为了提供多路分支（multi-way branching ）的能力，编程语言（如C语言）提供了选择语句(Slelection statements)，如if语句和switch语句。但是多重的if-else-if语句在某些情况下执行效率较低，没有switch语句的运行速度快，我们需要灵活选择。
选择语句
C语言中的选择语句包含两种，其语法如下所示：
selection-statement: if ( expression ) statement if ( expression ) statement else statement switch ( expression ) statement
对于测试多个不同条件的情况，可以采用if...else if...else 的格式，也可以采用带有多个case标签的switch语句。
if(test_expression == a) a();else if(test_expression == b) b(); ... ...else if(test_expression == x) x();else fun();
switch ( test_expression ) {case a:
statement_a; break;case b:
statement_b; break;
...default:
statement_default; break;
}但是两者的运行速度上却有较大的差异。某些情况下，switch-case比if-else的运行速度更快。
实现机制
对于有多个判断条件的if语句，程序在执行时从第一个条件开始进行判断，如果测试条件为真，则执行相应的语句；如果不为真，则继续判断下一个条件。最快的情况下，需要到最后一个分之才能执行完成。对于分之较多的情况，效率尤其低下。
但是，switch语句得益于跳转表(jump table)的实现，可以根据测试条件直接跳转到相应的分支语句上去，不需要逐个对条件进行判断，在case数目很多的情况下也不会降低执行效率。
下面通过一个具体的测试程序对这一特性进行分析。
运行速度测试
这里通过一个包含10个分支的测试程序，对两种不同实现方式的运行速度进行对比和分析。
int test_if_else(int v){ if(v == 1) return v * 13; else if(v == 2) return v * 23; else if(v == 3) return v * 33; else if(v == 4) return v * 43; else if(v == 5) return v * 53; else if(v == 6) return v * 63; else if(v == 7) return v * 73; else if(v == 8) return v * 83; else if(v == 9) return v * 93; else if(v == 10) return v * 103; else
return 0;
}对应的switch-case语句如下：
int test_switch_case(int v){ switch(v){ case 1: return v * 13; case 2: return v * 23; case 3: return v * 33; case 4: return v * 43; case 5: return v * 53; case 6: return v * 63; case 7: return v * 73; case 8: return v * 83; case 9: return v * 93; case 10: return v * 103;
default: return 0;
}
}通过一个测试程序，调用这两段代码，分别测试它们的运行时长。在测试中，假设各个测试条件出现的概率是相同的；在100000000次调用中，传入的参数是顺序循环出现的，依次执行11个分支。
void run_test(){ struct timeval start, end;
double elapsed_us = 0; int i = 0, v = 0; /* run test with if-else-if */
gettimeofday(&start, NULL); for(i = 0,v = 0; i<100000000L; i++)
v += test_if_else( i%11 );
gettimeofday(&end, NULL);
elapsed_us = 1000000 * (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) ; printf("test_if_else ran %f usec, result = %u\n", elapsed_us, v); /* run test with switch-case */
gettimeofday(&start, NULL); for(i = 0,v = 0; i<100000000L; i++)
v += test_switch_case( i%11 );
gettimeofday(&end, NULL);
elapsed_us = 1000000 * (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) ; printf("test_switch_case run %f usec, result = %u\n", elapsed_us, v);
}测试结果及分析
Ubuntu Linux (GCC 4.8.4)
Apple LLVM version 7.0.2 (clang-700.1.81)
从以上测试程序的运行结果可以看出，在编译器各种不同的优化级别下，switch-case都比if-else-if耗时更少。
同时，也可以看到clang在打开编译优化选项的情况下做了更多的优化，运行速度有显著提升。
跳转表（jump table）
从汇编代码也能看出，针对switch-case的跳转表，能够省掉绝大部分的比较操作，直接跳转到相应的执行分支。它首先判断C代码中default的条件是否成立，如果是，则直接返回；否则，则根据索引（switch index）的值直接引用跳转表对应位置的指令。如下所示。
.globl test_switch_case .type test_switch_case, @functiontest_switch_case: .LFE40: .cfi_startproc subl $1, %edi xorl %eax, %eax cmpl $9, %edi ja .L15 movl CSWITCH.5(,%rdi,4), %eax .L15: rep_ret .cfi_endproc CSWITCH.5: .long 13 .long 46 .long 99 .long 172 .long 265 .long 378 .long 511 .long 664 .long 837 .long 1030 .ident "GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu~14.04.3) 4.8.4" .section .note.GNU-stack,"",@progbits
对于if-else-if，则需要从头开始，逐个执行比较操作，一直到匹配到成功的条件。以下是它对应的汇编代码：
.globl test_if_else .type test_if_else, @functiontest_if_else: .LFB39: .cfi_startproc cmpl $1, %edi je .L3 cmpl $2, %edi je .L4 cmpl $3, %edi je .L5 cmpl $4, %edi je .L6 cmpl $5, %edi je .L7 cmpl $6, %edi je .L8 cmpl $7, %edi je .L9 cmpl $8, %edi je .L10 cmpl $9, %edi je .L11 xorl %eax, %eax movl $1030, %edx cmpl $10, %edi cmove %edx, %eax ret .L6: movl $172, %eax ret .L3: movl $13, %eax ret .L4: movl $46, %eax ret .L5: movl $99, %eax ret .L7: movl $265, %eax ret .L8: movl $378, %eax ret .L9: movl $511, %eax ret .L10: movl $664, %eax ret .L11: movl $837, %eax ret .cfi_endproc
clang的优化分析
从以上的测试结果还看到一个有趣的现象，在MacOS上运行测试程序时，switch-case和if-else-if的执行速度相当，几乎没有差别。
通过分析产生的汇编代码可以发现，编译器已经将if-else-if优化成跳转表的实现方式了。以下是-O2选项情况下产生的汇编代码：
_test_if_else: ## @test_if_else .cfi_startproc## BB#0: pushq %rbpLtmp0: .cfi_def_cfa_offset 16Ltmp1: .cfi_offset %rbp, -16 movq %rsp, %rbpLtmp2: .cfi_def_cfa_register %rbp decl %edi cmpl $9, %edi ja LBB0_2## BB#1: ## %switch.lookup movslq %edi, %rax leaq l_switch.table2(%rip), %rcx movl (%rcx,%rax,4), %eax popq %rbp retq l_switch.table2: .long 13 ## 0xd .long 46 ## 0x2e .long 99 ## 0x63 .long 172 ## 0xac .long 265 ## 0x109 .long 378 ## 0x17a .long 511 ## 0x1ff .long 664 ## 0x298 .long 837 ## 0x345 .long 1030 ## 0x406
总结
通过以上的对比分析，可以发现switch语句在运行速度上比if-else更有优势。但也不是所有的情况都适用，需要对不同的应用场景进行具体分析。
对于switch语句，它：
适用于
判断的测试条件针对同一个变量
分支较多（大于4个）
测试变量的值在一个较小的、连续的范围，跨度不大
不适用于
分支数较少（小于4个）
测试条件的值分布比较稀疏
测试条件不能基于同一个变量的值进行判断
作者：zhizhuwang
链接：https://www.jianshu.com/p/759c3513b713
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