三元运算符是一个if-else块的两倍？
我到处读到，三元运算符应该比其相当的if – else块更快，或者至less相同。
但是，我做了以下testing，发现情况并非如此：
Random r = new Random(); int[] array = new int[20000000]; for(int i = 0; i < array.Length; i++) { array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue); } Array.Sort(array); long value = 0; DateTime begin = DateTime.UtcNow; foreach (int i in array) { if (i > 0) { value += 2; } else { value += 3; } // if-else block above takes on average 85 ms // OR I can use a ternary operator: // value += i > 0 ? 2 : 3; // takes 157 ms } DateTime end = DateTime.UtcNow; MessageBox.Show("Measured time: " + (end-begin).TotalMilliseconds + " ms.\r\nResult = " + value.ToString());
我的电脑花了85毫秒来运行上面的代码。 但是，如果我注释掉if – else块，并取消三元运算符的注释，则需要大约157 ms。
为什么发生这种情况？
为了回答这个问题，我们将检查X86和X64 JIT为这些情况所产生的汇编代码。
X86，如果/然后
32: foreach (int i in array) 0000007c 33 D2 xor edx,edx 0000007e 83 7E 04 00 cmp dword ptr [esi+4],0 00000082 7E 1C jle 000000A0 00000084 8B 44 96 08 mov eax,dword ptr [esi+edx*4+8] 33: { 34: if (i > 0) 00000088 85 C0 test eax,eax 0000008a 7E 08 jle 00000094 35: { 36: value += 2; 0000008c 83 C3 02 add ebx,2 0000008f 83 D7 00 adc edi,0 00000092 EB 06 jmp 0000009A 37: } 38: else 39: { 40: value += 3; 00000094 83 C3 03 add ebx,3 00000097 83 D7 00 adc edi,0 0000009a 42 inc edx 32: foreach (int i in array) 0000009b 39 56 04 cmp dword ptr [esi+4],edx 0000009e 7F E4 jg 00000084 30: for (int x = 0; x < iterations; x++) 000000a0 41 inc ecx 000000a1 3B 4D F0 cmp ecx,dword ptr [ebp-10h] 000000a4 7C D6 jl 0000007C
X86，三元
59: foreach (int i in array) 00000075 33 F6 xor esi,esi 00000077 83 7F 04 00 cmp dword ptr [edi+4],0 0000007b 7E 2D jle 000000AA 0000007d 8B 44 B7 08 mov eax,dword ptr [edi+esi*4+8] 60: { 61: value += i > 0 ? 2 : 3; 00000081 85 C0 test eax,eax 00000083 7F 07 jg 0000008C 00000085 BA 03 00 00 00 mov edx,3 0000008a EB 05 jmp 00000091 0000008c BA 02 00 00 00 mov edx,2 00000091 8B C3 mov eax,ebx 00000093 8B 4D EC mov ecx,dword ptr [ebp-14h] 00000096 8B DA mov ebx,edx 00000098 C1 FB 1F sar ebx,1Fh 0000009b 03 C2 add eax,edx 0000009d 13 CB adc ecx,ebx 0000009f 89 4D EC mov dword ptr [ebp-14h],ecx 000000a2 8B D8 mov ebx,eax 000000a4 46 inc esi 59: foreach (int i in array) 000000a5 39 77 04 cmp dword ptr [edi+4],esi 000000a8 7F D3 jg 0000007D 57: for (int x = 0; x < iterations; x++) 000000aa FF 45 E4 inc dword ptr [ebp-1Ch] 000000ad 8B 45 E4 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch] 000000b0 3B 45 F0 cmp eax,dword ptr [ebp-10h] 000000b3 7C C0 jl 00000075
X64，如果/然后
32: foreach (int i in array) 00000059 4C 8B 4F 08 mov r9,qword ptr [rdi+8] 0000005d 0F 1F 00 nop dword ptr [rax] 00000060 45 85 C9 test r9d,r9d 00000063 7E 2B jle 0000000000000090 00000065 33 D2 xor edx,edx 00000067 45 33 C0 xor r8d,r8d 0000006a 4C 8B 57 08 mov r10,qword ptr [rdi+8] 0000006e 66 90 xchg ax,ax 00000070 42 8B 44 07 10 mov eax,dword ptr [rdi+r8+10h] 33: { 34: if (i > 0) 00000075 85 C0 test eax,eax 00000077 7E 07 jle 0000000000000080 35: { 36: value += 2; 00000079 48 83 C5 02 add rbp,2 0000007d EB 05 jmp 0000000000000084 0000007f 90 nop 37: } 38: else 39: { 40: value += 3; 00000080 48 83 C5 03 add rbp,3 00000084 FF C2 inc edx 00000086 49 83 C0 04 add r8,4 32: foreach (int i in array) 0000008a 41 3B D2 cmp edx,r10d 0000008d 7C E1 jl 0000000000000070 0000008f 90 nop 30: for (int x = 0; x < iterations; x++) 00000090 FF C1 inc ecx 00000092 41 3B CC cmp ecx,r12d 00000095 7C C9 jl 0000000000000060
X64，三元
59: foreach (int i in array) 00000044 4C 8B 4F 08 mov r9,qword ptr [rdi+8] 00000048 45 85 C9 test r9d,r9d 0000004b 7E 2F jle 000000000000007C 0000004d 45 33 C0 xor r8d,r8d 00000050 33 D2 xor edx,edx 00000052 4C 8B 57 08 mov r10,qword ptr [rdi+8] 00000056 8B 44 17 10 mov eax,dword ptr [rdi+rdx+10h] 60: { 61: value += i > 0 ? 2 : 3; 0000005a 85 C0 test eax,eax 0000005c 7F 07 jg 0000000000000065 0000005e B8 03 00 00 00 mov eax,3 00000063 EB 05 jmp 000000000000006A 00000065 B8 02 00 00 00 mov eax,2 0000006a 48 63 C0 movsxd rax,eax 0000006d 4C 03 E0 add r12,rax 00000070 41 FF C0 inc r8d 00000073 48 83 C2 04 add rdx,4 59: foreach (int i in array) 00000077 45 3B C2 cmp r8d,r10d 0000007a 7C DA jl 0000000000000056 57: for (int x = 0; x < iterations; x++) 0000007c FF C1 inc ecx 0000007e 3B CD cmp ecx,ebp 00000080 7C C6 jl 0000000000000048
首先：为什么X86代码比X64慢得多？
这是由于代码的以下特征：
- X64有几个额外的寄存器可用，每个寄存器是64位。 这允许X64 JIT完全使用寄存器执行内部循环，而不是从数组中加载
i，而X86 JIT在循环中放置了多个堆栈操作（内存访问）。 -
value是一个64位的整数，它需要X86上的2条机器指令（add后跟adc），但在X64（add）上只有1条机器指令。
第二：为什么三元运算符在X86和X64上都比较慢？
这是由于影响JIT优化器的操作顺序的细微差别所致。 为了让三态运算符JIT，而不是直接编码2和3在自己add机器指令，JIT创build一个中间variables（在一个寄存器）来保存结果。 然后将该寄存器从32位扩展到64位，然后将其添加到value 。 由于所有这些都是在X64的寄存器中执行的，尽pipe三元运算符的复杂性显着增加，净影响有所降低。
另一方面，X86 JIT会受到更大程度的影响，因为在内部循环中添加一个新的中间值会导致其“溢出”另一个值，导致在内部循环中至less有两次额外的内存访问（请参阅访问到X86三元代码中的[ebp-14h] ）。
编辑：所有更改…见下文。
我无法在x64 CLR上重现您的结果，但我可以在x86上重现。 在x64上，我可以看到条件运算符和if / else之间的小差异（小于10％），但是比您看到的要小得多。
我做了以下潜在的改变：
- 在控制台应用程序中运行
- 使用
/o+ /debug-构build，并在debugging器之外运行 - 运行这两个代码片断一次，以便更多的准确性，然后很多次
- 使用
Stopwatch
/platform:x64 （没有“忽略”行）的结果：
if/else with 1 iterations: 17ms conditional with 1 iterations: 19ms if/else with 1000 iterations: 17875ms conditional with 1000 iterations: 19089ms
结果与/platform:x86 （没有“忽略”行）：
if/else with 1 iterations: 18ms conditional with 1 iterations: 49ms if/else with 1000 iterations: 17901ms conditional with 1000 iterations: 47710ms
我的系统详情：
- x64 i7-2720QM CPU @ 2.20GHz
- 64位Windows 8
- .NET 4.5
因此，与以前不同的是，我认为您正在看到一个真正的差异 – 这完全取决于x86 JIT。 我不想确切地说是什么导致了差异 – 我可能更新后的更多细节，如果我可以进入cordbg 🙂
有趣的是，如果不首先对数组进行sorting，那么最终的testing结果大约是4.5倍，至less在64倍。 我的猜测是，这是关于分支预测。
码：
using System; using System.Diagnostics; class Test { static void Main() { Random r = new Random(0); int[] array = new int[20000000]; for(int i = 0; i < array.Length; i++) { array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue); } Array.Sort(array); // JIT everything... RunIfElse(array, 1); RunConditional(array, 1); // Now really time it RunIfElse(array, 1000); RunConditional(array, 1000); } static void RunIfElse(int[] array, int iterations) { long value = 0; Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew(); for (int x = 0; x < iterations; x++) { foreach (int i in array) { if (i > 0) { value += 2; } else { value += 3; } } } sw.Stop(); Console.WriteLine("if/else with {0} iterations: {1}ms", iterations, sw.ElapsedMilliseconds); // Just to avoid optimizing everything away Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value); } static void RunConditional(int[] array, int iterations) { long value = 0; Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew(); for (int x = 0; x < iterations; x++) { foreach (int i in array) { value += i > 0 ? 2 : 3; } } sw.Stop(); Console.WriteLine("conditional with {0} iterations: {1}ms", iterations, sw.ElapsedMilliseconds); // Just to avoid optimizing everything away Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value); } }
这个区别真的和if / else vs ternary没有多大关系。
看着这个乱七八糟的反汇编（我不会在这里重温，请参阅@ 280Z28的答案），结果发现你正在比较苹果和橘子 。 在一种情况下，你创build了两个不同的+=操作，其值为常量，你select哪一个取决于一个条件，另一种情况下，你创build一个+= ，其中要添加的值取决于一个条件。
如果你想真正地比较一下/三元，这将是一个更公平的比较（现在两者将同样“慢”，或者我们甚至可以说三元有点快）：
int diff; if (i > 0) diff = 2; else diff = 3; value += diff;
与
value += i > 0 ? 2 : 3;
现在if/else的反汇编变成如下所示。 请注意，这比三进制的情况更糟糕，因为它也使用循环variables（ i ）的寄存器。
if (i > 0) 0000009d cmp dword ptr [ebp-20h],0 000000a1 jle 000000AD { diff = 2; 000000a3 mov dword ptr [ebp-24h],2 000000aa nop 000000ab jmp 000000B4 } else { diff = 3; 000000ad mov dword ptr [ebp-24h],3 } value += diff; 000000b4 mov eax,dword ptr [ebp-18h] 000000b7 mov edx,dword ptr [ebp-14h] 000000ba mov ecx,dword ptr [ebp-24h] 000000bd mov ebx,ecx 000000bf sar ebx,1Fh 000000c2 add eax,ecx 000000c4 adc edx,ebx 000000c6 mov dword ptr [ebp-18h],eax 000000c9 mov dword ptr [ebp-14h],edx 000000cc inc dword ptr [ebp-28h]
编辑：
增加了一个可以用if-else语句而不是条件运算符来完成的例子。
在回答之前，请看看[ 哪个更快？ 在Lippert先生的博客上。 我想埃尔森梅兹先生的回答是最正确的。
我试图用高级编程语言来提到一些我们应该记住的东西。
首先，我从来没有听说过条件运算符应该更快，或者与C中的if-else语句同样的性能。
原因很简单，如果if-else语句没有任何操作：
if (i > 0) { value += 2; } else { }
条件运算符的要求是任何一方都必须有一个值 ，而在C中它也要求：两边的types相同。 这只是使它不同于if-else语句。 因此，你的问题成为一个问题，如何生成机器代码的指令，使性能的差异。
对于条件运算符，语义上是：
无论expression如何评估，都有价值。
但是用if-else语句：
如果expression式被评估为真，那么做一些事情; 如果没有，做另一件事。
if-else语句不一定涉及到一个值。 你的假设是唯一可能的优化。
certificate它们之间差异的另一个例子如下所示：
var array1=new[] { 1, 2, 3 }; var array2=new[] { 5, 6, 7 }; if(i>0) array1[0]=4; else array2[0]=4;
上面的代码编译，但是，replaceif-else语句与条件运算符只是不会编译：
var array1=new[] { 1, 2, 3 }; var array2=new[] { 5, 6, 7 }; (i>0?array1[0]:array2[0])=4; // incorrect usage
当你做同样的事情时，条件运算符和if-else语句是相同的， 在C语言中 ，条件运算符可能会更快，因为C更接近平台的程序集。
对于您提供的原始代码，条件运算符在foreach循环中使用，这会弄乱一些东西来查看它们之间的差异。 所以我提议下面的代码：
public static class TestClass { public static void TestConditionalOperator(int i) { long value=0; value+=i>0?2:3; } public static void TestIfElse(int i) { long value=0; if(i>0) { value+=2; } else { value+=3; } } public static void TestMethod() { TestConditionalOperator(0); TestIfElse(0); } }
下面是优化的IL的两个版本，而不是。 由于他们很长，我正在使用一个图像显示，右侧是最优化的：
（点击查看全尺寸图片。）
在这两个版本的代码中，条件运算符的IL看起来比if-else语句短，而且最终产生的机器代码仍然存在疑问。 以下是这两种方法的说明，前者的图像是非优化的，后者是优化的：
-
非优化说明:(点击查看全尺寸图片。）
-
优化说明:(点击查看全尺寸图片。）
在后者中，黄色块是仅在i<=0执行的代码，当i>0时是蓝色块。 在任一版本的指令中，if-else语句都较短。
请注意，对于不同的指示，[ CPI ]不一定相同。 从逻辑上讲，对于相同的指令，更多的指令花费更长的周期。 但是如果指令获取时间和pipe道/高速caching也被考虑在内，那么实际的总执行时间取决于处理器。 处理器也可以预测分支。
现代处理器拥有更多的核心，事情可能会更复杂。 如果您是英特尔处理器用户，则可能需要看看[ 英特尔®64和IA-32架构优化参考手册 ]。
我不知道是否有一个硬件实现的CLR，但如果是的话，你可能会更快的条件运算符，因为IL显然较小。
注意：所有机器代码都是x86的。
我做了Jon Skeet所做的，并且运行了1次迭代和1000次迭代，并得到了OP和Jon的不同结果。 在我的三元体系中，速度稍快。 以下是确切的代码：
static void runIfElse(int[] array, int iterations) { long value = 0; Stopwatch ifElse = new Stopwatch(); ifElse.Start(); for (int c = 0; c < iterations; c++) { foreach (int i in array) { if (i > 0) { value += 2; } else { value += 3; } } } ifElse.Stop(); Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for If-Else: {0}", ifElse.Elapsed)); } static void runTernary(int[] array, int iterations) { long value = 0; Stopwatch ternary = new Stopwatch(); ternary.Start(); for (int c = 0; c < iterations; c++) { foreach (int i in array) { value += i > 0 ? 2 : 3; } } ternary.Stop(); Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for Ternary: {0}", ternary.Elapsed)); } static void Main(string[] args) { Random r = new Random(); int[] array = new int[20000000]; for (int i = 0; i < array.Length; i++) { array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue); } Array.Sort(array); long value = 0; runIfElse(array, 1); runTernary(array, 1); runIfElse(array, 1000); runTernary(array, 1000); Console.ReadLine(); }
从我的程序输出：
If-Else经历的时间：00：00：00.0140543
三重播放时间：00：00：00.0136723
If-Else经历的时间：00：00：14.0167870
三重播放时间：00：00：13.9418520
以毫秒为单位运行：
If-Else经历的时间：20
三年的时间：19
If-Else经历的时间：13854
三年的时间：13610
这是运行在64位XP中，我没有debugging运行。
编辑 – 在x86中运行：
使用x86有一个很大的区别。 这是在没有在之前和之前一样的xp 64位机器上进行debugging的情况下完成的，而是为x86 CPU构build的。 这看起来更像OP。
If-Else已过去的时间：18
三年的时间：35
If-Else的经过时间：20512
三年的时间已经过去了：32673
生成的汇编代码将告诉故事：
a = (b > c) ? 1 : 0;
产生：
mov edx, DWORD PTR a[rip] mov eax, DWORD PTR b[rip] cmp edx, eax setg al
鉴于：
if (a > b) printf("a"); else printf("b");
产生：
mov edx, DWORD PTR a[rip] mov eax, DWORD PTR b[rip] cmp edx, eax jle .L4 ;printf a jmp .L5 .L4: ;printf b .L5:
所以三元组可以更短更快，只需要使用更less的指令， 如果你正在寻找真假，就不会跳转。 如果您使用的值不是1和0，您将获得与if / else相同的代码，例如：
a = (b > c) ? 2 : 3;
产生：
mov edx, DWORD PTR b[rip] mov eax, DWORD PTR c[rip] cmp edx, eax jle .L6 mov eax, 2 jmp .L7 .L6: mov eax, 3 .L7:
这和if / else是一样的。
运行时没有debuggingctrl + F5似乎debugging器显着减缓了ifs和ternary，但它似乎减慢了三元运算符。
当我运行下面的代码这里是我的结果。 我认为微小的差别是由编译器优化max = max并删除它引起的，但可能不会为三元运算符进行优化。 如果有人可以检查大会，并确认这将是很棒的。
--Run #1-- Type | Milliseconds Ternary 706 If 704 %: .9972 --Run #2-- Type | Milliseconds Ternary 707 If 704 %: .9958 --Run #3-- Type | Milliseconds Ternary 706 If 704 %: .9972
码
for (int t = 1; t != 10; t++) { var s = new System.Diagnostics.Stopwatch(); var r = new Random(123456789); //r int[] randomSet = new int[1000]; //a for (int i = 0; i < 1000; i++) //n randomSet[i] = r.Next(); //dom long _ternary = 0; //store long _if = 0; //time int max = 0; //result s.Start(); for (int q = 0; q < 1000000; q++) { for (int i = 0; i < 1000; i++) max = max > randomSet[i] ? max : randomSet[i]; } s.Stop(); _ternary = s.ElapsedMilliseconds; max = 0; s = new System.Diagnostics.Stopwatch(); s.Start(); for (int q = 0; q < 1000000; q++) { for (int i = 0; i < 1000; i++) if (max > randomSet[i]) max = max; // I think the compiler may remove this but not for the ternary causing the speed difference. else max = randomSet[i]; } s.Stop(); _if = s.ElapsedMilliseconds; Console.WriteLine("--Run #" + t+"--"); Console.WriteLine("Type | Milliseconds\nTernary {0}\nIf {1}\n%: {2}", _ternary, _if,((decimal)_if/(decimal)_ternary).ToString("#.####")); }
查看生成的IL，那么比if / else语句（复制和粘贴@ JonSkeet的代码）less16个操作。 但是，这并不意味着它应该是一个更快的过程！
总结IL中的差异，if / else方法转化为与C＃代码读取（在分支内执行加法）几乎相同，而条件代码将2或3加载到堆栈上（取决于值），然后将其添加到条件之外的值。
另一个区别是使用分支指令。 if / else方法使用brtrue（如果为true，则跳转）跳过第一个条件，并使用无条件跳转从if语句中的第一个跳转。 条件代码使用bgt（分支如果大于）而不是brtrue，这可能是一个较慢的比较。
另外（刚刚阅读了分支预测）可能会对分支的性能造成较小的影响。 条件分支在分支中只有一个指令，但是if / else有7个。这也解释了为什么使用long和int有区别，因为改变为int可以减lessif / else分支中的指令数量1 （使预读更less）
在下面的代码中，if / else似乎比三元运算符快大约1.4倍。 但是，我发现引入一个临时variables减less了三元运算符的运行时间约1.4倍：
如果/否则：98毫秒
三元：141毫秒
三元与温度变种：100毫秒
using System; using System.Diagnostics; namespace ConsoleApplicationTestIfElseVsTernaryOperator { class Program { static void Main(string[] args) { Random r = new Random(0); int[] array = new int[20000000]; for (int i = 0; i < array.Length; i++) { array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue); } Array.Sort(array); long value; Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); value = 0; stopwatch.Restart(); foreach (int i in array) { if (i > 0) { value += 2; } else { value += 3; } // 98 ms } stopwatch.Stop(); Console.WriteLine("If/Else: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms"); value = 0; stopwatch.Restart(); foreach (int i in array) { value += (i > 0) ? 2 : 3; // 141 ms } stopwatch.Stop(); Console.WriteLine("Ternary: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms"); value = 0; int tempVar = 0; stopwatch.Restart(); foreach (int i in array) { tempVar = (i > 0) ? 2 : 3; value += tempVar; // 100ms } stopwatch.Stop(); Console.WriteLine("Ternary with temp var: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms"); Console.ReadKey(true); } } }
