java中的switch理解_深入理解Java的switch...case...语句

2022-11-07 14:52 471阅读 0赞

switch...case...中条件表达式的演进

最早时，只支持int、char、byte、short这样的整型的基本类型或对应的包装类型Integer、Character、Byte、Short常量

JDk1.5开始支持enum，原理是给枚举值进行了内部的编号，进行编号和枚举值的映射

1.7开始支持String，但不允许为null。(原因可以看后文)

case表达式仅限字面值常量吗？

case表达式既可以用字面值常量，也可以用final修饰且初始化过的变量。例如以下代码可正常编译并执行：

public static int test(int i)\{

final int j = 2;

int result;

switch (i) \{

case 0:

result = 0;

break;

case j:

result = 1;

break;

case 10:

result = 4;

break;

default:

result = -1;

return result;

但是没有初始化就不行，比如下面的代码就无法通过编译

public class SwitchTest\{

private final int caseJ;

public int test(int i)\{

int result;

switch (i) \{

case 0:

result = 0;

break;

case caseJ:

result = 1;

break;

case 10:

result = 4;

break;

default:

result = -1;

return result;

SwitchTest(int caseJ) \{

this.caseJ = caseJ;

public static void main(String\[\] args)\{

SwitchTest testJ = new SwitchTest(1);

System.out.print(testJ.test(2));

lookupswitch和tableswitch

下面两种几乎一样的代码，会编译出大相径庭的字节码。

lookupswitch

public static int test(int i)\{

int result;

switch (i) \{

case 0:

result = 0;

break;

case 2:

result = 1;

break;

case 10:

result = 4;

break;

default:

result = -1;

return result;

对应字节码

public static int test(int);

Code:

0: iload\_0

1: lookupswitch \{ // 3

0: 36

2: 41

10: 46

default: 51

36: iconst\_0

37: istore\_1

38: goto 53

41: iconst\_1

42: istore\_1

43: goto 53

46: iconst\_4

47: istore\_1

48: goto 53

51: iconst\_m1

52: istore\_1

53: iload\_1

54: ireturn

tableswitch

public static int test(int i)\{

int result;

switch (i) \{

case 0:

result = 0;

break;

case 2:

result = 1;

break;

case 4:

result = 4;

break;

default:

result = -1;

return result;

public static int test(int);

Code:

0: iload\_0

1: tableswitch \{ // 0 to 4

0: 36

1: 51

2: 41

3: 51

4: 46

default: 51

36: iconst\_0

37: istore\_1

38: goto 53

41: iconst\_1

42: istore\_1

43: goto 53

46: iconst\_4

47: istore\_1

48: goto 53

51: iconst\_m1

52: istore\_1

53: iload\_1

54: ireturn

两种字节码，最大的区别是执行了不同的指令：lookupswitch和tableswitch。

两种switch区别

tableswitch使用了一个数组，通过下标可以直接定位到要跳转的行。但是在生成字节码时，有的行可能在源码中并不存在。通过这种方式可以获得O(1)的时间复杂度。

lookupswitch维护了一个key-value的关系，通过逐个比较索引来查找匹配的待跳转的行数。而查找最好的性能是O(log n)，如二分查找。

可见，通过用冗余的机器码，tableswitch换取了更好的性能。

但是，在分支比较少的情况下，O(log n)其实并不大。n=2时，log n 约为2.8；即使n=100, log n 约为 6.6，与1仍未达到1个数量级的差距。

何时生成tableswitch？何时生成lookupswitch？

long table\_space\_cost = 4 + ((long) hi - lo + 1); // words

long table\_time\_cost = 3; // comparisons

long lookup\_space\_cost = 3 + 2 \* (long) nlabels;

long lookup\_time\_cost = nlabels;

int opcode =

nlabels > 0 && table\_space\_cost + 3 \* table\_time\_cost <= lookup\_space\_cost + 3 \* lookup\_time\_cost

tableswitch : lookupswitch;

这段代码的上下文：

hi和lo分别代表值的上下限，是通过遍历switch...case...每个分支获取的。

nlabels表示switch...case...的分支个数

可以看出，决策的条件综合考虑了时间复杂度(table\_time\_cost/lookup\_time\_cost)和空间复杂度(table\_space\_cost/lookup\_space\_cost)，并且时间复杂度的权重是空间复杂度的3倍。

存疑点：

各种幻数没有解释取值的原因，比如4、3，应该和具体细节实现有关。

lookupswitch的时间复杂度使用的是nlabels而没有取log n。此处可以看做是近似计算。

switch...case...优于if...else...吗？

一般来说，更多的限制能带来更好的性能。

从上文可以看出，无论是tableswitch还是lookupswitch，都有对随机查找的优化，而if...else...是没有的，可以看下面的源码和字节码。

public static int test2(int i)\{

int result;

if(i == 0) \{

result = 0;

\} else if(i == 1) \{

result = 1;

\} else if(i == 4) \{

result = 4;

\} else \{

result = -1;

return result;

public static int test2(int);

Code:

0: iload\_0

1: ifne 9

4: iconst\_0

5: istore\_1

6: goto 31

9: iload\_0

10: iconst\_1

11: if\_icmpne 19

14: iconst\_1

15: istore\_1

16: goto 31

19: iload\_0

20: iconst\_4

21: if\_icmpne 29

24: iconst\_4

25: istore\_1

26: goto 31

29: iconst\_m1

30: istore\_1

31: iload\_1

32: ireturn

字符串常量的case表达式及字节码

举例如下，这段源码有两个特点：

case "ghi"分支里是没有赋值代码

case "test"分支和case "test2"分支相同

public static int testString(String str)\{

int result = -4;

switch (str) \{

case "abc":

result = 0;

break;

case "def":

result = 1;

break;

case "ghi":

break;

case "test":

case "test2":

result = 1;

break;

default:

result = -1;

return result;

对应字节码

public static int testString(java.lang.String);

Code:

0: bipush -4

2: istore\_1

3: aload\_0

4: astore\_2

5: iconst\_m1

6: istore\_3

7: aload\_2

8: invokevirtual \#2 // Method java/lang/String.hashCode:()I

11: lookupswitch \{ // 5

96354: 60

99333: 74

102312: 88

3556498: 102

110251488: 116

default: 127

60: aload\_2

61: ldc \#3 // String abc

63: invokevirtual \#4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

66: ifeq 127

69: iconst\_0

70: istore\_3

71: goto 127

74: aload\_2

75: ldc \#5 // String def

77: invokevirtual \#4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

80: ifeq 127

83: iconst\_1

84: istore\_3

85: goto 127

88: aload\_2

89: ldc \#6 // String ghi

91: invokevirtual \#4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

94: ifeq 127

97: iconst\_2

98: istore\_3

99: goto 127

102: aload\_2

103: ldc \#7 // String test

105: invokevirtual \#4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

108: ifeq 127

111: iconst\_3

112: istore\_3

113: goto 127

116: aload\_2

117: ldc \#8 // String test2

119: invokevirtual \#4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z

122: ifeq 127

125: iconst\_4

126: istore\_3

127: iload\_3

128: tableswitch \{ // 0 to 4

0: 164

1: 169

2: 174

3: 177

4: 177

default: 182

164: iconst\_0

165: istore\_1

166: goto 184

169: iconst\_1

170: istore\_1

171: goto 184

174: goto 184

177: iconst\_1

178: istore\_1

179: goto 184

182: iconst\_m1

183: istore\_1

184: iload\_1

185: ireturn

可以看到与整型常量的不同：

String常量判等，先计算hashCode，在lookupswitch分支中再比较是否真正相等。这也是不支持null的原因，此时hashCode无法计算。

lookupswitch分支中，会给每个分支分配一个新下标值，作为后面的tableswitch的索引。源码中的分支语句统一在tableswitch中对应分支执行。

为什么要再生成一段tableswitch？从字节码来看，两个平行的分支("test"和"test2")，虽然没有在tableswitch中用同一个数组下标，但是使用了同一个跳转行177，在这种情况下减少了字节码冗余。

枚举的case表达式及字节码

样例代码如下

public static int testEnum(StatusEnum statusEnum)\{

int result;

switch (statusEnum) \{

case INIT:

result = 0;

break;

case FINISH:

result = 1;

break;

default:

result = -1;

return result;

对应字节码

public static int testEnum(com.example.StatusEnum);

Code:

0: getstatic \#9 // Field com/example/SwitchTest$1.$SwitchMap$com$example$core$service$domain$enums$StatusEnum:\[I

3: aload\_0

4: invokevirtual \#10 // Method com/example/core/service/domain/enums/StatusEnum.ordinal:()I

7: iaload

8: lookupswitch \{ // 2

1: 36

2: 41

default: 46

36: iconst\_0

37: istore\_1

38: goto 48

41: iconst\_1

42: istore\_1

43: goto 48

46: iconst\_m1

47: istore\_1

48: iload\_1

49: ireturn

可以看到，使用了枚举的ordinal方法确定序号。

其他

通过查看字节码，可以发现源码的break关键字，对应的是字节码goto到具体行的语句。 如果不用break，那么对应的字节码就会“滑落”到下一行语句，继续执行。

![4f8ab279219ace84af2c048af6abeb1a.png][]

![c136a41489130f8d2fe2426ae2cf68a8.png][]

[4f8ab279219ace84af2c048af6abeb1a.png]: /images/20221023/f9842968dec546868cff9ceeb523af7e.png
[c136a41489130f8d2fe2426ae2cf68a8.png]: /images/20221023/0f5ca23177414e19bda7ba4c6fb69543.png

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