switch与跳转表

侠客行-

已于 2024-07-27 22:00:33 修改

阅读量1w

点赞数 5

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： C语言文章标签：算法

于 2018-04-02 13:07:23 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/hixiaogui/article/details/79785920

C语言专栏收录该内容

5 篇文章

订阅专栏

本文详细介绍了C语言中的switch语句，包括其工作原理、使用规范以及与跳转表的关系。通过实例分析了switch在不加break时的执行行为，探讨了continue在switch中的限制。此外，文章还解释了跳转表这一数据结构在switch中的应用，展示了不同情况下生成的汇编代码，强调了合理安排case顺序以提高效率的重要性。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、switch跳转语句

类似于多路开关，可以根据给定条件匹配到符合条件的语句。正式点来说，是根据一个整形数值来进行多路分支的一种结构。在处理具有多种可能结果时，这种语句非常有效。它不仅挺高了C代码的可读性和逻辑性，而且使用跳转表来作为底层实现基础。

switch基本框架为

int condition
switch(condition)
{
	case condition1:statements ;
	case condition2:statements;
	case condition3:statements;
	
    ....
	case conditionn:statements;
	default:
	default_statment;
}

下面我们来具体实现以下

1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 
  4 int main()
  5 {
  6   int i=0;
  7   switch(i)
  8   {
  9     case 0:printf("i am 1\n");
 10     case 1:printf("i am 2\n");
 11     case 2:printf("i am 3\n");
 12     default:printf("error\n");
 13   }
 14 }

我们看一下结果：

发现我们只是想匹配i=1这个项，但是后面的也被执行了，为啥？我先抛一砖-->与switch的实现有关系。如何解决什么问题呢？每次case结束后break

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 
  4 int main()
  5 {
  6   int i=0;
  7   switch(i)
  8   {
  9     case 0:printf("i am 1\n"); break;
 10     case 1:printf("i am 2\n"); break;
 11     case 2:printf("i am 3\n"); break;
 12     default:printf("error\n"); break;
 13   }
 14 }

提到break，我们不经意间会联想到它的兄弟：continue,continue和break都可以作用于循环，但是在switch里面，continur起作用吗？实践，我们继续修改上面的代码来寻求我们的答案

#include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 
  4 int main()
  5 {
  6   int i=0;
  7   switch(i)
  8   {
  9     default:printf("error\n"); continue;
 10     case 0:printf("i am 1\n"); continue;
 11     case 1:printf("i am 2\n"); continue;
 12     case 2:printf("i am 3\n"); continue;
 13   }
 14 }
~

看结果

编译报错：continue不在循环里面，因此，continue不能在switch里使用，当然还有一种情况switch在循环里面，continue就会跳过本次循环。break直接跳出循环。

现在解决了我们的当前case匹配结束后，后面的语句也被执行的问题。那么现在再问？default放在前面会被执行吗？

实验证明没有，也就是说当所有条件都不满足才会执行default。我们应该在每一个switch语句里面添加default子句，因为这样可以检测到任何非法值，否则，所有不匹配，程序还继续执行，并且不给予你提示，这样的程序很难改，不是吗？

二、switch和跳转表

我们前面说过switch不跟break的情况和跳转表的关系。下面我们将由switch去看跳转表这种数据结构

我们将第一次不匹配的代码转成汇编代码,为了让实验更加明显，我们添加多个case语句

.file   "swich_t.c"
  2     .section    .rodata
  3 .LC0:
  4     .string "i am 0"
  5 .LC1:
  6     .string "i am 1"
  7 .LC2:
  8     .string "i am 2"
  9 .LC3:
 10     .string "i am 3"
 11 .LC4:
 12     .string "i am 4"
 13 .LC5:
 14     .string "i am 5"
 15 .LC6:
 16     .string "i am 6"
 17 .LC7:
 18     .string "i am 7"
 19 .LC8:
 20     .string "i am 8"
 21 .LC9:
 22     .string "error"
 23     .text
 24 .globl main
 25     .type   main, @function
 26 main:
 27     pushl   %ebp  //将调用main函数的栈帧压栈
 28     movl    %esp, %ebp  
 29     andl    $-16, %esp
 30     subl    $32, %esp
 31     movl    $0, 28(%esp)
 32     cmpl    $8, 28(%esp)
 33     ja  .L2
 34     movl    28(%esp), %eax
 35     sall    $2, %eax
 36     movl    .L12(%eax), %eax
 37     jmp *%eax
 38     .section    .rodata
 39     .align 4   //4字节对齐
 40     .align 4
 41 .L12:
 42     .long   .L3
 43     .long   .L4
 44     .long   .L5
 45     .long   .L6
 46     .long   .L7
 47     .long   .L8
 48     .long   .L9
 49     .long   .L10
 50     .long   .L11
 51     .text
 52 .L3:
 53     movl    $.LC0, (%esp)
 54     call    puts
 55 .L4:
 movl    $.LC1, (%esp)
 57     call    puts
 58 .L5:
 59     movl    $.LC2, (%esp)
 60     call    puts
 61 .L6:
 62     movl    $.LC3, (%esp)
 63     call    puts
 64 .L7:
 65     movl    $.LC4, (%esp)
 66     call    puts
 67 .L8:
 68     movl    $.LC5, (%esp)
 69     call    puts
 70 .L9:
 71     movl    $.LC6, (%esp)
 72     call    puts
 73 .L10:
 74     movl    $.LC7, (%esp)
 75     call    puts
 76 .L11:
 77     movl    $.LC8, (%esp)
 78     call    puts
 79 .L2:
 80     movl    $.LC9, (%esp)
 81     call    puts
 82     leave
                                                              82,2-5        93%
 ret
 84     .size   main, .-main
 85     .ident  "GCC: (GNU) 4.4.4 20100726 (Red Hat 4.4.4-13)"
 86     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

观察代码，我们发现一段有趣的段，那就是程序的第二个.rodata段，

.L12:
 42     .long   .L3
 43     .long   .L4
 44     .long   .L5
 45     .long   .L6
 46     .long   .L7
 47     .long   .L8
 48     .long   .L9
 49     .long   .L10
 50     .long   .L11
 51     .text

它就是我们所说的符号表，其中.L2给出表的基址，.Li(i=3...11)是表内偏移量，学过组成原理的朋友对这种基址变址寻址的方式会非常熟悉。

注意这段代码是在.text段内的，也就是说。main函数会按照表顺序逐个执行，因此打印了除匹配以后的数据。

在加入break之后的汇编代码如下

   .file   "swich_t.c"
  2     .section    .rodata
  3 .LC0:
  4     .string "i am 0"
  5 .LC1:
  6     .string "i am 1"
  7 .LC2:
  8     .string "i am 2"
  9 .LC3:
 10     .string "i am 3"
 11 .LC4:
 12     .string "i am 4"
 13 .LC5:
 14     .string "i am 5"
 15 .LC6:
 16     .string "i am 6"
 17 .LC7:
 18     .string "i am 7"
 19 .LC8:
 20     .string "i am 8"
 21 .LC9:
 22     .string "error"
 23     .text
 24 .globl main
 25     .type   main, @function
 26 main:
 27     pushl   %ebp
 28     movl    %esp, %ebp
 andl    $-16, %esp
 30     subl    $32, %esp
 31     movl    $0, 28(%esp)
 32     cmpl    $8, 28(%esp)
 33     ja  .L2
 34     movl    28(%esp), %eax
 35     sall    $2, %eax
 36     movl    .L12(%eax), %eax
 37     jmp *%eax
 38     .section    .rodata
 39     .align 4
 40     .align 4
 41 .L12:
 42     .long   .L3
 43     .long   .L4
 44     .long   .L5
 45     .long   .L6
 46     .long   .L7
 47     .long   .L8
 48     .long   .L9
 49     .long   .L10
 50     .long   .L11
 51     .text
 52 .L3:
 53     movl    $.LC0, (%esp)
 54     call    puts
 55     jmp .L15
 .L4:
 57     movl    $.LC1, (%esp)
 58     call    puts
 59     jmp .L15
 60 .L5:
 61     movl    $.LC2, (%esp)
 62     call    puts
 63     jmp .L15
 64 .L6:
 65     movl    $.LC3, (%esp)
 66     call    puts
 67     jmp .L15
 68 .L7:
 69     movl    $.LC4, (%esp)
 70     call    puts
 71     jmp .L15
 72 .L8:
 73     movl    $.LC5, (%esp)
 74     call    puts
 75     jmp .L15
 76 .L9:
 77     movl    $.LC6, (%esp)
 78     call    puts
 79     jmp .L15
 80 .L10:
 81     movl    $.LC7, (%esp)
 82     call    puts
    jmp .L15
 84 .L11:
 85     movl    $.LC8, (%esp)
 86     call    puts
 87     jmp .L15
 88 .L2:
 89     movl    $.LC9, (%esp)
 90     call    puts
 91 .L15:
 92     leave
 93     ret
 94     .size   main, .-main
 95     .ident  "GCC: (GNU) 4.4.4 20100726 (Red Hat 4.4.4-13)"
 96     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits   jmp .L15
 80 .L10:
 81     movl    $.LC7, (%esp)
 82     call    puts
    jmp .L15
 84 .L11:
 85     movl    $.LC8, (%esp)
 86     call    puts
 87     jmp .L15
 88 .L2:
 89     movl    $.LC9, (%esp)
 90     call    puts
 91 .L15:
 92     leave
 93     ret
 94     .size   main, .-main
 95     .ident  "GCC: (GNU) 4.4.4 20100726 (Red Hat 4.4.4-13)"
 96     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

现在在加入break之后，在进入跳转表进行指定调用之后，都会都会使用jmp .L15直接到leave离开和返回指令，不会继续，粘着的执行。所以在加入break之后的swicth是在匹配成功之后多了一个控制转移，使得它正确的跳转到离开switch结构的地方。

接着，我们介绍一下跳转表的数据结构表现形式

跳转表是一个数组，表项i是一个代码段地址，这个代码段实现当开关索引与i相等时应该采取的动作。程序代码使用开关代码索引值来执行一个跳转表内数组的索引即

F(i)=arrary_head_addr+i

arrary表示一个数据序列的首地址，i代表序列内部偏移量。给出首地址，按索引值找出数据来确定目标。和使用If-else相比较，switch少了一个预测分支的环节，一次对比，直接查表，提高了指令的执行速率。

我们可以自定义一个跳转表（做成hashtable更好）,这里我们做成简单的单链表，对第i个元素取值就是获取链表中第i个元素，达到简单的匹配

typedef struct SkipTable_base
{
	int *head;
}

typedef struct Skip_Node
{
	int data
	struct Skip_Node* next;
}

三、swicth的使用规范

1.按照字母或者数字顺序排列case

2.将常用的放在前面，异常的放后面

3.按频率排序case

参考文档：《C语言深度剖析》，《深入理解计算机系统》