ? minx = x1, maxx = x2 : minx = x2, maxx = x1;
y1 <= y2 ? miny = y1, maxy = y2 : miny = y2, maxy = y1;
cout << "minx=" << minx << "\n";
cout << "maxx=" << maxx << "\n";
cout << "miny=" << miny << "\n";
cout <<" maxy=" << maxy << "\n";

我认为结果应该是：

minx=10
maxx=20
miny=12
maxy=132

但实际上结果是：

minx=10
maxx=10
miny=12
maxy=132

谁能解释为什么maxx 不是20？谢谢。

Answer 1

在 C++11 中，您可以使用 std::tie 和 std::make_pair 来使这个明显正确的一目了然 (TM)

#include <tuple>
#include <utility>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int x1 = 10, x2=20, y1=132, y2=12, minx, miny, maxx, maxy;

    tie(minx, maxx) = (x1 <= x2)? make_pair(x1, x2) : make_pair(x2, x1);
    tie(miny, maxy) = (y1 <= y2)? make_pair(y1, y2) : make_pair(y2, y1);

    cout<<"minx="<<minx<<"\n";
    cout<<"maxx="<<maxx<<"\n";
    cout<<"miny="<<miny<<"\n";
    cout<<"maxy="<<maxy<<"\n";
}

在线output。

这在语义上等同于发布的所有其他解决方案，并且使用任何合适的优化编译器，都没有任何开销。它在语法上更好，因为它有

• 最少的代码重复，
• 4 个赋值给变量都在赋值的左侧，并且
• 4 个赋值自变量都在右侧。

作为一种可以概括为查找指向序列的最小和最大元素的指针的细微变化，您可以使用 std::minmax_element 以及原始数组具有非成员函数 begin() 和 end() 的事实（均为 C++ 11 个功能）

#include <algorithm>
#include <tuple>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int x[] = { 10, 20 }, y[] = { 132, 12 }, *minx, *miny, *maxx, *maxy;

    tie(minx, maxx) = minmax_element(begin(x), end(x));
    tie(miny, maxy) = minmax_element(begin(y), end(y));

    cout<<"minx="<<*minx<<"\n";
    cout<<"maxx="<<*maxx<<"\n";
    cout<<"miny="<<*miny<<"\n";
    cout<<"maxy="<<*maxy<<"\n";
}

在线output.

Answer 2

条件运算符的优先级大于逗号运算符，所以

x1<=x2 ? minx=x1,maxx=x2 : minx=x2,maxx=x1;

用括号括起来

(x1<=x2 ? minx=x1,maxx=x2 : minx=x2),maxx=x1;

因此，无论条件如何，最后一次赋值都会完成。

要修复它，您可以

• 使用括号：

  x1 <= x2 ? (minx = x1, maxx = x2) : (minx = x2, maxx = x1);
  

  （您不需要true 分支中的括号，但 IMO 最好也有它们）。

• 使用两个条件句：

  minx = x1 <= x2 ? x1 : x2;
  maxx = x1 <= x2 ? x2 : x1;
  

• 使用if:

  if (x1 <= x2) {
      minx = x1;
      maxx = x2;
  } else {
      minx = x2;
      maxx = x1;
  }
  

无论是否经过优化编译，if 版本和带括号的带逗号的单个条件都会在 gcc (4.7.2) 和 clang (3.2) 下生成相同的程序集，因此也可以合理地期望其他编译器也会这样做。带有两个条件的版本会产生不同的程序集，但经过优化，这两个编译器也只发出一个 cmp 指令。

在我看来，if 版本最容易验证其正确性，因此更可取。

Answer 3

虽然其他人已经解释了问题的原因是什么，但我认为“更好”的解决方案应该是使用 if 编写条件：

int x1 = 10, x2=20, y1=132, y2=12, minx, miny, maxx, maxy;
if (x1<=x2) 
{ 
   minx=x1;
   maxx=x2;
}
else
{
   minx=x2; 
   maxx=x1;
}
if (y1<=y2)
{
    miny=y1;
    maxy=y2;
} 
else 
{
    miny=y2;
    maxy=y1;
}

是的，它长了几行，但也更容易阅读和明确发生了什么（如果您需要在调试器中单步执行，您可以轻松查看它的运行方式）。

任何现代编译器都应该能够将其中任何一个转换为相当有效的条件赋值，可以很好地避免分支（从而避免“错误的分支预测”）。

我准备了一个小测试，我用

编译

g++ -O2 -fno-inline -S -Wall ifs.cpp

这是源代码（我必须将其设为参数以确保编译器不只是直接计算正确的值而只是执行mov $12,%rdx，但实际上做了比较并决定更大）：

void mine(int x1, int x2, int y1, int y2)
{
    int minx, miny, maxx, maxy;
    if (x1<=x2) 
    { 
    minx=x1;
    maxx=x2;
    }
    else
    {
    minx=x2; 
    maxx=x1;
    }
    if (y1<=y2)
    {
    miny=y1;
    maxy=y2;
    } 
    else 
    {
    miny=y2;
    maxy=y1;
    }

    cout<<"minx="<<minx<<"\n";
    cout<<"maxx="<<maxx<<"\n";
    cout<<"miny="<<miny<<"\n";
    cout<<"maxy="<<maxy<<"\n";
}

void original(int x1, int x2, int y1, int y2)
{
    int minx, miny, maxx, maxy;
    x1<=x2 ? (minx=x1,maxx=x2) : (minx=x2,maxx=x1);
    y1<=y2 ? (miny=y1,maxy=y2) : (miny=y2,maxy=y1);
    cout<<"minx="<<minx<<"\n";
    cout<<"maxx="<<maxx<<"\n";
    cout<<"miny="<<miny<<"\n";
    cout<<"maxy="<<maxy<<"\n";
}

void romano(int x1, int x2, int y1, int y2)
{
    int  minx, miny, maxx, maxy;

    minx = ((x1 <= x2) ? x1 : x2);
    maxx = ((x1 <= x2) ? x2 : x1);
    miny = ((y1 <= y2) ? y1 : y2);
    maxy = ((y1 <= y2) ? y2 : y1);
    cout<<"minx="<<minx<<"\n";
    cout<<"maxx="<<maxx<<"\n";
    cout<<"miny="<<miny<<"\n";
    cout<<"maxy="<<maxy<<"\n";
}

int main()
{
    int x1=10, x2=20, y1=132, y2=12;
    mine(x1, x2, y1, y2);
    original(x1, x2, y1, y2);
    romano(x1, x2, y1, y2);
    return 0;
}

生成的代码如下所示：

_Z4mineiiii:
.LFB966:
    .cfi_startproc
    movq    %rbx, -32(%rsp)
    movq    %rbp, -24(%rsp)
    movl    %ecx, %ebx
    movq    %r12, -16(%rsp)
    movq    %r13, -8(%rsp)
    movl    %esi, %r12d
    subq    $40, %rsp
    movl    %edi, %r13d
    cmpl    %esi, %edi
    movl    %edx, %ebp
    cmovg   %edi, %r12d
    cmovg   %esi, %r13d
    movl    $_ZSt4cout, %edi
    cmpl    %ecx, %edx
    movl    $.LC0, %esi
    cmovg   %edx, %ebx
    cmovg   %ecx, %ebp
        .... removed actual printout code that is quite long and unwieldy... 
_Z8originaliiii:
    movq    %rbx, -32(%rsp)
    movq    %rbp, -24(%rsp)
    movl    %ecx, %ebx
    movq    %r12, -16(%rsp)
    movq    %r13, -8(%rsp)
    movl    %esi, %r12d
    subq    $40, %rsp
    movl    %edi, %r13d
    cmpl    %esi, %edi
    movl    %edx, %ebp
    cmovg   %edi, %r12d
    cmovg   %esi, %r13d
movl    $_ZSt4cout, %edi
cmpl    %ecx, %edx
movl    $.LC0, %esi
cmovg   %edx, %ebx
cmovg   %ecx, %ebp
        ... print code goes here ... 
_Z6romanoiiii:
    movq    %rbx, -32(%rsp)
    movq    %rbp, -24(%rsp)
    movl    %edx, %ebx
    movq    %r12, -16(%rsp)
    movq    %r13, -8(%rsp)
    movl    %edi, %r12d
    subq    $40, %rsp
    movl    %esi, %r13d
    cmpl    %esi, %edi
    movl    %ecx, %ebp
    cmovle  %edi, %r13d
    cmovle  %esi, %r12d
movl    $_ZSt4cout, %edi
cmpl    %ecx, %edx
movl    $.LC0, %esi
cmovle  %edx, %ebp
cmovle  %ecx, %ebx
        ... printout code here.... 

如您所见，mine 和 original 是相同的，romano 使用稍微不同的寄存器和不同形式的cmov，但除此之外它们在相同数量的指令中执行相同的操作。

Answer 4

关于操作优先级和代码生成的有趣问题。

好的，, 操作的优先级非常低（最低，请参阅reference table）。由于这个事实，您的代码与以下几行相同：

((x1<=x2) ? minx=x1,maxx=x2 : minx=x2),maxx=x1;
((y1<=y2) ? miny=y1,maxy=y2 : miny=y2),maxy=y1;

实际上只有 C/C++ 语法可以防止第一个 , 出现相同的行为。

C/C++ 运算优先级中另一个真正危险的地方是位运算和比较。考虑以下片段：

int a = 2;
int b = (a == 2|1); // Looks like check for expression result? Nope, results 1!

展望未来，我建议以这种方式重写您的片段，以保持效率和可读性之间的平衡：

minx = ((x1 <= x2) ? x1 : x2);
maxx = ((x1 <= x2) ? x2 : x1);
miny = ((y1 <= y2) ? y1 : y2);
maxy = ((y1 <= y2) ? y2 : y1);

关于这段代码最有趣的事实是，由于 CPU 指令集中的条件位标志，这种风格可能会为某些架构（如 ARM）生成最有效的代码（条件复制不会花费更多，将编译器指向正确的代码片段）。

Answer 5

由于运算符优先级，表达式解析如下：

(x1<=x2 ? minx=x1,maxx=x2 : minx=x2), maxx=x1;

你可以解决这个问题：

(x1<=x2) ? (minx=x1,maxx=x2) : (minx=x2, maxx=x1);

实际上你不需要前两对括号。 Also check this question.

Answer 6

因为运算符优先级：

(x1<=x2 ? minx=x1,maxx=x2 : minx=x2),maxx=x1

您可以使用以下方法修复它：

int x1=10, x2=20, y1=132, y2=12, minx, miny, maxx, maxy;
x1<=x2 ? (minx=x1,maxx=x2) : (minx=x2,maxx=x1);
y1<=y2 ? (miny=y1,maxy=y2) : (miny=y2,maxy=y1);
cout<<"minx="<<minx<<"\n";
cout<<"maxx="<<maxx<<"\n";
cout<<"miny="<<miny<<"\n";
cout<<"maxy="<<maxy<<"\n";