【C/C++】 switch-case 详解/全面总结

【C/C++】 switch-case 详解/全面总结

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I - 基础概述

类似 if-else 语句，switch-case 语句用于处理复杂的条件判断和分支操作，但相较前者有更好的可读性，在代码中出现冗长的 if-else 阶梯代码时，switch-case 语句可作为一个不错的替代方案。

1.1 - 基础结构

一个 switch 语句可以包含任意数量的 case 标签，每个 case 标签中可执行若干条语句，通常以 break 语句结束。default 标签为可选项，至多包含一个，用于处理 case 标签未列举的值。

switch (expression)
{
	case constant_expression_1 :
		// statement_1
		break;
	case constant_expression_2 :
		// statement_2
		break;
		/* ... */
	
	default:
		// statement_default
		break;
}

switch 语句根据 expression (表达式) 的值，跳转到值对应的 case 标签，执行标签中包含的语句或语句块。

1.2 - 使用举例

#include <iostream>
int main(int argc, char* argv[])
{
	const int x = 2;
	switch (x)
	{
		case 1: 
			std::cout << "x equals 1" << std::endl;
			break;
		case 2: 
			std::cout << "x equals 2" << std::endl;
			break;
		case 3: 
			std::cout << "x equals 3" << std::endl;
			break;
		default:
			std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;
			break;
	}
	return 0;
}

输出：

x equals 2

switch 根据 x 的值，跳转到匹配的 case ，执行其中的语句，此处为 2 ，遇到 break 结束。

II - 注意事项

2.1 - switch 语句中的表达式必须为整型

switch 语句中使用的表达式必须是整型 (int, char, enum) 表达式，不允许为其他类型。

// float type is not allowed in switch expression
float x = 1.1;
switch (x)
{
	case 1.1: printf("case 1.1"); break;
	default: printf("default"); break;
}

MSVC 编译器的报错为：

error C2450: switch expression of type 'float' is illegal
note: Integral expression required

switch 表达式类型 float 非法，要求整型表达式。

Java 中的 switch-case 语句中允许字符串类型。

2.2 - 满足条件的 case 标签后的语句都会执行，直到 break 语句

表达式值对应的 case 标签后的语句都会执行，直到遇到 break 语句，或者 switch 结束。标签结尾如果没有使用 break 则会 fall-through (“穿透”)。

示例：

const int x = 2;
switch (x)
{
	case 1: std::cout << "x equals 1" << std::endl;
	case 2: std::cout << "x equals 2" << std::endl;
	case 3: std::cout << "x equals 3" << std::endl;
	[[fallthrough]];
	default : std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;break;
}

输出：

x equals 2
x equals 3
x is other than 1, 2 and 3

注：[[fallthrough]] 为 C++17 引入的属性，用于禁止编译器产生 fall-through 的 “穿透” 警告。

2.3 - default 标签可以置于任何位置

default 标签可以置于 switch 内的任何位置，无论位置先后，如果没有任何的 case 值匹配，则会执行 default 标签后的语句。

int x = 4;
switch (x)
{
	default : std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;break;
	case 1: std::cout << "x equals 1" << std::endl; break;
	case 2: std::cout << "x equals 2" << std::endl; break;
}

输出

 x is other than 1, 2 and 3

结合前一小节，default 标签中无 break 语句，也会穿透，直到 break 为止，示例：

int x = 4;
switch (x)
{
	default : std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;
	case 1: std::cout << "x equals 1" << std::endl;break;
	case 2: std::cout << "x equals 2" << std::endl;
}

此处打印为：

x is other than 1, 2 and 3
x equals 1

由于 case 1 包含 break 语句，只“穿透”到 case 1。

2.4 - 标签使用的整型表达式必须为常量

case 标签使用的整型表达式必须是常量表达式。

// A program with variable expressions in labels
#include <stdio.h>
int main()
{
    int x = 2;
    int arr[] = {1, 2, 3};
    switch (x)
    {
        case arr[0]: printf("Choice 1n");
        case arr[1]: printf("Choice 2n");
        case arr[2]: printf("Choice 3n");
    }
    return 0;
}

编译报错为：

error C2131: expression did not evaluate to a constant
note: failure was caused by a read of a variable outside its lifetime
note: see usage of 'arr'
error C2051: case expression not constant

case 表达式不为常量

2.5 - case 之前的语句永远不会执行

在 switch 语句后，控制语句跳转到匹配的 case 标签，写在 case 标签前的语句不会被执行。

示例：

// statement before all cases are never executed
int x = 2;
switch (x)
{
	x = x + 1; // 此条语句不会执行， this statement is not executed
	case 1: std::cout << "x equals 1" << std::endl; break;
	case 2: std::cout << "x equals 2" << std::endl; break;
	case 3: std::cout << "x equals 3" << std::endl; break;
	default : std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;break;
}

此时输出为

x equals 2

而不是 x equals 3 ，由于语句 x = x + 1 不会执行。

2.6 - case 标签不可以使用重复的值

// duplicate case value
int x = 2;
switch (x)
{
	case 1+1: std::cout << "x equals 1" << std::endl; break;
	case 2: std::cout << "x equals 2" << std::endl; break;
	case 3: std::cout << "x equals 3" << std::endl; break;
	default : std::cout << "x is other than 1, 2 and 3" << std::endl;break;
}

编译报错为：

error C2196: case value '2' already used

case 标签值 ‘2’ 已使用。

III - 特殊用法

3.1 - case 设置范围

可在单个 case 标签指定一个连续的数值范围，低值在前，高值在后。

case low ... high:

... 左右两边需要有一个空格

case 1 ... 5: // correct
case 1...5: // wrong

除可以使用整数外，还可以使用如字符型常量。

case 'A' ... 'Z':

使用举例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) 
{
   int data[10] = { 5, 4, 10, 25, 60, 47, 23, 80, 14, 11};
   int i;
   for (i = 0; i < 10; ++i)
   {
      switch (data[i])
      {
         case 1 ... 10:
            printf("%d 在范围 1 - 10 之间n", data[i]);
         break;
         case 11 ... 20:
            printf("%d 在范围 11 - 20 之间n", data[i]);
         break;
         case 21 ... 30:
            printf("%d 在范围 21 - 30 之间n", data[i]);
         break;
         case 31 ... 40:
            printf("%d 在范围 31 - 40 之间n", data[i]);
         break;
         default:
            printf("%d 超出范围n", data[i]);
         break;
      }
   }
}

输出

5 在范围 1 - 10 之间
4 在范围 1 - 10 之间
10 在范围 1 - 10 之间
25 在范围 21 - 30 之间
60 超出范围
47 超出范围
23 在范围  21 - 30 之间
80 超出范围
14 在范围 11 - 20 之间
11 在范围 11 - 20 之间

查看 gcc 官网的描述 :
https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-2.95.3/gcc_4.html#SEC82

注：

  • 仅 GCC 支持， Visual Studio 的 MSVC 编译器当前不支持。

3.2 - switch 初始化语句

C++17 标准引入新特性，switch 语句中允许初始化语句。

switch (init-statement; expression)
{
	case constant_expression: 
		statement; 
		break;
	/* ... */
}
// 等价于
{
	init-statement;
	switch (expression)
	{
		case constant_expression: 
		statement; 
		break;
		/* ... */
	}
}

使用示例：

struct RemoteDevice
{
	enum State { SLEEP, READY, ERROR };
	auto state() const { return m_state; }

	/*...*/

private:
	State m_state{};
};

switch (auto rmt = RemoteDevice{}; rmt.state())
{
case RemoteDevice::SLEEP:
	/*...*/
	break;
case RemoteDevice::READY:
	/*...*/
	break;
case RemoteDevice::ERROR:
	/*...*/
	break;
}

3.3 - switch-case 符合语法的简易结构

switch 语句可以不为完整的复合结构，示例：

// 此条不做任何事
switch (0)
	std::cout << "this doses nothingn";
	

switch (int n = 1)
{
    case 0:
    case 1:
        std::cout << n << 'n';
}

同 if / while 等语句，switch 语句无大括号时，可紧跟一个标签以及一条语句。

// 此条总是打印
switch (0)
	default:
		std::cout << "this print alwaysn";

IV - 与 if else if 的比较

switch if else if
执行不同的 case 基于 switch 中的变量值 执行不同的代码块，基于指定的条件判断
仅可执行整型表达式 (int, char, enum) 可执行任意类型的表达式
在较多的条件判断时，更快且具有更好的可读性 当有很多条件时，它会变得混乱。
不支持逻辑表达式判断 可支持逻辑表达式，以及范围的判断
  • 编译不同：

当编译器编译 switch 语句时，它将检查每个 case 常量并创建一个“跳转表”，该表将用于根据表达式的值选择执行路径。因此，如果我们需要在一大组值中进行选择，switch 语句的运行速度将比使用 if-else 序列编码的等效逻辑快得多。编译器可以这样做，因为它知道 case 常量都是相同的类型，并且必须与 switch 表达式进行比较以相等，而在 if 表达式的情况下，编译器没有这样的认知。

  • 速度基于条件数量：

switch 语句比 if else if 更快的前提是条件足够多。如果只有少数判断，则可能不会影响速度。如过条件数超过 5 个，则首选 switch-case ，否则也可以使用 if-else。

如果 switch 包含五个以上的条件，则使用查找表 (lookup table) 或哈希链 (hash list) 实现。这意味着所有条件获得相同的访问时间，而在 if else if 列表中，最后一个条件需要更多时间才能到达，因为它必须首先评估之前的每个条件。

V - 参考链接