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C语言茶余饭后之if…else PK switch…case

2013年08月25日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2228字 ⁄ 字号 评论关闭

在学校学C的那会儿,就已经知道switch...case的执行效率要相对if...else较高了(大体上讲),因为从字面上和逻辑上看,switch...case是不用像if...else那样做一系列比较判断就可以直接定位到相应的条件分支的。不过也没有深究过其中的原理。后来由于一偶然原因,就明白了其中的细节。今日碰巧看到一篇blog,是讲作者对此问题的思考,我觉得作者的理解大体上都是对的,不过下面跟帖的人,有人鄙夷,有人讽刺,实在是影响网容网貌,对作者本人也是没有起码的尊重,无法建立起平等的沟通,实在是不河蟹呀~~~:)

 

switch...case与if...else的根本区别在于,switch...case会生成一个跳转表来指示实际的case分支的地址,而这个跳转表的索引号与switch变量的值是相等的。从而,switch...case不用像if...else那样遍历条件分支直到命中条件,而只需访问对应索引号的表项从而到达定位分支的目的。

 

具体地说,switch...case会生成一份大小(表项数)为最大case常量+1的跳表,程序首先判断switch变量是否大于最大case常量,若大于,则跳到default分支处理;否则取得索引号为switch变量大小的跳表项的地址(即跳表的起始地址+表项大小*索引号),程序接着跳到此地址执行,到此完成了分支的跳转。如下代码(gcc编译,不开优化):

 

int main()
{
    int j = 0;
    int i = 1;

    switch (i)
    {
        case 1:
            j = 11;
            break;
        case 2:
            j = 22;
            break;
        case 3:
            j = 33;
            break;
        case 4:
            j = 44;
            break;
        case 10:
            j = 10;
   
        default:
            j = 88;
            break;
    }

    return 0;
}

 

这是编译后的部分汇编码:

    .file    "test.c"
    .text
.globl main
    .type    main, @function
main:
    leal    4(%esp), %ecx
    andl    $-16, %esp
    pushl    -4(%ecx)
    pushl    %ebp
    movl    %esp, %ebp
    pushl    %ecx
    subl    $16, %esp
    movl    $0, -8(%ebp)
    movl    $1, -12(%ebp)
    cmpl    $10, -12(%ebp)
    ja    .L2
    movl    -12(%ebp), %eax
    sall    $2, %eax
    movl    .L8(%eax), %eax
    jmp    *%eax
    .section    .rodata
    .align 4
    .align 4
.L8:
    .long    .L2
    .long    .L3
    .long    .L4
    .long    .L5
    .long    .L6
    .long    .L2
    .long    .L2
    .long    .L2
    .long    .L2
    .long    .L2
    .long    .L7
    .text
.L3:
    movl    $11, -8(%ebp)
    jmp    .L9
.L4:
    movl    $22, -8(%ebp)
    jmp    .L9
.L5:
    movl    $33, -8(%ebp)
    jmp    .L9
.L6:
    movl    $44, -8(%ebp)
    jmp    .L9
.L7:
    movl    $10, -8(%ebp)
.L2:
    movl    $88, -8(%ebp)
.L9:
    movl    $0, %eax
    addl    $16, %esp
    popl    %ecx
    popl    %ebp
    leal    -4(%ecx), %esp
    ret

 

可以打个比方,switch...case访问条件分支的方式像数组一样,是随机访问;而if...else是顺序访问。

他们各自的特点:

1、 总体上说,switch...case 效率要高于同样条件下的if...else,特别是当条件分支较多时。

2、switch...case占用较多的代码空间,因为它要生成跳表,特别是当case常量分布范围很大但实际有效值又比较少的情况,switch...case的空间利用率将变得很低。例如上面的代码,如果把case 10改成case 100,则会生成101个表项,而大部分表项是指向同一分支(default分支)。switch...case是在以空间换时间。

3、switch...case只能处理case为常量的情况,对非常量的情况是无能为力的。例如 if (a > 1 && a < 100),是无法使用switch...case来处理的。

 

***注意:如果把例子中的case分支减少一个,则生成的汇编码与if...else差别不大,此时不会生成跳表项,可见对于分支较少的情况,编译器会做特殊处理。

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