显式将prvalue转为const引用以避免三元运算符额外拷贝是否合法？

假设我们有一个不可拷贝且不可移动的类型Foo，以及如下函数：

int f(const Foo& foo) {
  ... // 根据foo的值计算结果
}

当尝试直接用三元运算符传递参数时：

const Foo foo1{ 42 };
bool condition = getCondition();
int result = f(condition ? foo1 : Foo{ 150 });

由于foo1是左值，Foo{150}是prvalue，三元运算符会将结果推导为Foo类型的prvalue，这意味着当condition为true时需要拷贝foo1，而Foo不可拷贝，导致编译错误。

通过显式转换为const引用，改写后的代码如下：

const Foo foo1{ 42 };
bool condition = getCondition();
int result = f(condition ? foo1 : static_cast<const Foo&>(Foo{ 150 }));

此时三元运算符返回const Foo&类型，无需拷贝/移动即可编译通过。当存在多个条件参数时，这种写法相比嵌套调用更简洁：

// 冗余的嵌套写法
int result = condition1
               ? (condition2 ? f(foo1, foo2) : f(foo1, Foo{ 222 }))
               : (condition2 ? f(Foo{ 111 }, foo2) : f(Foo{ 111 }, Foo{ 222 }));

// 简洁的显式转换写法
int result = f( condition1 ? foo1 : static_cast<const Foo&>(Foo{ 111 }),
                condition2 ? foo2 : static_cast<const Foo&>(Foo{ 222 }) );

针对这一写法的两个问题，解答如下：

1. 显式转换的写法是否合法？ #

合法。原因如下：

• 三元运算符的两个操作数分别是const Foo&（绑定到foo1）和const Foo&（通过static_cast将临时对象转换为左值引用），因此三元运算符的结果类型为const Foo&。
• 根据C++标准，临时对象的生命周期会延续到创建它的完整表达式结束时。这里的完整表达式是f(...)的整个调用表达式，因此临时对象Foo{111}或Foo{222}会一直存活到f函数执行完毕，引用不会悬空，完全符合标准要求。

注：虽然有讨论指出三元运算符本身不会延长临时对象生命周期，但此处临时对象的生命周期是由完整表达式的规则保证的，与三元运算符无关，因此不存在悬空风险。

2. N个条件参数时，编译器生成的指令是*O(N)还是O(2^N)*级别？ #

编译器生成的指令是*O(N)*级别。

• 嵌套调用的写法中，每个条件都会组合出不同的f调用分支，N个条件会产生2^N个不同的f调用实例，指令规模是指数级的。
• 显式转换的写法中，f仅被调用一次，每个参数的三元判断是独立的条件分支。编译器会为每个参数生成1次条件判断逻辑，总共有N个条件分支，再加上一次f的调用，因此指令规模是线性的O(N)。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alexander Belous