关于switch的讨论
无意在网上看到一篇关于if与switch的问题帖子,其中题主提问了关于为什么同一种逻辑实现， 用if写和用switch写得到的结果却不同。
关于这点我一开始是不信的，代码写旧了总会自己预设一些假设，同时一些已经实现的功能或代码也总是抱着100%信任的态度，但是这往往就造成了许多意想不到的bug的出现。因此本着实事求是的原则，还是做了这么个实验。先用if来实现一个分支选择的功能。
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| int main(int argc, char **argv)
{
int i = 1,j = 0;
if (i == 1)
j = 1;
else if (i == 2)
j = 2;
else if (i == 3)
j = 3;
else
j = 4;
}
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编译这段代码(编译器Apple clang version 11.0.0 (clang-1100.0.33.8)；Target: x86_64-apple-darwin19.0.0)，得到如下汇编指令。
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| 0000000000000000 <_main>:
0: 55 push %rbp
1: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp)
b: 89 7d f8 mov %edi,-0x8(%rbp)
e: 48 89 75 f0 mov %rsi,-0x10(%rbp)
12: c7 45 ec 01 00 00 00 movl $0x1,-0x14(%rbp)
19: c7 45 e8 00 00 00 00 movl $0x0,-0x18(%rbp)
20: 83 7d ec 01 cmpl $0x1,-0x14(%rbp)
24: 0f 85 0c 00 00 00 jne 36 <_main+0x36>
2a: c7 45 e8 01 00 00 00 movl $0x1,-0x18(%rbp)
31: e9 3d 00 00 00 jmpq 73 <_main+0x73>
36: 83 7d ec 02 cmpl $0x2,-0x14(%rbp)
3a: 0f 85 0c 00 00 00 jne 4c <_main+0x4c>
40: c7 45 e8 02 00 00 00 movl $0x2,-0x18(%rbp)
47: e9 22 00 00 00 jmpq 6e <_main+0x6e>
4c: 83 7d ec 03 cmpl $0x3,-0x14(%rbp)
50: 0f 85 0c 00 00 00 jne 62 <_main+0x62>
56: c7 45 e8 03 00 00 00 movl $0x3,-0x18(%rbp)
5d: e9 07 00 00 00 jmpq 69 <_main+0x69>
62: c7 45 e8 04 00 00 00 movl $0x4,-0x18(%rbp)
69: e9 00 00 00 00 jmpq 6e <_main+0x6e>
6e: e9 00 00 00 00 jmpq 73 <_main+0x73>
73: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
76: 5d pop %rbp
77: c3 retq
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从总可以很容易看出if指令在汇编级是由cmpl与jne组合实现的。
那么再看switch又有什么区别呢？如下为用switch实现的分支选择。
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| int main(int argc, char **argv)
{
int i = 1,j = 0;
switch (i) {
case 1: j = 1; break;
case 2: j = 2; break;
case 3: j = 3; break;
default: j = 4; break;
}
}
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switch实现与if实现逻辑功能完全相同，但汇编级实现却不一样，其反汇编代码如下：
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| 0000000000000000 <_main>:
0: 55 push %rbp
1: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp)
b: 89 7d f8 mov %edi,-0x8(%rbp)
e: 48 89 75 f0 mov %rsi,-0x10(%rbp)
12: c7 45 ec 01 00 00 00 movl $0x1,-0x14(%rbp)
19: c7 45 e8 00 00 00 00 movl $0x0,-0x18(%rbp)
20: 8b 7d ec mov -0x14(%rbp),%edi
23: 89 f8 mov %edi,%eax
25: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
28: 89 7d e4 mov %edi,-0x1c(%rbp)
2b: 89 45 e0 mov %eax,-0x20(%rbp)
2e: 0f 84 2d 00 00 00 je 61 <_main+0x61>
34: e9 00 00 00 00 jmpq 39 <_main+0x39>
39: 8b 45 e4 mov -0x1c(%rbp),%eax
3c: 83 e8 02 sub $0x2,%eax
3f: 89 45 dc mov %eax,-0x24(%rbp)
42: 0f 84 25 00 00 00 je 6d <_main+0x6d>
48: e9 00 00 00 00 jmpq 4d <_main+0x4d>
4d: 8b 45 e4 mov -0x1c(%rbp),%eax
50: 83 e8 03 sub $0x3,%eax
53: 89 45 d8 mov %eax,-0x28(%rbp)
56: 0f 84 1d 00 00 00 je 79 <_main+0x79>
5c: e9 24 00 00 00 jmpq 85 <_main+0x85>
61: c7 45 e8 01 00 00 00 movl $0x1,-0x18(%rbp)
68: e9 1f 00 00 00 jmpq 8c <_main+0x8c>
6d: c7 45 e8 02 00 00 00 movl $0x2,-0x18(%rbp)
74: e9 13 00 00 00 jmpq 8c <_main+0x8c>
79: c7 45 e8 03 00 00 00 movl $0x3,-0x18(%rbp)
80: e9 07 00 00 00 jmpq 8c <_main+0x8c>
85: c7 45 e8 04 00 00 00 movl $0x4,-0x18(%rbp)
8c: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
8f: 5d pop %rbp
90: c3 retq
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从反汇编结果来看，20-5c部分为switch的条件码计算、比较和跳转的逻辑，而61-85则是case中包含的执行语句。
通过比较这两种实现的汇编代码，可以得到if与switch的几点重大区别。
- if的条件码比较和分支过程是紧临的，switch的条件码比较和分支执行过程是松散的。
- if的条件码比较和跳转使用cmpl指令和jne指令，switch的条件码比较与跳转使用的是sub,je指令
- if的比较过程不改变源操作数的结果仅改变状态寄存器的值，switch的比较过程会改变源操作数的结果和状态寄存器的值，因此需要保存源操作数，从以上汇编代码可知每次都会将比较的原值与计算的结果存入堆栈。
对于if与switch在汇编级的区别，结果是显然的了，但是从逻辑上来看它们的实现都是正确的，因此在这里没能看出上面帖子所出现的问题的根本原因，但是从上面分析中知道，如果在堆栈容量不足的情况下，if的实现绝对是优先的选择，因为switch的实现需要占用更多的堆栈空间，在堆栈容量不足时确实存在堆栈溢出的可能，从而造成内存相关的错误甚至一些未知错误。
同时在内核中也有很多地方选择if而不选择switch，如：
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| /* Can't use a switch () here: gcc isn't always smart enough for that... */
if ((i) == -16)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, -16, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == -8)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, -8, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == -4)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, -4, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == -1)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, -1, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == 1)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, 1, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == 4)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, 4, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == 8)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, 8, sizeof(*(v)), sem);
else if ((i) == 16)
IA64_FETCHADD(_tmp, _v, 16, sizeof(*(v)), sem);
else \
_tmp = __bad_increment_for_ia64_fetch_and_add();
(__typeof__(*(v))) (_tmp); /* return old value */
|
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