问题

请问,此题使用switch语句编写是否会比if更高效?若想用switch又该如何编写呢?

回答
咱们来好好聊聊这个switch和if的效率问题,以及怎么用switch来写。

首先,你问的这个问题非常实在,很多人都有类似的疑问。简单来说,大多数情况下,switch语句在处理多个离散、相等判断的时候,通常会比一系列ifelse if语句更高效一些。

为什么会这样呢?这主要跟它们底层的实现方式有关。

ifelse if 的工作方式: 想象一下,你有一串ifelse if语句。电脑在执行的时候,会从第一个if开始,逐个往下判断。一旦某个条件成立,它就执行对应的代码块,然后就“跳过”剩下的所有else if和else。如果一直到最后都没有匹配的,就执行最后的else(如果有的话)。这就好比你在门口排队,一个一个检查是不是你要找的人。如果那个人排在前面,你很快就找到了;但如果那个人排在队伍末尾,你就得挨个看过去。

switch 的工作方式(一种常见的实现): 编译器在处理switch语句时,有一个更聪明的办法。当它看到switch(variable)后面跟着一堆case值时,它通常不会像if那样线性地一个一个去比对。它会做一些“预处理”。最常见的一种方式是生成一个跳转表(jump table)。这个跳转表就像一个目录,直接把case值和对应的代码块地址关联起来。当程序执行到switch时,它会直接根据variable的值去跳转表中查找,找到对应的代码块,然后跳过去执行。这就好比你不再排队挨个问,而是直接根据门牌号(case值)找到你要去的房间(代码块)。

那么,什么时候switch更高效呢?

1. 多个离散值比较: 当你需要比较一个变量是否等于多个固定的、互不相干的值时(比如,一个数字是1、2、3还是其他),switch就非常有优势。
2. 值是连续或集中的: 如果你的case值是一系列的整数(例如 case 1: case 2: case 3: ...),编译器生成跳转表会非常高效。
3. 值范围不是特别巨大: 如果你的case值跨度非常大,比如case 1: 和 case 1000000:,那么编译器可能就不会生成那么大的跳转表,而是会退化成类似ifelse if的结构,或者采用其他优化手段(比如二分查找等)。但对于一般的离散值集合,switch通常是优选。

switch比ifelse if“更高效”的场景下,它的优势体现在:

减少了比较次数: 尤其是当你的ifelse if链很长时,switch通过跳转表的方式,理论上能将比较次数从O(n)降低到O(1)(常数时间复杂度,也就是无论你有多少个case,查找的时间都很短,只要跳转表生成了)。
代码可读性: 在很多情况下,switch也能让代码看起来更清晰,因为它明确地列出了所有可能的“分支”或“选项”。

什么时候switch不一定更高效,甚至可能不如if?

复杂的条件判断: 如果你的判断不是简单的相等比较,而是涉及到范围(大于、小于)、逻辑运算(&&, ||)或者函数调用,那么switch就无法使用了,你只能用ifelse if。
浮点数或字符串比较: 在很多编程语言(包括C/C++、Java等早期版本)中,switch语句只能用于整数类型(包括枚举类型)或者特定语言支持的字符串类型。你不能直接对浮点数或任意的字符串变量使用switch。
大量的else if,但只有一个或两个匹配: 如果你的ifelse if链很长,但绝大多数情况下第一个if就能匹配成功,那么switch可能需要生成一个完整的跳转表,反而比直接执行第一个if要“慢”一点点(虽然这个差别微乎其微,往往在实际应用中可以忽略不计)。

那么,如果想用switch来写,应该怎么做呢?

假设我们有一个场景:根据用户输入的数字代码,显示不同的信息。

场景: 用户输入一个数字 (1, 2, 3),代表不同的选项。
目标: 用switch语句来实现。

首先,我们需要确定switch语句适用的条件:

1. 我们要判断的是一个变量的值。
2. 我们要判断的是这个变量是否等于多个离散的常量值。
3. 这些常量值应该是整数类型(或者枚举类型,或者某些语言支持的字符串)。

举例说明(以一种通用的伪代码风格,很容易映射到你熟悉的编程语言):

假设我们要根据用户的选择(一个整数)来打印不同的问候语:

如果选择是 1,打印 "Hello!"
如果选择是 2,打印 "Hi there!"
如果选择是 3,打印 "Greetings!"
如果不是 1, 2, 或 3,打印 "Invalid choice."

使用 ifelse if 语句可能是这样写的:

```
int userChoice = getUserInput(); // 假设这是一个获取用户输入的函数

if (userChoice == 1) {
print("Hello!");
} else if (userChoice == 2) {
print("Hi there!");
} else if (userChoice == 3) {
print("Greetings!");
} else {
print("Invalid choice.");
}
```

现在,我们来把它改成使用 switch 语句来写:

```
int userChoice = getUserInput(); // 假设这是一个获取用户输入的函数

switch (userChoice) {
case 1: // 如果 userChoice 的值是 1
print("Hello!");
break; // 退出 switch 语句,防止穿透到下一个 case

case 2: // 如果 userChoice 的值是 2
print("Hi there!");
break; // 退出 switch 语句

case 3: // 如果 userChoice 的值是 3
print("Greetings!");
break; // 退出 switch 语句

default: // 如果 userChoice 的值不是上面任何一个 case
print("Invalid choice.");
// default 后面通常也不需要 break,因为它是最后一个分支,但加上也无妨
break;
}
```

详细解释一下 switch 语句的结构:

1. `switch (expression)`:
`switch` 是关键字,表示我们要开始一个 switch 语句。
`expression` 是你要进行判断的那个变量或表达式。它的结果必须是一个整数类型(或枚举等可比较的值)。例如,上面的 `userChoice`。

2. `{ ... }`:
花括号定义了 switch 语句的整个代码块,包含了所有的 `case` 和 `default` 分支。

3. `case value:`:
`case` 是关键字,后面跟着一个常量值 (`value`)。
当 `expression` 的结果等于 `value` 时,程序就会跳转到这个 `case` 后面的代码块执行。
注意,`value` 必须是一个常量表达式,不能是变量。例如 `case userChoice:` 是不允许的,但 `case 1:` 是允许的。
在一个 switch 语句中,每个 `case` 的 `value` 必须是唯一的。

4. `break;`:
`break` 是一个非常重要的关键字!它的作用是终止当前的 switch 语句。
如果你在一个 `case` 的代码块执行完毕后,没有写 `break;`,程序会继续往下执行下一个 `case` 的代码块,直到遇到 `break;` 或者 `default` 语句,或者 switch 块的结束。这种现象叫做穿透 (fallthrough)。
在上面的例子中,我们希望匹配到 `case 1` 就只打印 "Hello!",然后结束整个 switch,所以我们必须在 `print("Hello!");` 后面加上 `break;`。

5. `default:`:
`default` 是关键字,它定义了一个“兜底”的分支。
如果 `expression` 的值不匹配任何一个 `case` 值,程序就会跳转到 `default` 分支执行。
`default` 分支在 switch 语句中是可选的,并且可以放在任何位置(尽管通常放在最后以便于阅读)。
如果一个 switch 语句没有 `default` 分支,并且 `expression` 的值也不匹配任何 `case`,那么整个 switch 语句块就什么都不执行。

总结一下 switch 语句的书写要点:

明确你要判断的那个值,确保它是整数或类似类型。
列出所有可能的值,每个值用一个 `case` 来声明。
在每个 `case` 的代码块末尾,必须加上 `break;` 来防止穿透,除非你确实想要穿透的效果(在某些特定场景下,比如合并多个case的处理逻辑时会用到穿透,但对于初学者来说,最好避免不必要的穿透)。
使用 `default` 来处理所有未被 `case` 匹配到的情况。

再举个需要穿透的例子(虽然不常见,但为了说明概念):

比如,我们想让输入 1 和 2 都执行同一个操作(比如打印 "Starting..."),而输入 3 则执行另一个操作。

```
int userInput = getUserInput();

switch (userInput) {
case 1:
case 2: // 当 userInput 是 1 或者 2 时,都会执行这里的代码
print("Starting...");
// 注意:这里没有 break,所以会“穿透”到下一个 case(如果有的话)
// 我们需要在处理完共同逻辑后,再决定是否 break
break; // 这里 break 掉,避免穿透到 default

case 3:
print("Operation 3 is different.");
break;

default:
print("Invalid input.");
break;
}
```

在这个例子中,`case 1` 和 `case 2` 的后面没有写 `break`,这意味着如果 `userInput` 是 `1`,程序会跳到 `case 1`,执行 `print("Starting...")`,然后继续往下执行 `case 2` 的代码(因为 `case 1` 后面没有 `break`),再次执行 `print("Starting...")` (这里的写法有点重复,更好的方式是把 `print` 放在最下面,再break),然后遇到 `break;`,结束 switch。如果 `userInput` 是 `2`,也是同样的效果。

最后回到效率问题:

对于你提到的“此题”,如果没有看到具体题目,很难给出一个绝对的答案。但只要你的题目符合 switch 的适用场景(对一个变量进行多个离散值的相等判断),那么使用 switch 通常会比冗长的 ifelse if 结构在理论上和实践中都更高效,并且代码也可能更清晰一些。

所以,如果你发现自己正在写一长串 `if (var == 1) ... else if (var == 2) ... else if (var == 3) ...`,并且 `var` 是一个整数类型,并且 `1, 2, 3` 是固定的常量,那么大胆地把它改成 `switch` 吧!这通常是一个不错的优化。

网友意见

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不用switch range扩展的话,先/1000再switch就行了吧

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