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switch 与 if else

switch语句用法

switch底层汇编实现分析

switch原理总结

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switch 与 if else

if else是人工优化的，而switch则是编译器进行优化的

使用场合：命中样本一致，每个case命中概率一样，case的数据必须是线性的，可以缺，但不能缺太多  而 if else 的某个分支结构的命中则是必须要经过前面的。

swich优化有4中策略，case<1，走方案一，大于3才走别的。这里先学习第二种优化

switch语句用法

基本格式

switch(表达式)
{
case 常量1:语句1
case 常量2:语句2
default:语句n   
    break;
}

样例

// swith语句底层

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int n = 3;
	switch (n)
	{
	case 0:
		printf("n == 0\r\n");
		break;
	case 1:
		printf("n == 1\r\n");
		break;
	case 2:
		printf("n == 2\r\n");
		break;
	case 3:
		printf("n == 3\r\n");
		break;
	case 4:
		printf("n == 4\r\n");
		break;
	case 5:
		printf("n == 5\r\n");
		break;
	default:
		printf("default\r\n");
	}

	system("pause");
	return 0;
}

switch底层汇编实现分析

C代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int n = 3;
	switch (n)
	{
	case 0:
		printf("n == 0\r\n");
		break;
	case 1:
		printf("n == 1\r\n");
		break;
	case 2:
		printf("n == 2\r\n");
		break;
	case 3:
		printf("n == 3\r\n");
		break;
	case 4:
		printf("n == 4\r\n");
		break;
	case 5:
		printf("n == 5\r\n");
		break;
	default:
		printf("default\r\n");
	}

	system("pause");
	return 0;
}

switch结构汇编代码

	switch (n)
009B187C 8B 45 F8             mov         eax,dword ptr [n]  
009B187F 89 85 30 FF FF FF    mov         dword ptr [ebp-0D0h],eax  
009B1885 83 BD 30 FF FF FF 05 cmp         dword ptr [ebp-0D0h],5  
009B188C 77 67                ja          $LN9+0Fh (09B18F5h)  
009B188E 8B 8D 30 FF FF FF    mov         ecx,dword ptr [ebp-0D0h]  
009B1894 FF 24 8D 30 19 9B 00 jmp         dword ptr [ecx*4+9B1930h]  
	{
	case 0:
		printf("n == 0\r\n");
009B189B 68 E0 7B 9B 00       push        offset string "n == 0\r\n" (09B7BE0h)  
009B18A0 E8 28 F8 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18A5 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18A8 EB 58                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	case 1:
		printf("n == 1\r\n");
009B18AA 68 EC 7B 9B 00       push        offset string "n == 1\r\n" (09B7BECh)  
009B18AF E8 19 F8 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18B4 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18B7 EB 49                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	case 2:
		printf("n == 2\r\n");
009B18B9 68 30 7B 9B 00       push        offset string "* " (09B7B30h)  
009B18BE E8 0A F8 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18C3 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18C6 EB 3A                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	case 3:
		printf("n == 3\r\n");
009B18C8 68 E0 7C 9B 00       push        offset string "n == 3\r\n" (09B7CE0h)  
009B18CD E8 FB F7 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18D2 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18D5 EB 2B                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	case 4:
		printf("n == 4\r\n");
009B18D7 68 EC 7C 9B 00       push        offset string "n == 4\r\n" (09B7CECh)  
009B18DC E8 EC F7 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18E1 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18E4 EB 1C                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	case 5:
		printf("n == 5\r\n");
009B18E6 68 F8 7C 9B 00       push        offset string "n == 5\r\n" (09B7CF8h)  
009B18EB E8 DD F7 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18F0 83 C4 04             add         esp,4  
		break;
009B18F3 EB 0D                jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)  
	default:
		printf("default\r\n");
009B18F5 68 04 7D 9B 00       push        offset string "default\r\n" (09B7D04h)  
009B18FA E8 CE F7 FF FF       call        _printf (09B10CDh)  
009B18FF 83 C4 04             add         esp,4  

分析switch部分汇编代码解读

mov         eax,dword ptr [n]               // 把n存储的数据交给eax
mov         dword ptr [ebp-0D0h],eax        // 把eax寄存器的数据到以ebp-0D0h为地址的内存位置中 
cmp         dword ptr [ebp-0D0h],5          // 比较两个值
ja          $LN9+0Fh (09B18F5h)             // 地址跳转
mov         ecx,dword ptr [ebp-0D0h]        
jmp         dword ptr [ecx*4+9B1930h]       // 该指令将无条件跳转到这个地址，继续执行后续的指令

更加具体的细节

• dword ptr是一个指令修饰符，用于指示内存操作数的大小为双字（32位）。
• eax是寄存器，用于存储数据
• [n] 指n的地址
• [ebp-0D0h] 表示以基址寄存器 ebp 减去偏移 0D0h 所得到的内存地址。
• ebp 是栈基指针寄存器，-0D0h 是一个偏移量，用于定位相对于 ebp 的内存位置。
• ecx 寄存器经常被用作循环计数器，特别是在汇编语言中经常使用 ecx 寄存器来实现循环操作。它还可以用于存储临时数据、中间结果以及其他需要在计算过程中使用的值。
• [ecx*4+9B1930h]：将寄存器 ecx 中的值乘以 4，并加上偏移量 9B1930h，得到一个内存地址。然后，该指令将无条件跳转到这个地址，继续执行后续的指令。
• ja $LN9+0Fh (09B18F5h) 是一个条件跳转指令，用于根据处理器标志寄存器中的条件进行无条件跳转。
• ja 是无符号大于条件跳转指令，当处理器标志寄存器中的条件满足无符号大于（CF=0且ZF=0）时，会执行跳转操作。
• ebp 寄存器通常用于存储当前函数的基址指针，指向当前函数的栈帧的底部。栈帧是用于存储局部变量、函数参数和返回地址等信息的一块内存区域。
• 这里数据后面的h表示是16进制

swith汇编处理的逻辑：

1. 根据传入的n值，mov到指定的地址
2. 进行有条件的比较，根据条件跳转地址
3. 再把n的值到ecx里面
4. 经过计算得到一个偏移的地址并跳转
5. 通过内存最后内存地址计算，并且在反汇编页面进行跳转到case 3的代码位置

因为case的汇编代码都大差不差，所以直接阅读case 3的代码

push        offset string "n == 3\r\n" (09B7CE0h)   // 把字符串的地址送到栈中
call        _printf (09B10CDh)                      // 将当前指令的下一条指令的地址（即返回地址）推送到栈中，并跳转到 _printf 函数的入口地址开始执行。
add         esp,4                                   // 将栈指针 esp 的值增加 4 字节（一个字）
		break;
jmp         $LN9+1Ch (09B1902h)                     // 无条件地跳转到地址为 09B1902h 的目标位置继续执行后续的指令。

更加具体的细节：

• esp 是x86架构中的栈指针寄存器，也称为堆栈指针寄存器（Stack Pointer Register）。栈是一种数据结构，用于存储临时数据、函数参数、返回地址和局部变量等信息。
• 使用 offset 运算符可以获取一个标号或字符串的内存地址，并将该地址推送（存储）到栈中。这在处理字符串和传递参数时非常常见。
• call 是一个用于调用函数或子程序的指令。当执行 call 指令时，它会将当前指令的下一条指令的地址（即返回地址）推送到栈中，并跳转到指定的函数入口地址开始执行。也就说会把下一条add指令移动栈中作为参数传递

case部分处理逻辑：

1. 把字符串的地址送到栈中、
2. call指令调用输出的函数，并把下一条的add指令放到栈中
3. 执行函数后，无条件跳转到别的地址

switch原理总结

通过阅读switch汇编实现源码，可以总结出它的实现原理

首先，它实现了一个表结构，用来记录每个case汇编代码的首地址

 这个表结构如何生成？

是根据case的值确定下标，所以就解释了case的值为什么必须要求是整形或者类整形的原因了。

case的值确定下标，存储case代码的地址相对应

下图是在内存中表的存储

 之后switch会把case的值*4（因为4个字节存储地址）作为0x9b1930的偏移量到对应的case地址。之后就是case内部具体实现逻辑了。

这个图的意思是要说：
表建立的下标必然是根据case从小到大的线性排布建立的，但是代码的位置并不一样，因为代码的书写上并不一定是按照的case从小到大线性排布的。

这是第一次阅读底层汇编实现代码，感觉还有很多疏漏之处，比如：函数调用时的栈处理流程和内存变化，printf函数实现原理，包括汇编指令的了解都存在细节上的问题。

正所谓万事开头难，相信随着后续的学习，认识不断增加，会再次更深入了解switch实现原理。