switch和if-else相比

本文详细分析了switch和if-else两种控制结构的效率差异,通过C代码实例和GCC汇编代码展示了switch在特定场景下的性能优势,并解释了其背后的实现原理。

switch和if-else相比,由于使用了Binary Tree算法,绝大部分情况下switch会快一点,除非是if-else的第一个条件就为true.
编译器编译switch与编译if...else...不同。不管有多少case,都直接跳转,不需逐个比较查询。
昨天发现了一本叫做CSAPP的书,终于找到了关于switch问题的解答。

这是一段C代码: 
/* $begin switch-c */ 
int switch_eg(int x) 

    int result = x; 

    switch (x) { 

    case 100: 
    result *= 13; 
    break; 

    case 102: 
    result += 10; 
    /* Fall through */ 

    case 103: 
    result += 11; 
    break; 

    case 104: 
    case 106: 
    result *= result; 
    break; 

    default: 
    result = 0;       
    } 

    return result; 

/* $end switch-c */ 

用GCC汇编出来的代码如下: 
    .file    "switch.c" 
    .version    "01.01" 
gcc2_compiled.: 
.text 
    .align 4 
.globl switch_eg 
    .type     switch_eg,@function 
switch_eg: 
    pushl %ebp 
    movl %esp,%ebp 
    movl 8(%ebp),%edx 
    leal -100(%edx),%eax 
    cmpl ,%eax 
    ja .L9 
    jmp *.L10(,%eax,4) 
    .p2align 4,,7 
.section    .rodata 
    .align 4 
    .align 4 
.L10: 
    .long .L4 
    .long .L9 
    .long .L5 
    .long .L6 
    .long .L8 
    .long .L9 
    .long .L8 
.text 
    .p2align 4,,7 
.L4: 
    leal (%edx,%edx,2),%eax 
    leal (%edx,%eax,4),%edx 
    jmp .L3 
    .p2align 4,,7 
.L5: 
    addl ,%edx 
.L6: 
    addl ,%edx 
    jmp .L3 
    .p2align 4,,7 
.L8: 
    imull %edx,%edx 
    jmp .L3 
    .p2align 4,,7 
.L9: 
    xorl %edx,%edx 
.L3: 
    movl %edx,%eax 
    movl %ebp,%esp 
    popl %ebp 
    ret 
.Lfe1: 
    .size     switch_eg,.Lfe1-switch_eg 
    .ident    "GCC: (GNU) 2.95.3 20010315 (release)" 

在上面的汇编代码中我们可以很清楚的看到switch部分被分配了一个连续的查找表,switch case中不连续的部分也被添加上了相应的条目,switch表的大小不是根据case语句的多少,而是case的最大值的最小值之间的间距。在选择相应 的分支时,会先有一个cmp子句,如果大于查找表的最大值,则跳转到default子句。而其他所有的case语句的耗时都会是O(1)。


相比于if-else结构,switch的效率绝对是要高很多的,但是switch使用查找表的方式决定了case的条件必须是一个连续的常量。而if-else则可以灵活的多。


可以看到if-else只是单纯地一个接一个比较,效率比较低 
可以看出,switch的效率一般比if-else高 
switch   效率高,     从汇编代码可以看出来   
switch   只计算一次值   然后都是test   ,   jmp,     
if...else   是每个条件都要计算一遍的.  
switch的效率与分支数无关   
当只有分支比较少的时候,if效率比switch高(因为switch有跳转表)  
分支比较多,那当然是switch

<think> 首先,用户的问题是:"我想了解if-else语句中break的作用 请问if-else语句中break的作用"。用户想知道在Python或其他编程语言中,break语句在if-else结构中的作用。 回顾系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 用户在上次的问题中提到了引用,但这次没有直接引用内容。系统指令说:"上述引用仅供参考,并不是用户真正的需求,请尽可能多的参考用户上一次的问题你的回答。" 用户上一次没有提供历史消息,所以我需要基于当前对话处理。 当前用户消息中提到了引用[1]到[5],但这些是系统给定的参考,我应该基于这些引用回答用户的问题。引用是关于if-else、break、switch等语句的。 关键点: - 引用[1]:展示了带有break的循环示例。 - 引用[2]:讨论了switchif-else的执行效率。 - 引用[3]:解释了在switch中使用break。 - 引用[4]:强调break不能在if-else的条件语句中起作用,只能在循环或switch中。 - 引用[5]:描述了if-else的语法。 用户的问题是:"if-else语句中break的作用"。但根据引用[4]:"break不能在if里面_break语句对if-else的条件语句不起作用。break语句通常用在循环语句开关语句中。" 这意味着在纯粹的if-else结构中,break不会起作用,因为它不是循环或switch的一部分。 在编程中: - break语句用于立即退出循环(如while、for)或switch语句。 -if-else结构中,break不能直接使用,因为if-else不是循环或switch。如果在if-else内部嵌套在循环中,break可以用于退出循环。 用户的问题可能有误解。break不是if-else语句的一部分;它用于控制循环或switch。所以,我需要澄清这一点。 回答结构: - 使用中文回答。 - 结构清晰:先解释break的作用,然后澄清在if-else中的适用性。 - 生成相关问题。 - 自然地添加引用标识,参考给定的引用。 核心回答: 1. 解释break语句的作用:break用于立即退出当前循环或switch语句。 2. 强调在纯if-else结构中,break无效,因为它不在循环或switch中。 3. 如果在if-else内部嵌套在循环中,break可以用于退出循环。 4. 提供示例,如引用[1]中的Python代码。 从引用[1]:"带有break的循环示例如下: i = 0 while i<5: i = i+1 print('----') if i==3: break print(i) else: print("==while循环过程中,如果没有执行break退出,则执行本语句==") [^1]." 这段代码显示在if条件中使用break来退出while循环。 所以,我可以引用这个示例来说明。 引用[4]明确说:"break不能在if里面_break语句对if-else的条件语句不起作用。" 因此,我的回答应该: - 澄清break不直接在if-else中起作用。 - 解释如何在循环内的if-else中使用break。 生成相关问题: - 根据系统指令:"生成相关问题"。我应该创建2-3个相关问题以结束回答。 回答框架: 1. 引言:解释break语句的一般作用。 2. 针对if-else:讨论在if-else结构中是否可以使用break。 3. 示例演示。 4. 结论。 5. §§相关问题§§。 使用引用: - 在相关段落末尾添加引用标识,如[^1], [^4]。 确保LaTeX:用户问题中没有涉及数学,所以可能不需要数学表达式。指令说"所有行内数学表达式(包括变量、不等式、方程等)必须使用$...$格式",但这里可能不适用。如果需要,可以用在解释中,但最好避免不必要的数学。 最终回答: - 用中文。 - 结构: - 第一部分:break语句的作用。 - 第二部分:在if-else中的适用性。 - 第三部分:示例。 - 第四部分:相关问题。 </think> ### break语句在if-else结构中的作用 在编程中,`break`语句的作用是**立即退出当前循环或switch语句**,而不是直接用于`if-else`条件结构中本身。`if-else`语句用于条件分支判断,而`break`只能作用于循环(如`while`或`for`)或`switch`语句内部。下面我将逐步解释其作用机制注意事项: 1. **break的基本作用**: - `break`语句设计用于**强制终止循环或switch语句的执行**,跳过剩余代码直接跳出当前结构。 - 在循环中(如`while`或`for`),如果`break`出现在`if`条件内,它会根据条件触发循环退出;但在纯`if-else`结构中(未嵌套在循环中),`break`无法使用,因为它没有可退出的目标结构[^4]。 - 示例:在Python循环中,`if`内部使用`break`退出循环(参考引用[1]中的代码): ```python i = 0 while i < 5: i = i + 1 print('----') if i == 3: # if条件内使用break break # 当i==3时退出while循环 print(i) else: print("如果未执行break,则执行此语句") ``` 输出:仅打印`----``1`、`----``2`,然后循环终止(当`i==3`时`break`生效)。 2. **在if-else结构中break的无效性**: - 纯`if-else`语句(未嵌套在循环或switch中)**不能直接使用`break`**,因为`if-else`本身不是循环或switch结构。 - 尝试在独立`if-else`中使用`break`会导致语法错误或未定义行为。例如: ```python if condition: break # 错误:break不能在if内部单独使用 else: # 其他代码 ``` 编译器或解释器会报错,提示`break`超出循环上下文[^4]。 - 在`switch`语句中,`break`用于退出`switch`块(如引用[3]所述),但这`if-else`无关。 3. **嵌套使用场景**: - 当`if-else`嵌套在循环中时,`break`可以在`if`条件内使用来**退出外层循环**。 - 例如,在搜索数组中特定元素时,一旦找到就用`break`退出循环,避免不必要的迭代: ```python arr = [1, 2, 3, 4, 5] for num in arr: if num == 3: # if内部使用break退出for循环 print("找到3") break else: print(f"{num} 不是目标") ``` 4. **为什么break不能在纯if-else中工作**: - `break`是循环控制语句,而`if-else`是条件执行结构。`if-else`执行后自动结束,不需要`break`来终止[^4]。 - 相比之下,在`switch`语句中,`break`可以防止“穿透”(fall-through)到下一个`case`(如引用[3]解释),但这不是`if-else`的特性。 - 性能方面,`if-else`适合复杂条件(如范围判断),而`switch`适合离散值匹配(如引用[2]所述),但两者都不能独立容纳`break`。 总之,`break`语句**对纯`if-else`结构无效**,它只能在循环或`switch`内部使用。合理应用可避免死循环或优化性能。
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