既生if/else，何生switch/case？

古城微笑少年丶 2022-09-30 11:57 155阅读 0赞

在我第一篇笔记 [《C++ 的 “武”和“功”》][C_ _]中，我顺口提到switch/case的存在和“浮点数”有点渊源（或者说，有点瓜葛），有网友问了这一点。因为它本是我的书《白话C++》中的一小段，我砍点，添点，结果不长不短的，干脆就写成第二篇吧。

要读懂这篇文章，前提条件是知道“floating\_point@computer/浮点数在计算机”并不那么精确；第二，会“二分查找法”。而要正确回答课后的问题，最好还得复习一下“作用域”。

类似这样的代码：

Code:

1.  if ( i == 1)  
2.  \{\}  
3.  else if (i == 2)  
4.  \{\}  
5.  else if (i == 5)  
6.  \{\}  
7.  else if (i == 8)  
8.  \{\}  
9.  else if (i == 9)  
10. \{\}

您当过“人肉编译器”吗？如果我是一个编译器，那么我会为上面的代码生成优化，如何优化？我会首先让i和5相减（汇编语言就爱这么比较），减完结果，无非是 等于0，小于0 ，或 大于0。从而得出是停止比较(0)，还是往前找(<0)，或往后找(>0)——我知道你已经非常鄙视我了：这不就是大一时的“二分查找法”嘛（非扯出个人肉编译器）！

人肉编译器比较“牛”的地方是，“扫一眼”，就放心地发现，这是一位有良心的同学写出来的代码，因为：拿来比较的目标数（1、2、5……），有意地从小排到大了，满足二分查找法对数据系列必须“有序”的条件。但要让真实编译器来处理，想确保这个优化条件成立，也不难，只要满足那么几个条件，其中一个和浮点数有关：  
  
首先，别把整数及其兼容类型以外的数据类型，拿来说事！ 比如，你拿个不可能直接用CMP指令完成比较的“浮点数”来比较，那编译器绝不上当，那样产生的优化结果，可能是错误。

还有很多条件，且多说一个： 每个if 中的条件，必须是无副作用的，下面的语句，怎么也不能跳着来比较吧：

Code:

1.  if (foo() == 1)  
2.  \{\}  
3.  else if (foo() == 2)  
4.  \{\}  
5.  else if (foo() == 4)  
6.  \{\}  
7.  else if (foo() == 8)  
8.  \{\}  
9.  //...

foo()最终被执行几遍，这和if条件被判断了几次有关，这是正确性问题。还想按中值预测一下它，搞点二分法来做速度优化在这里太不靠谱了。

如此种种，if 能保证吗？ 不能，你看，if 什么都能比，浮点数，整数，字符串……所以，C语言的作者造了一个受限版的if/elseif， 那就是：**switch/case**； switch/case 存在和浮点数（曾经是令计算机先贤们最为头痛的问题之一）没有关系吗？有，它就是为了躲开浮点数比较才创造出来的，否则都有全能的if/else 比较了，还搞个怪怪的switch/case做什么？

你问我，人家有些语言中的swith/case，也能比较浮点数，甚至还可以拿来比较字符串呢……那是因为，这些语言要么不是效率为第一设计目标，要么，它们虽然也讲究运行效率，但它们是C/C++的晚辈，当初又希望从C++程序员抓点人迁移成它们的第一批用户，所以它们在语法上“留”住switch/case，但去掉了那些限制（反正它们又不直接编译成机器语言）。

如果不了解这一点，就会有一些学生，向我抱怨啊：老师，K&R好怪哪，干嘛就非不让switch拿来判断一个浮点数呢？难道编译器要做到一点很困难吗？当然不难，但为了效率，所以以下代码，任何一个靠谱的C/C++编译器，都不会放过它：

Code:

1.  //错误的C++代码：  
2.  double d = 0.0;  
3.  switch(d)  
4.  \{  
5.    case 1 :  
6.       //...  
7.       break;  
8.    case 1.5 :  
9.      //...  
10. \}

我出门上班时，本就一条路可走，但因为我知道在这条光明的大道上，可能会有一位债主痴痴地等我，严重影响我上班的效率。所以我决定披荆斩棘，再走出一条小路出来……后来时光荏苒，那位债主已经放弃它的需求，但路已经成了路，上面走着许许多多不知情的人们……

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课后：对了你能理解为什么下面的switch/case代码，也是错误的吗？

（经各位指出，下面两段代码有误，并且位置正好相反，为了让后来者知道在后面开贴讨论什么，就不删除了，直接把纠正过的附后吧。）

Code:

1.  int i;    
2.     
3.  //...    
4.    
5.  //错误的代码：  
6.  switch(i)    
7.  \{    
8.     case 1 :    
9.        int b;    
10.       cin >> b;    
11.       break;    
12.    case 2 :    
13.      cout << i;    
14.       break;    
15.      //...    
16.  \}

而下面这样一改，就合法了：

Code:

1.  int i;    
2.     
3.  //...    
4.    
5.  //合法的代码：  
6.  switch(i)    
7.  \{    
8.     case 1 :    
9.     \{   int b;    
10.        cin >> b;    
11.        break;    
12.    \}  
13.    case 2 :    
14.       cout << i;    
15.       break;    
16.      //...    
17.  \}

=============================

附后：

真正错误的：

Code:

1.  int i;    
2.     
3.  //...    
4.    
5.  //错误的代码：  
6.  switch(i)    
7.  \{    
8.     case 1 :    
9.     \{   int b;    
10.        cin >> b;    
11.        break;    
12.    \}  
13.    case 2 :    
14.       cout << b;    
15.       break;    
16.      //...    
17.  \}

正确的：

Code:

1.  int i;    
2.     
3.  //...    
4.    
5.  //合法的代码：  
6.  switch(i)    
7.  \{    
8.     case 1 :    
9.        int b;    
10.        cin >> b;    
11.        break;    
12.      
13.    case 2 :    
14.       cout << b; //没有初始化   
15.       break;    
16.      //...    
17.  \}

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