【C/C++】 switch-case 详解/全面总结
【C/C++】 switch-case 详解/全面总结
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。