Секреты тернарного оператора

в 6:21, , рубрики: c++, метки:

Каждый уважающий себя программист СС++ знает что такое тернарный оператор и большинство использовало его хотя бы раз в своих программах. Но знаете ли вы все секреты тернарного оператора? Какие потенциальные опасности сопряжены с его использованием и какие, казалось бы не связанные с его прямым предназначением, возможности в нем таятся? Эта статья дает вам возможность проверить свои знания и, возможно, узнать что-то новое.
Начнем с небольшого теста.

Тест

Скомпилируется ли следующий код? Объясните почему.
1.

int i;
int j;
(false ? i: j) = 45;

2.

int i;
int j;
(true ? i: j) = 45;

3.

short i;
int j;
(true ? i: j) = 45;

4.

return true ? 0 : 1;

5.

true ? return 0 : return 1;

Какой будет вывод у следующего кусочка? Почему?
6.

std::cout << (false ? 9 : '9') << " " << (true ? 9 : '9');

Какие значения будут у переменных a, b и c в результате выполнения следующего кода? Почему?
7.

int a = 1;
int b = 1;
int c = 1;
a = true ? ++b : ++c;

8. Назовите ситуацию, где нельзя использовать if{...} else{...}, но можно тернарный оператор.
9. Какие потенциальные опасности скрываются в использовании тернарного оператора? В чем их причина?
10. Какие неожиданные использования тернарного оператора приходят вам в голову?

Объяснение

Итак, начнем. Тернарный оператор выделяется из ряда других операторов в С++. Его называют "conditional expression". Ну а так как это expression, выражение, то как у каждого выражения, у него должен быть тип и value category. Собственно, ответив на вопросы какой тип и value category у тернарных операторов в каждом из первых семи вопросов теста, мы легко решим поставленные задачи.

Здесь начинается самое интересное. Оказывается типом тернарного оператора будет наиболее общий тип его двух последних операндов. Что значит наиболее общий? Это легче всего пояснить на примерах. У int и short общим типом будет int.
У A и B в следующем фрагменте общим типом будет также int.

struct A{ operator int(){ return 1; } };
struct B{ operator int(){ return 3; } };

Т.е. наиболее общий тип это такой тип, к которому могу быть приведены оба операнда. Вполне могут быть ситуации, когда общего типа нет. Например у

struct C{};
struct D{};

общего типа нет, и следующий фрагмент вообще не скомпилируется

(true ? C() : D());

Так. С типом тернарного оператора мы немного разобрались. Осталось решить вопрос с value category. Тут действует следующее правило: если в тернарном операторе происходит преобразование типов к наиболее общему, то тернарный оператор — rvalue. Если же нет, то lvalue. Теперь когда мы знаем то, что мы знаем, мы легко ответим на первые 7 вопросов.

Ответы

1. и 2. — Да. Преобразования типов не происходит, а lvalue вполне можно присваивать значение.
3. — Нет. Здесь происходит преобразование типов. Значит value category у выражения слева от знака "=" — rvalue. А rvalue, как известно, нельзя присваивать.
4. — Да. Все мы так делали не раз.
5. — Нет. Здесь все дело в том, что в С++ statement не может разбивать expression.
6. Программа выведет «57 9». В данном фрагменте из-за того, что 2ой и 3ий операнд имеют разные типы, происходит преобразование к наиболее общему типу. В данном случае int. А '9', как известно, имеет ASCII код 57.
7. В этом вопросе кроется еще одна особенность тернарного оператора. А именно, вычисляется только тот операнд из второго и третьего, до которого доходит поток выполнения. Впрочем такое же поведение можно наблюдать у if{...}else{...}. Соответственно, значения переменных a, b и с будут 2, 2, 1.

Где нельзя использовать if{...} else{...}, но можно тернарный оператор?

Например, в списке инициализации конструктора. Вы не может написать так:

struct S 
{
	S() : if(true) i_(1) else i_(0){}
	int i_;
};

Но вполне можно вот так:

struct S 
{
	S() : i_(some_condition ? 0 : 1){}
	int i_;
};

При инициализации ссылки в зависимости от условия. Как известно, нельзя объявлять не инициализированную ссылку, поэтому следующий фрагмент не скомпилируется:

int a = 3;
int b = 4;
int& i;
if(some_condition)
  i = a;
else
  i = b;

А вот следующий скомпилируется успешно:

int& i = (some_condition ? a : b);

В С++11 тернарный оператор применяется гораздо чаще. Связано это с тем, что в constexpr функциях не должно быть ничего кроме return `expression`. А `expression` вполне может представлять из себя тернарный оператор.
В качестве примера приведу классический алгоритм определения простоты числа

constexpr bool check_if_prime_impl(unsigned int num, unsigned int d)
{
  return (d * d > num) ? true : 
    (num % d == 0) ? false : 
      check_if_prime_impl(num, d + 1);
}
 
constexpr bool check_if_prime(unsigned int num)
{
  return (num <= 1) ? false : 
    check_if_prime_impl(num, 2);
}

В этом же примере, кстати, видно использование каскадных тернарных операторов, которые могут быть неограниченной вложенности и заменять собой множественные if{...} else{...}.

Опасности тернарного оператора

Допустим у нас есть класс String

class String
{
  public:
  const char* operator();
};

И использовать мы его можем, например, так:

const char* s = some_condition ? "abcd" : String("dcba");

Как нам уже известно, второй и третий операнд тернарного оператора приводятся к наиболее общему типу. В данном случае это const char*. Но объект String(«dcba») уничтожится в конце выражения и s будет указывать на невалидную память. В лучшем случае программа упадет при попытке в дальнейшем использовать s. В худшем будет выдавать неверные результаты, вызывая недовольство у заказчика и головную боль у программиста.

«Необычное» использование тернарного оператора

Тернарный оператор можно использовать для определения общего типа двух и более типов. А это, в свою очередь, можно использовать, например, для определения приводится ли один тип к другому.

template <typename T, typename U>
struct common_type
{
	typedef decltype(true ? std::declval<T>() : std::declval<U>()) type;
};

template<typename T, typename U>
struct is_same{ enum { value = false; } };

template<typename T>
struct is_same<T, T>{ enum { value = true; } };
int main() 
{
  std::cout << is_same<int, common_type<A, B>::type>::value <<std::endl;
}

На самом деле, если знать свойства тернарного оператора, такое использование практически напрашивается само собой. Необычным здесь, пожалуй является лишь то, что он используется не по прямому назначению, т.е. не для выбора одного значения из двух в зависимости от условия.

Автор: rpz

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js