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switch语句(上)(转载)

时间:2018-04-10 14:12:28      阅读:113      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

switch语句是C#中常用的跳转语句,可以根据一个参数的不同取值执行不同的代码。switch语句可以具备多个分支,也就是说,根据参数的N种取值,可以跳转到N个代码段去运行。这不同于if语句,一条单独的if语句只具备两个分支(这是因为if语句的参数只能具备true或false两种取值),除非使用嵌套if语句。

switch语句能够接受的参数是有限制的,简单来说,只能是整数类型、枚举或字符串。本文就从整数、枚举和字符串这三种类型的switch语句进行介绍。

switch指令

在进入正题之前,先为大家简要介绍一下IL汇编语言中的switch指令。switch指令(注意和C#中的switch语句区分开)是IL中的多分支指令,它的基本形式如下:

switch (Label_1, Label_2, Label_3…)

其中switch是IL关键字,Label_1~Label_N是一系列标号(和goto语句中用到的标号一样),标号指明了代码中的位置。这条指令的运行原理是,从运算栈顶弹出一个无符号整数值,如果该值是0,则跳转到由Label_1指定的位置执行;如果是1,则跳转到Labe_2;如果是2,则跳转到Label_3;以此类推。

如果栈顶弹出的值不在标号列表的范围之内(0~N-1),则忽略switch指令,跳到switch指令之后的一条指令开始执行。因此,对于switch指令来说,其 “default子句”是在最开头的。

此外,Label_x所引用的标号位置只要位于当前方法体就可以,不必非要在switch指令的后面。

好了,后面我们会看到switch指令的实例的。

使用整数类型的switch语句

代码1 - 使用整数类型参数的switch语句,取值连续

代码1中的switch语句接受的参数n是int类型的,并且我们观察到,在各个case子句中的取值都是连续的。将这段代码写在一个完整的程序中,并进行编译。之后使用ildasm打开生成的程序集,可以看到对应的IL代码如代码2所示。

代码2 – 代码1生成的IL代码

我们可以看到,首先IL_0000和IL_0001两行代码将参数n存放到一个局部变量中,然后IL_0002到IL_0004三行将这个变量的值减去1,并将结果留在运算栈顶。啊哈,参数值减去1,要进行判断的几种情况不就变成了0、1、2了么?是的。在接下来的switch指令里,针对这三种取值给出了三个地址IL_0017、IL_0022和IL_002d。这三个地址处的代码,分别就是取值为1、2、3时需要执行的代码。

以上是取值连续的情形。如果各个case子句中给出的值并不连续呢?我们来看一下下面的C#代码:

代码3 – 使用整数类型参数的switch语句,取值不连续

代码3编译生成的程序集中,编译器生成的IL代码如下:

代码4 – 代码3生成的IL代码

看到代码4,第一感觉就是switch指令中跳转地址的数量和C#程序中switch语句中的取值数不相符。但仔细观察后可以发现,switch指令中针对0、2、4(即switch语句中的case 1、3、5)这三种取值给出了不同的跳转地址。而对于1、3这两种取值(在switch语句中并没有出现)则给出了同样的地址IL_003f,看一下这个地址,是语句ret。

也就是说,对于取值不连续的情况,编译器会自动用“default子句”的地址来填充switch指令中的“缝隙”。当然,代码4因为过于简单,所以“缝隙值”直接跳转到了方法的结尾。

那么,如果取值更不连续呢?那样的话,switch指令中就会有大量的“缝隙值”。要知道,switch指令和之后的跳转地址列表都是指令的一部分,缝隙值的增加势必会导致程序集体积的增加啊。呵呵,不必担心,编译器很聪明,请看下面的代码:

代码5 – 使用整数类型参数的switch语句,取值非常不连续

在代码5中,switch语句的每个case子句中给出的取值之间都相差20,这意味着如果再采用前面所述“缝隙值”的做法,switch指令中将有多达41个跳转地址,而其中有效的只有3个。但现代的编译器明显不会犯这种低级错误。下面给出编译器为代码5 生成的IL:

代码6 – 代码5生成的IL代码

从代码6中我们会发现,switch指令不见了,在IL_0005、IL_000a和IL_000f三处分别出西安了beq.s指令,这个指令是beq指令的简短形式。当跳转位置和当前位置之差在一个sbyte类型的范围之内时,编译器会自动选择简短形式,目的是缩小指令集的体积。而beq指令的作用是从运算栈中取出两个值进行比较,如果两个值相等,则跳转到目标位置(有beq指令后面的参数指定)执行,否则继续从beq指令的下一条指令开始执行。

由此可见,当switch语句的取值非常不连续时,编译器会放弃使用switch指令,转而用一系列条件跳转来实现。这有点类似于if-else if-...-else语句。

使用枚举类型的switch语句

.NET中的枚举是一种特殊的值类型,它必须以某一种整数类型作为其底层类型(underlying type)。因此在运算时,枚举都是按照整数类型对待的,switch指令会将栈顶的枚举值自动转换成一个无符号整数,然后进行判断。

因此,在switch语句中使用枚举和使用整数类型没有太大的区别。请看下面一段代码:

代码7 - 在switch语句中使用枚举类型

其中的Num类型是一个枚举,定义为public enum Num { One, Two, Three }

下面是编译器为代码7生成的IL代码:

代码8 - 代码7生成的IL代码

可以看到,代码8和代码2没有什么本质区别。这是因为枚举值就是按照整数对待的。并且,如果枚举定义的成员取值不连续,生成的代码也会和代码4、代码6类似。

小结

本文介绍了编译器如何翻译使用整数类型的switch语句。如果你很在乎微乎其微的效率提升的话,应记得:

  • 尽量在switch中使用连续的取值;
  • 如果取值不连续,则使用尽量少的case子句,并将出现频率高的case放在前面(因为此时switch语句和if-else if-else语句是类似的)。

switch语句(上)(转载)

原文:https://www.cnblogs.com/tkt2016/p/8778435.html

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