C# - 조건 연산자(?:)를 사용하는 경우 달라지는 메서드 선택 사례

이번 C# 9.0의 "target-typed conditional expression" 제안 문서를 보면,

Target-Typed Conditional Expression
; https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/proposals/csharp-9.0/target-typed-conditional-expression

재미있는 예제가 하나 나옵니다. 이것을 정리해 보면, 예를 들어 다음과 같이 호출하는 경우와,

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        M(1);
        M(2);
    }

    static void M(short n) { Console.WriteLine("Short"); }
    static void M(long n) { Console.WriteLine("Long"); }
}

/* 출력 결과
Short
Short
*/

3항 연산자로 다루는 경우가 다르다는 점입니다.

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        M((args.Length == 0) ? 1 : 2);
        M((args.Length == 1) ? 1 : 2);
    }

    static void M(short n) { Console.WriteLine("Short"); }
    static void M(long n) { Console.WriteLine("Long"); }
}

/* 출력 결과
Long
Long
*/

---

이에 대해 정확히 파악하려면, 언어 명세를 봐야 합니다. 실제로 아래의 문서를 보면,

Constant expressions
; https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/language-specification/expressions#constant-expressions

명확하게 "Constant expressions"에 대해,

constant_expression
    : expression
    ;

숫자형의 범위에 따라 암시적인 형변환을 허용한다고 명시하고 있습니다.



즉, constant_expression인 경우 -128 ~ 127 범위의 숫자 리터럴이면 그 범위에 따라 short로 암시적 형변환을 허용하는 것입니다. 반면, 예제로 들었던 조건 연산자 식은 컴파일 타임에 식 자체가 constant_expression으로 표현되는 것은 아니므로 '범위에 따른 암시적 형변환'의 혜택을 받지 못합니다.

그런데, 재미있는 것은 "Constant expressions" 문서에 보면 다음의 대상이 constant_expression으로 허용된다고 하는데,

• Literals (including the null literal).
• References to const members of class and struct types.
• References to members of enumeration types.
• References to const parameters or local variables
• Parenthesized sub-expressions, which are themselves constant expressions.
• Cast expressions, provided the target type is one of the types listed above.
• checked and unchecked expressions
• Default value expressions
• Nameof expressions
• The predefined +, -, !, and ~ unary operators.
• The predefined +, -, *, /, %, <<, >>, &, |, ^, &&, ||, ==, !=, <, >, <=, and >= binary operators, provided each operand is of a type listed above.
• The ?: conditional operator.

마지막에 조건 연산자가 나옵니다. 따라서, 메서드를 다음과 같이 호출하면,

M((3 == 4) ? 1 : 2); // M(short)

컴파일 시점에 조건 연산자 식의 값이 결정되므로 constant_expression으로 평가받게 되고 결국 M(short) 버전의 메서드가 호출됩니다.

여기서 유의할 것은, 숫자 리터럴에 대한 constant_expression의 암시적 형변환이 대상 타입으로 int가 없을 때 발생하는 것이지, 그것 자체가 값의 범위에 따라 평가받는 것은 아니라는 점입니다.

즉, 원래 숫자 리터럴의 타입은 Int32(범위를 넘어서면 Int64)입니다.

Console.WriteLine("1 == " + 1.GetType().FullName); // System.Int32
Console.WriteLine("21474836473 == " + 21474836473.GetType().FullName); // System.Int64

var tenaryResult = (3 == 4) ? 1 : 2;
Console.WriteLine(tenaryResult.GetType().FullName); // System.Int32

그래서 만약 M(int)에 해당하는 메서드가 있었다면 M(1)로 호출해도 constant_expression의 암시적 형변환 단계를 거칠 필요 없이 M(int) 메서드가 선택이 됩니다.

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그런데, 재미있는 경우가 하나 더 있습니다. C# 8.0에서 나온 새로운 switch expression은,

{
    bool result = args.Length == 1;
    M(result switch { true => 1, false => 2 }); // calls M(short)
}

코딩 결과로 보면 조건 연산자와 동일한 역할을 하지만 short 버전의 메서드가 선택된다는 것입니다. 이것 역시 언어 명세를 보면 이에 대한 설명이 나옵니다.

Switch Expression
; https://github.com/dotnet/csharplang/blob/a17f4c8ba82ed19fdad8b9f86ac151a443c89b08/proposals/csharp-8.0/patterns.md#switch-expression

즉, switch 식의 경우에는 모든 조건의 우측 operand를 기준으로 평가를 진행해 암시적 형변환 유무를 결정한다는 것입니다. 아마도 C# 언어 개발자들은 조건 연산자에 대해서도 2항과 3항 operand를 모두 평가해 암시적 형변환을 결정하는 것도 가능했을 것입니다. 하지만, 최초 C# 1.0 버전에서 그 작업을 진행하지 않았었고, 이후 버전 업이 되면서 그것을 switch 식처럼 모두 평가해 타입을 결정하는 것으로 변경했다면 하위 호환성이 깨지는 이유로 그대로 두었을 가능성이 큽니다. (어느 날 C# 9.0으로 빌드했는데 프로그램 동작이 바뀐다면 얼마나 황당하겠습니까? ^^;)

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언어 스펙에 따른 원인을 밝혔으니, 마지막으로 IL 코드 상의 차이점을 파악해 볼까요? ^^ (사실 IL 코드까지 출력된 상황에서는 이미 언어 스펙 상의 타입 결정이 완료된 상태이므로 큰 의미는 없습니다.)

첫 번째의 경우처럼 1과 2를 직접 전달하거나,

/* 0x000002B6 17           */ IL_005A: ldc.i4.1
/* 0x000002B7 2802000006   */ IL_005B: call      void ConsoleApp2.Program::M(int16)
/* 0x000002BC 00           */ IL_0060: nop
/* 0x000002BD 18           */ IL_0061: ldc.i4.2
/* 0x000002BE 2802000006   */ IL_0062: call      void ConsoleApp2.Program::M(int16)

-128 ~ 127 사이의 숫자를 전달하는 경우는 M(int16) 메서드를 선택해 IL 코드를 산출해 내고 있는 반면,

M(49);

/* 0x000002C4 1F31         */ IL_0068: ldc.i4.s  49
/* 0x000002C6 2802000006   */ IL_006A: call      void Program::M(int16)

조건 연산자를 사용하면,

/* 0x000002C6 02           */ IL_006A: ldarg.0
/* 0x000002C7 8E           */ IL_006B: ldlen
/* 0x000002C8 2C03         */ IL_006C: brfalse.s IL_0071

/* 0x000002CA 18           */ IL_006E: ldc.i4.2
/* 0x000002CB 2B01         */ IL_006F: br.s      IL_0072

/* 0x000002CD 17           */ IL_0071: ldc.i4.1

/* 0x000002CE 6A           */ IL_0072: conv.i8
/* 0x000002CF 2803000006   */ IL_0073: call      void ConsoleApp2.Program::M(int64)

마찬가지로 (ldc.i4.1, ldc.i4.2) 상수 명령어가 오지만 마지막에 conv.i8을 이용해 M(int64)를 부르기 위한 변환을 합니다. 뭐 이 정도!

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)

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[최초 등록일: 11/4/2020]
[최종 수정일: 3/9/2024]


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by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com