gcc对c语言中的switch的优化

本文解释了C语言中switch语句如何通过跳转表实现高效执行,特别是当条件数量超过四个时。通过示例代码展示了如何使用GCC编译器自动生成跳转表,并提供了对应的汇编代码进行对比。

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在c语言中switch语句会被实现为一个跳转表,跳转表是一个数组,这个数组里面存的都是地址,也就是说只要你传递给它一个i,他就会返回给你,你所需要跳转的地址,这样做得好处就是执行语句的时间和条件的个数无关..不过在gcc里面他也只是条件数大于4个,才会生成这个跳转表.

请看下面的代码:
[code]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;
} [/code]
这只是一段简单的switch语句,下面我们用一段c代码来描述汇编代码所要做得事情.
[code]code *jt[7] = {
loc_A, loc_def, loc_B, loc_C,
loc_D, loc_def, loc_D
};

int switch_eg_impl(int x)
{
unsigned xi = x - 100;
int result = x;

if (xi > 6)
goto loc_def;

/* Next goto is not legal C */
goto jt[xi];

loc_A: /* Case 100 */
result *= 13;
goto done;

loc_B: /* Case 102 */
result += 10;
/* Fall through */

loc_C: /* Case 103 */
result += 11;
goto done;

loc_D: /* Cases 104, 106 */
result *= result;
goto done;

loc_def: /* Default case*/
result = 0;

done:
return result;
} [/code]
看上面的代码就很清楚了,它会对传进来的值与100进行一个减法,然后再将这个值传进switch语句.
而真实的汇编代码是怎么样的呢,我们可以看看:
[code]switch_eg:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax //这边得到传进来的参数
leal -100(%eax), %edx //这边将得到的参数和100做差
cmpl $6, %edx //这边和6比较,如果大于6说明下面的条件没有满足的所以默认进入default
jbe .L11
.L2:
popl %ebp
xorl %eax, %eax
ret
.p2align 4,,7
.L11:
jmp *.L7(,%edx,4) //这边也就是我们上面伪码所描述的那个jt[xi]
.section .rodata
.align 4
.align 4
.L7: //这边就是所构造的跳转表.
.long .L3
.long .L2
.long .L4
.long .L5
.long .L6
.long .L2
.long .L6
.text
.L6: // loc_D
imull %eax, %eax
popl %ebp
.p2align 4,,6
ret
.L5: //loc_c
popl %ebp
movl $114, %eax
.p2align 4,,6
ret
.L4: //loc_B
popl %ebp
movl $123, %eax
.p2align 4,,4
ret
.L3: //loc_A
popl %ebp
movl $1300, %eax
.p2align 4,,4
ret[/code]
<think>好的,我现在需要帮助用户理解C语言switch语句的用法,并且要求通过图解和示例来讲解。首先,我需要回忆一下switch语句的基本结构和用法。用户可能已经知道if-else语句,但想了解更简洁的多分支控制结构。 首先,我应该从switch语句的基本语法开始。switch后面跟一个表达式,然后是一系列的case标签,每个case后面跟着常量表达式。当表达式的值与某个case的常量匹配时,执行对应的代码块,直到遇到break语句或者switch结束。如果所有case都不匹配,可以有一个default标签来处理这种情况。 接下来,我需要考虑如何用图解来展示switch语句的执行流程。比如,可以画一个流程图,从switch表达式开始,然后分支到各个case,最后到default。每个case后面跟着break,表示退出switch结构,否则会继续执行下一个case的代码,也就是“case穿透”现象。这部分需要重点说明,因为这是常见的错误来源。 然后,需要举几个示例代码。第一个例子可以是简单的,比如根据数字输出星期几。第二个例子可以展示case穿透的应用,比如根据月份判断季节,将多个case合并处理。第三个例子可能需要处理字符输入,比如成绩等级判断,同时加入错误处理。 用户提供的引用中有提到switch通过map和search改变控制流,这可能涉及到底层实现,但用户要求的是使用教程,所以可能不需要深入编译器细节,但可以简要提及。另外,用户希望有图解,可能需要用文字描述流程图的结构,因为实际绘图在这里无法实现,但可以用文字说明。 同时,要注意用户可能遇到的常见问题,比如忘记写break导致意外穿透,或者case的值不是常量等。在示例中应该指出这些陷阱,并给出正确的写法。 最后,生成相关问题,帮助用户进一步巩固知识,可能涉及switch与if-else的比较、case穿透的实际应用、底层实现原理等。这些问题应该覆盖教程中的关键点,并引导用户深入思考。 总结步骤:先介绍语法结构,解释执行流程,通过图解描述,给出多个示例,指出常见错误,最后生成相关问题。需要确保示例代码正确,符合C语言标准,并且注释清晰。同时,语言要简洁明了,适合初学者理解。</think>### C语言switch语句使用教程 #### 一、基本语法结构 ```c switch (表达式) { case 常量1: 代码块1; break; case 常量2: 代码块2; break; // ... default: 默认代码块; } ``` - **表达式**:必须是整型或字符型表达式 - **case穿透**:若缺少`break`,会继续执行下一个case的代码 - **default**:可选的默认处理分支 #### 二、执行流程图解 ``` ┌───────────────┐ │ 计算表达式值 │ └───────┬───────┘ │ ┌───────▼───────┐ │ 匹配case常量? │ └───────┬───────┘ │ ┌───────▼───────┐ 是 │ 执行对应代码块 ├────────┐ └───────┬───────┘ │ │ │ ┌───────▼───────┐ │ │ 遇到break? │◄───────┘ └───────┬───────┘ │ 否 ▼ ┌───────────────┐ │ 退出switch │ └───────────────┘ ``` #### 三、示例代码演示 **示例1:基础用法(判断星期)** ```c #include <stdio.h> int main() { int day = 3; switch(day) { case 1: printf("星期一"); break; case 2: printf("星期二"); break; case 3: printf("星期三"); break; // 输出"星期三" default: printf("无效输入"); } return 0; } ``` **示例2:case穿透应用(季节判断)** ```c #include <stdio.h> int main() { int month = 5; switch(month) { case 12: case 1: case 2: printf("冬季"); break; // 多个case共享代码块 case 3 ... 5: // GCC扩展语法,标准C需单独列出 printf("春季"); break; case 6 ... 8: printf("夏季"); break; case 9 ... 11: printf("秋季"); break; default: printf("无效月份"); } return 0; } ``` **示例3:字符处理(成绩等级)** ```c #include <stdio.h> int main() { char grade = 'B'; switch(grade) { case 'A': printf("优秀"); break; case 'B': printf("良好"); break; // 输出"良好" case 'C': printf("及格"); break; case 'D': printf("不及格"); break; default: printf("无效等级"); } return 0; } ``` #### 四、常见错误提醒 1. **忘记break**:会导致执行后续case的代码 ```c case 1: printf("执行操作"); // 缺少break case 2: // 当输入1时会同时执行case1和case2 printf("其他操作"); ``` 2. **非整型表达式**:不能使用浮点型或字符串 3. **变量作为case值**:必须使用常量表达式 ```c int x = 10; case x: // 错误!必须是常量 ``` #### 五、底层原理 编译器会将switch语句转换为**跳转表**(jump table),通过表达式值直接跳转到对应代码块,比多个if-else更高效。当case值连续时,会生成更紧凑的指令[^3]。 §§ 相关问题 §§ 1. switch语句和if-else链的主要性能差异是什么? 2. 如何利用case穿透特性实现状态机? 3. switch语句支持字符串匹配吗?如何实现类似功能? 4. 编译器如何处理稀疏分布的case值?
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