C++中Switch語句的優(yōu)化措施是什么

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流程控制語句是C語言中最基本的判斷語句，通常我們可以使用IF來構(gòu)建多分支結(jié)構(gòu)，但同樣可以使用Switch語句構(gòu)建，Switch語句針對多分支的優(yōu)化措施有4種形式，分別是，IF-ELSE優(yōu)化，有序線性優(yōu)化，非線性索引優(yōu)化，平衡判定樹優(yōu)化。

與IF語句結(jié)構(gòu)不同，IF語句會在條件跳轉(zhuǎn)后緊跟語句塊，而SWITCH結(jié)構(gòu)則將所有條件跳轉(zhuǎn)都放置在一起，判斷時需要重點觀察每個條件跳轉(zhuǎn)指令后面是否跟有語句塊，以辨別SWITCH分支結(jié)構(gòu)。

在switch分支數(shù)小于4的情況下，編譯器將采用模擬IF-ELSE分支的方式構(gòu)建SWITCH結(jié)構(gòu)，這樣則無法發(fā)揮出SWITCH語句的優(yōu)勢，當分支數(shù)大于3并且case的判斷值存在明顯線性關(guān)系時，Switch語句的優(yōu)化特性才可以凸顯出來。

有序線性優(yōu)化: 該優(yōu)化方式將每個case語句塊的地址預先保存在數(shù)組中，并依據(jù)此數(shù)組查詢case語句塊對應的首地址。

首先代碼生成時會為case語句制作一個case地址表數(shù)組，數(shù)組中保存每個ease語句塊的首地址，并且下標以0開頭，在進入switch后先進行一次比較，檢查輸入的數(shù)值是否大于case值的最大值，

為了達到線性有序，對于沒有case對應的數(shù)值，編譯器以switch的結(jié)束地址或者default語句塊的首地址填充對應的表格項。

case線性地址表是一個有序表。

當switch為一個有序線性組合時，會對其case語句塊制作地址表，以減少比較跳轉(zhuǎn)次數(shù)。

在編寫代碼時，我們無需自己排列case序列，編譯器編譯時會自動進行排序優(yōu)化，先來編寫一個簡單的代碼：

int main(int argc, char *argv[])
{
	int index = 0;

	scanf("%d", &index);
	switch (index)
	{
	case 1:
		printf("index 1"); break;
	case 2:
		printf("index 2"); break;
	case 3:
		printf("index 3"); break;
	case 6:
		printf("index 6"); break;
	case 7:
		printf("index 7"); break;
	default:
		printf("default"); break;
	}
	return 0;
}

代碼經(jīng)過反匯編后，我們可以注意到，首先用戶通過scanf輸入所需要執(zhí)行的分支，因為分支語句下標從0開始，所以需要dec eax減去1，在進入switch語句之前，判斷輸入的下標是否高于6，如果高于則直接跳出switch，否則執(zhí)行ds:[eax*4+0x401348]尋址。

004012B4 | FF15 B8304000            | call dword ptr ds:[<&scanf>]              |
004012BA | 8B45 FC                  | mov eax,dword ptr ss:[ebp-4]              |
004012BD | 83C4 08                  | add esp,8                                 |
004012C0 | 48                       | dec eax                                   | Switch語句獲取比例因子,需要減1
004012C1 | 83F8 06                  | cmp eax,6                                 | 首先對比輸入數(shù)據(jù)是否大于6
004012C4 | 77 6B                    | ja consoleapplication.401331              | 大于則說明Switch分支無對應結(jié)構(gòu) (則直接跳轉(zhuǎn)到結(jié)束)
004012C6 | FF2485 48134000          | jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401348]         | 跳轉(zhuǎn)到指定代碼段

地址0x401348對應的就是每一個分支的首地址，跳轉(zhuǎn)后即可看到分支。

非線性索引優(yōu)化: 如果兩個case值間隔較大，仍然使用switch的結(jié)尾地址或default地址代替地址表中缺少的case地址，這樣則會造成極大的空間浪費。

非線性的switch結(jié)構(gòu)，可采用制作索引表的方式進行優(yōu)化，索引表有兩張，1.case語句塊地址表，2.case語句塊索引表。

地址表中每一項保存一個case語句塊首地址，有幾個case語句塊或default語句塊，就保存幾項，結(jié)束地址在地址表中指揮保存一份。

索引表中保存了地址表中的下標值，索引表最多可容納256項，每項1字節(jié)，所以case值不可超過1字節(jié)，索引表也只能存儲256項索引編號。

在執(zhí)行時需要通過索引表來查詢地址表，會多出一次查表的過程，因此效率上會有所下降。

004012B4 | FF15 B8304000            | call dword ptr ds:[<&scanf>]              |
004012BA | 8B45 FC                  | mov eax,dword ptr ss:[ebp-4]              |
004012BD | 83C4 08                  | add esp,8                                 |
004012C0 | 48                       | dec eax                                   | Switch語句獲取比例因子,需要減1
004012C1 | 3D FE000000              | cmp eax,FE                                | 首先對比輸入數(shù)據(jù)是否大于254
004012C6 | 0F87 80000000            | ja consoleapplication.40134C              | 跳轉(zhuǎn)到指定代碼段
004012CC | 0FB680 70134000          | movzx eax,byte ptr ds:[eax+0x401370]      | 從索引表找地址表下標
004012D3 | FF2485 54134000          | jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401354]         | 比例因子尋找函數(shù)地址

首先movzx eax, byte ptr ds:[eax+0x401370]從索引表中找到地址表下標。

然后通過索引表找到索引值，并帶入jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401354]找到地址表中的指定地址，地址表中每一個地址就代表一個分支結(jié)構(gòu)里的函數(shù)。

這樣的優(yōu)勢就是可以節(jié)約空間，每一個所以表字段只占1字節(jié)，如果兩個case差距較大同樣會指向同一個地址表中的地址，地址表相對來說會變得簡單，但這種查詢方式會產(chǎn)生兩次間接內(nèi)存訪問，在效率上遠遠低于線性表方式。

平衡判定樹優(yōu)化: 當最大case值與最小case值之差大于255時，則會采用判定樹優(yōu)化，將每個case值作為一個節(jié)點，從節(jié)點中找出中間值作為根節(jié)點，以此形成一顆平衡二叉樹，以每個節(jié)點為判定值，大于和小于關(guān)系分別對應左子樹和右子樹，從而提高查詢效率。

如果打開編譯器體積優(yōu)先，編譯器盡量會以二叉判定樹的方式來降低程序占用體積，如果無法使用以上優(yōu)化方式，則需要將switch做成樹。

int main(int argc, char *argv[])
{
	int index = 0;

	scanf("%d", &index);
	switch (index)
	{
	case 2:
		printf("index 2"); break;
	case 3:
		printf("index 3"); break;
	case 8:
		printf("index 8"); break;
	case 10:
		printf("index 10"); break;
	case 35:
		printf("index 35"); break;
	case 37:
		printf("index 37"); break;
	case 666:
		printf("index 666"); break;
	}
	return 0;
}

判定樹反匯編形式。

004012C0 | 83F8 0A                  | cmp eax,A                                 | A:'\n'
004012C3 | 7F 63                    | jg consoleapplication.401328              |
004012C5 | 74 4D                    | je consoleapplication.401314              |
004012C7 | 83E8 02                  | sub eax,2                                 |
004012CA | 74 34                    | je consoleapplication.401300              |
004012CC | 48                       | dec eax                                   |
004012CD | 74 1D                    | je consoleapplication.4012EC              |
004012CF | 83E8 05                  | sub eax,5                                 |
004012D2 | 0F85 97000000            | jne consoleapplication.40136F             |
004012D8 | 68 A0314000              | push consoleapplication.4031A0            | main.cpp:16, 4031A0:"index 8"
004012DD | FF15 B4304000            | call dword ptr ds:[<&printf>]             | main.cpp:20
004012E3 | 83C4 04                  | add esp,4                                 |

判定樹，通過增加多條分支結(jié)構(gòu)，從中位數(shù)開始判斷，大于或小于分別走不同的分支，直到遇到函數(shù)地址位置。

為了降低數(shù)的高度，在優(yōu)化過程中，會檢查代碼是否滿足if-else優(yōu)化，有序線性優(yōu)化，非線性索引優(yōu)化，利用三種優(yōu)化來降低樹高度，誰的效率高就優(yōu)先使用誰，三種優(yōu)化都無法匹配才會使用判定樹。

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