三元运算符的速度是if-else块的两倍吗？

我到处都读到，三元运算符应该比其等效的if- else块更快，或至少相同。

但是，我进行了以下测试，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，并取消注释三元运算符行，则大约需要157毫秒。

为什么会这样呢？

为了回答这个问题，我们将针对每种情况检查X86和X64 JIT生成的汇编代码。

X86，如果/则

    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/则

    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 

第一：为什么X86代码比X64 这么慢？

这是由于代码的以下特征：

1. X64有几个其他可用的寄存器，每个寄存器都是64位。这使得X64 JIT除了从i数组中加载之外，还可以完全使用寄存器执行内部循环，而X86 JIT在循环中放置了几个堆栈操作（内存访问）。
2. value是64位整数，在X86上需要2条机器指令（add后跟adc），而在X64上只需要1条机器指令（add）。

第二：为什么X86和X64上的三元运算符都变慢？

这是由于影响JIT优化器的操作顺序存在细微差异。为了JIT三元运算符，而不是直接在机器指令本身中进行编码2和编码，JIT创建了一个中间变量（在寄存器中）以保存结果。然后将该寄存器从32位符号扩展到64位，然后再将其添加到中。由于所有这些操作都是在X64的寄存器中执行的，因此尽管三元运算符的复杂性显着增加，但净影响还是最小的。3addvalue

另一方面，X86 JIT受到的影响更大，因为在内循环中添加新的中间值会导致它“溢出”另一个值，从而在内循环中至少有2个额外的内存访问（请参阅访问到[ebp-14h]X86三元代码中）。

编辑：所有更改...请参阅下文。

我无法在x64 CLR上重现您的结果，但可以在x86 上重现。在x64上，我可以看到条件运算符和if / else之间存在很小的差异（小于10％），但是比您所看到的要小得多。

我进行了以下潜在更改：

• 在控制台应用程序中运行
• 使用构建/o+ /debug-，并在调试器外部运行
• 运行这两个代码一次以将它们JIT，然后多次运行以提高准确性
• 用 Stopwatch

结果/platform:x64（不带“忽略”行）：

if/else with 1 iterations: 17ms
conditional with 1 iterations: 19ms
if/else with 1000 iterations: 17875ms
conditional with 1000 iterations: 19089ms

结果/platform:x86（不带“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

我的系统详细信息：

• x64 i7-2720QM CPU @ 2.20GHz
• 64位Windows 8
• .NET 4.5

所以不像以前，我觉得你是看到一个真正的区别-这一切都做与x86 JIT。我不想确切地说出是什么导致了差异-如果以后我可以打扰cordbg的话，我可能会在稍后更新更多详细信息：)

有趣的是，没有先对数组进行排序，我最终得到的测试时间大约是x64的4.5倍。我的猜测是，这与分支预测有关。

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);
    }
}

区别实际上与if / else和三元关系不大。

看着乱七八糟的反汇编（我不会在这里重复，请参见@ 280Z28的回答），事实证明您正在比较苹果和橙子。在一种情况下，您将创建两个+=具有恒定值的不同操作，而选择的一个取决于条件，而在另一种情况下，您将创建一个要添加+=的值取决于条件的位置。

如果您想真正比较if / else与三元数，这将是一个更公平的比较（现在两者都同样“慢”，或者我们甚至可以说三元数要快一点）：

int diff;
if (i > 0) 
    diff = 2;
else 
    diff = 3;
value += diff;

与

value += i > 0 ? 2 : 3;

现在，的拆卸if/else如下图所示。注意，这比三元情况差一点，因为它也使用循环变量（i）的寄存器退出。

                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：

添加了一个可以使用if-else语句但不能使用条件运算符的示例。

在回答之前，请看一下[ 哪个更快？]，请访问Lippert先生的博客。我认为Ersönmez先生的答案是这里最正确的答案。

我想提一提一些高级编程语言时应牢记的内容。

首先，我从未听说过条件运算符应该更快，或者C♯中的 if-else语句具有同样的性能。

原因很简单，如果对if-else语句不执行任何操作怎么办：

if (i > 0)
{
    value += 2;
}
else
{
}

条件运算符的要求是在任一侧必须有一个值，并且在C♯中还要求的两侧:具有相同的类型。这只是使其不同于if-else语句。因此，您的问题变成了一个问题，询问如何生成机器代码的指令，从而提高性能。

使用条件运算符，从语义上讲是：

无论对表达式进行评估，都有一个值。

但是用if-else语句：

如果表达式的计算结果为true，请执行某些操作；否则，请执行以下操作。如果没有，请做另一件事。

if-else语句不一定涉及值。您的假设只有通过优化才能实现。

展示它们之间差异的另一个示例如下：

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };

if(i>0)
    array1[1]=4;
else
    array2[2]=4;

上面的代码可以编译，但是，用条件运算符替换if-else语句将不会编译：

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };
(i>0?array1[1]:array2[2])=4; // incorrect usage 

当您做相同的事情时，条件运算符和if-else语句在概念上是相同的，使用C中的条件运算符可能会更快，因为C更接近于平台的组装。

对于您提供的原始代码，在foreach循环中使用了条件运算符，这会使事情变得混乱以了解它们之间的区别。所以我提议以下代码：

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);
    }
}

而以下是两个版本的IL的优化和非。由于它们很长，因此我使用图像进行显示，右侧是经过优化的一个：

（单击以查看大图。）

在两种版本的代码中，条件运算符的IL看起来都比if-else语句短，并且仍然存在对最终生成的机器代码的疑问。以下是两种方法的说明，前一种图像未优化，后一种图像是优化的：

• 未优化的说明：（单击以查看大图。）

• 优化说明：（单击以查看完整尺寸的图像。）

在后者中，黄色块是仅在if时执行的代码i<=0，蓝色块是when i>0。在任一版本的指令中，if-else语句都较短。

注意，对于不同的指令，[ CPI ]不一定相同。从逻辑上讲，对于相同的指令，更多的指令会花费更长的周期。但是，如果还考虑了指令的获取时间和管道/缓存，则实际的总执行时间取决于处理器。处理器还可以预测分支。

现代处理器具有甚至更多的核心，因此事情可能会更加复杂。如果您是Intel处理器用户，则可能需要查看[ Intel®64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual ]。

我不知道是否有硬件实现的CLR，但如果是，则使用条件运算符可能会更快，因为IL显然要小一些。

_{注意：所有机器代码均为x86。}

我做了Jon Skeet的工作，经历了1次迭代和1,000次迭代，并且得到了OP和Jon的不同结果。在我的系统中，三元数只是稍快一点​​。下面是确切的代码：

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();
    }

我程序的输出：

If-Else的经过时间：00：00：00.0140543

三元时间：00：00：00.0136723

If-Else的经过时间：00：00：14.0167870

三元时间：00：00：13.9418520

另一个运行时间（以毫秒为单位）：

If-Else经过的时间：20

三进制耗用的时间：19

If-Else经过的时间：13854

三进制耗用的时间：13610

它在64位XP上运行，我没有调试就运行。

编辑-在x86中运行：

使用x86有很大的不同。无需在与以前相同的xp 64位计算机上进行调试即可完成此操作，但它是为x86 CPU构建的。这看起来更像OP。

If-Else经过的时间：18

三进制耗用的时间：35

If-Else经过的时间：20512

三进制的已用时间：32673

生成的汇编代码将讲述这个故事：

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:

因此，仅由于使用较少的指令，并且如果要查找true / false ，就不会发生跳转，三进制可以更短和更快。如果使用1和0以外的值，则将获得与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:

与if / else相同。

在不调试ctrl + F5的情况下运行，似乎调试器会显着降低ifs和三进制的速度，但似乎会大大降低三进制运算符的速度。

当我运行以下代码时，这是我的结果。我认为微小的毫秒差异是由编译器优化max = max并将其删除而引起的，但可能没有针对三元运算符进行优化。如果有人可以检查组装并确认这一点，那就太好了。

--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，与if / else语句（复制和粘贴@JonSkeet的代码）相比，该操作少16个操作。但是，这并不意味着它应该是一个更快的过程！

为了总结IL中的差异，if / else方法的转换与C＃代码读取的内容几乎相同（在分支内执行加法操作），而条件代码将2或3加载到堆栈上（取决于值），并且然后将其添加到条件之外的值中。

另一个区别是使用的分支指令。if / else方法使用brtrue（如果为true，则分支）跳过第一个条件，并使用无条件分支从if语句中的第一个跳转。条件代码使用bgt（如果大于则转为分支）而不是brtrue，这可能是比较慢的比较。

此外（刚刚阅读了有关分支预测的信息），分支较小可能会降低性能。条件分支在分支中只有1条指令，而if / else有7条指令。这也可以解释为什么使用long和int会有区别，因为更改为int会使if / else分支中的指令数减少1 （减少预读）

在以下代码中，if / else似乎比三元运算符快约1.4倍。但是，我发现引入一个临时变量会减少三元运算符的运行时间约1.4倍：

如果/其他：98毫秒

三进制：141 ms

具有温度var的三进制：100 ms

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);
        }
    }
}

太多好的答案，但我发现一些有趣的事情，非常简单的更改会产生影响。进行以下更改后，要执行if-else和三元运算符将花费相同的时间。

而不是写在下面

value +=  i > 0 ? 2 : 3;

我用这个

int a =  i > 0 ? 2 : 3;
value += a;

以下答案之一也提到编写三元运算符的不好方法。

我希望这将帮助您编写三元运算符，而不用考虑哪个更好。

嵌套三元运算符： 我发现嵌套三元运算符和多个if else块也将花费相同的时间来执行。