C/C++中的switch语句优化效率的两种方式

简介

许多编程语言，如C/C++、C#、Java和Pascal，都提供了switch语句，让我们实现选择逻辑。在某些情况下，它是if-then-else的一个很好的替代品，使代码更清晰、更易读。在实践中使用switch时，你可能想知道。

• switch块在运行时是如何执行的？

• 对于一长串的条件，它的运行速度是否比if-then-else快？

• 对于n个条件，switch的时间复杂度是多少？

C/C++标准定义了语言元素的规范，但它并没有说如何实现switch语句。只要符合标准，每个厂商都可以自由地使用任何实现。本文讨论了在gcc中运行switch语句时会发生什么，并列举了几个不同条件下的例子。通过godbolt来呈现汇编后的逻辑。

The Jump Table

第一个例子是一个简单的switch语句，case的范围较为集中。首先看下汇编代码：

这里用的是gcc 11.2没有开编译优化，可以看到，汇编代码需要做两层映射，才能达到需求。第一层是汇编的42行，根据rax（可以理解为变量i）作为偏移量，跳转到.L7对应的位置。第二层是根据.L7中对应的映射，跳转到具体的执行case后面逻辑的代码，如.L15为先调用f1()，再break，对应源码的第10行。

上述例子中，switch语句的时间复杂度为O(1)，因为可以直接通过jump table跳转到对应的case。

在这里可以发现，本质上使用jump table来进行跳转是一种用空间换时间的方法，因为映射表的大小会和case的范围正相关，考虑一种极端的例子，如果case只有三种情况：0、10000、default，这时候如果再用j