Mdr-C-Tutorial

3.6 三元运算符 ? : ​

条件运算符 (conditional operator) 有三个操作数，是 C 语言中唯一的三元运算符，因此也常被称为三元运算符 (ternary operator)。它可以看作 if-else 语句的一种简洁写法。

1. 语法结构 ​

条件运算符的形式如下：

c
condition ? value_if_true : value_if_false

求值过程如下：

  1. 先对 condition 求值。
  2. 如果 condition 为真（不等于 0），对 value_if_true 求值，其值就是整个表达式的值，value_if_false 不会被求值。
  3. 如果 condition 为假（等于 0），对 value_if_false 求值，其值就是整个表达式的值，value_if_true 不会被求值。

2. 示例 ​

2.1 求两个数的最大值 ​

下面两种写法都会令 max 得到 20：

c
int a = 10;
int b = 20;
int max;

if (a > b) {
    max = a;
} else {
    max = b;
}
// 此时 max 的值为 20
c
int a = 10;
int b = 20;

// 如果 a > b 为真，表达式的值为 a；否则，值为 b。
// 然后将这个值赋给 max。
int max = (a > b) ? a : b;

// 此时 max 的值为 20

2.2 根据条件赋值 ​

条件运算符适合根据某个条件从两个值中选择一个来赋值。

c
int score = 59;

// 如果 score >= 60 为真，result 指向 "及格"；否则，指向 "不及格"。
char* result = (score >= 60) ? "及格" : "不及格";

printf("考试结果：%s\n", result); // 输出：考试结果：不及格

输出：

bash

考试结果：不及格

note

2.2.1 三元运算符 vs. if-else 语句 ​

虽然三元运算符可以看作是 if-else 的简写，但它们之间有一个关键区别：

  • 三元运算符构成表达式 (expression)：它产生一个值，可以用于赋值、作为函数实参，或出现在更大的表达式中。
  • if-else 是语句 (statement)：它选择执行哪一条语句，本身不产生值，分支中可以包含多条语句。

需要根据条件在两个值之间选择时，可以使用三元运算符；需要根据条件执行不同的操作时，应使用 if-else。

谨慎嵌套

条件运算符可以嵌套使用，但嵌套会明显降低代码的可读性。除非逻辑非常简单，否则应避免嵌套。

下面两段代码都会求出三个数的最大值，后者更容易阅读和修改：

c
int a = 10, b = 30, c = 20;
int max = (a > b) ? ((a > c) ? a : c) : ((b > c) ? b : c);
c
int a = 10, b = 30, c = 20;
int max;
if (a > b) {
    if (a > c) {
        max = a;
    } else {
        max = c;
    }
} else {
    if (b > c) {
        max = b;
    } else {
        max = c;
    }
}

3. 习题 ​

3.1 巩固 ​

#10331
⚡1⏳1

下面的程序有三处条件运算符：

c
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5;
    int b = (a > 3) ? a++ : ++a;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

    int x = 0;
    int y = (x != 0) ? x++ : ++x;
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

    int n = -7;
    printf("|n| = %d\n", n > 0 ? n : -n);
    return 0;
}

(1) 先写出三行输出，再编译运行核对。注意 b 的值是 5 而不是 6：说明为什么。

(2) 第二处的 x++ 一次都没有执行，据此说明条件运算符与 if-else 在「只求值被选中的分支」这一点上的一致之处。

(3) 把第二处的条件改成 x == 0，重新写出 x、y 的值并运行验证。这次哪个分支被执行了？

#10332
⚡2⏳2

下面的程序用三条 if-else 语句完成三次二选一：

c
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int score = 72;
    int bonus = 8;
    int limit = 75;

    int total;
    if (bonus > 0) {
        total = score + bonus;
    } else {
        total = score;
    }

    int capped;
    if (total > limit) {
        capped = limit;
    } else {
        capped = total;
    }

    char *label;
    if (capped == limit) {
        label = "capped";
    } else {
        label = "normal";
    }

    printf("total = %d\n", total);
    printf("capped = %d\n", capped);
    printf("label = %s\n", label);
    return 0;
}

(1) 把三条 if-else 全部改写成条件运算符，每个对象都在声明时用一条语句初始化。

(2) 编译运行，输出应与改写前完全相同：

text
total = 80
capped = 75
label = capped

(3) 把 score 改成 60、bonus 改成 0，再运行。改写前后是否仍然一致？

(4) label 那一条如果保留 if-else 也完全正确。说明这一类「从两个值里选一个」的场合为什么适合用条件运算符，而「选一条语句执行」的场合不适合。

3.2 编程 ​

#10333
⚡3⏳3

写一个程序 ternary_demo.c，用条件运算符实现下面三个函数，并在 main 里按下表逐行打印：

c
int clamp(int value, int lo, int hi);   /* 小于 lo 取 lo，大于 hi 取 hi，否则原值 */
int sign(int value);                    /* 负数返回 -1，零返回 0，正数返回 1 */
char *parity(int value);                /* 偶数返回 "even"，奇数返回 "odd" */

每个函数体只允许一条 return 语句，不允许写 if。

测试数据与输出：

text
x =  -7  clamp =   0  sign = -1  parity = odd
x =   0  clamp =   0  sign =  0  parity = even
x =  59  clamp =  59  sign =  1  parity = odd
x =  72  clamp =  72  sign =  1  parity = even
x =  95  clamp =  95  sign =  1  parity = odd

用 -7 0 59 72 95 五个值循环调用，一次 printf 输出一行。要求 gcc -std=c17 -Wall -Wextra 无警告。

另做两个对照实验并记录结果：

  1. clamp 的 value < lo ? lo : value > hi ? hi : value 没有括号，先写出它实际等价于哪种加括号的形式，再说明这样写为什么仍然正确。
  2. 写 int a = 3, b = 4; (a > b ? a : b) = 10; 并编译。把编译错误原文抄下来，说明条件运算符的结果为什么不能放在赋值号左边；若本意是把较大的那个对象改成 10，应该怎么写？

3.3 综合与挑战 ​

#10334
⚡4⏳3

下面的程序本应输出每个月在平年和闰年里的天数，但 1、3、5、7、8、10、12 月不管闰年与否都得到 28：

c
#include <stdio.h>

/* 意图：month 月有多少天，leap 非 0 表示闰年 */
static int days_in_month(int month, int leap) {
    return (month == 4 || month == 6 || month == 9 || month == 11) ? 30
         : (leap && month == 2) ? 29
         : 28;
}

int main(void) {
    for (int m = 1; m <= 12; m++) {
        printf("%2d: %2d %2d\n", m, days_in_month(m, 0), days_in_month(m, 1));
    }
    return 0;
}

(1) [4.2] 找出缺陷并改正。改正后 1 月和 3 月应是 31 天，4、6、9、11 月是 30 天，2 月平年 28、闰年 29。改正时仍只用一条 return 和条件运算符。

(2) [4.1] 这条链里三个 ?: 排在一起，?: 右结合决定了哪个 ? 与哪个 : 配对。写出加括号后的等价形式，标出改正后的版本在 month = 2, leap = 0 时依次问过哪些条件、最后一步取到哪个值。

(3) [5.2*] 条件运算符的结果类型由两个分支共同决定。用下面的程序验证：

c
#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("%.1f\n", (1 ? 1 : 2.0) / 2);
    printf("%d\n", (1 ? 1 : 2) / 2);
    printf("%d\n", (1 ? -1 : 1u) > 0);
    printf("%d\n", (1 ? -1 : 1) > 0);
    return 0;
}

四行分别输出什么？第三行编译时会出现符号变化的提示，一并记下。为什么第一行是 0.5 而第二行是 0，第三行是 1 而第四行是 0？把结论写成一句话：条件运算符的结果类型由什么决定，与哪个分支实际被选中是否有关系。