C语言拾遗(五)：分析switch语句机制---下篇

想要深入地理解语言的运行机理，阅读汇编代码是很有帮助的。

前奏：我们这里用的汇编代码格式是AT＆T的，这个微软的intel格式不一样。

AT＆T格式是GCC，OBJDUMP等一些其他我们在linux环境下常用工具的默认格式。

今天就一起再来看看switch语句吧。

关键词：跳转，跳转表

先来一个最简单的例子：

 1 int switch_eg(int x, int n)

 2 {

 3     int result = x;

 4 

 5     switch (n) {

 6         case 100:

 7             result += 10;

 8             break;

 9         case 102:

10              result -= 10;

11             break;

12         default:

13             result = 0;        

14     }

15     

16     return result;

17 }

看一下其汇编代码：我会逐条注释。

命令是gcc -O1 -S test2.c

 1     .file    "test2.c"

 2     .text

 3     .globl    switch_eg

 4     .type    switch_eg, @function

 5 switch_eg:

 6 .LFB0:

 7     .cfi_startproc

 8     movl    4(%esp), %ecx                  ／／x在esp+4的位置，存入寄存器ecx

 9     movl    8(%esp), %edx                  ／／n在esp+8的位置，存入寄存器edx

10     leal    10(%ecx), %eax                 ／／将ecx的值+10存入eax，也就是x+10

11     cmpl    $100, %edx                     ／／将n和100比较

12     je    .L2                              ／／n==100,跳到L2

13     subl    $10, %ecx                      ／／n!=100,x=x-10

14     cmpl    $102, %edx                     ／／n和102比较

15     movl    $0, %eax                       ／／eax=0

16     cmove    %ecx, %eax                    ／／如果n==102,eax=ecx

17 .L2:

18     rep                                    ／／返回，result存在eax

19     ret

20     .cfi_endproc

21 .LFE0:

22     .size    switch_eg, .-switch_eg

23     .ident    "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3"

24     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

好了，对着注释看，是不是很简单呢。由此我们知道，switch语句实际上也是一种条件语句，而条件语句的核心是跳转。聪明的你应该还会想到跳转的标签个数应该是和case语句的分支个数成正比的。

可是，当case语句分支很多时，岂不是各种jmp？编译器很聪明的使用了一种叫跳转表的方法来解决这个问题。

其实也简单，跳转表的思想就是将要跳转的代码的地址存入一个数组中，然后根据不同的条件跳转到对应的地址处，就像访问数组一样。

空说太枯燥了，还是看个例子吧。（例子来源：深入理解计算机系统3.6.7）

C：

 1 int switch_eg(int x, int n) {

 2     int result = x;

 3     switch (n) {

 4         case 100:

 5             result *= 13;

 6             break;

 7 

 8         case 102:

 9             result += 10;

10             /* fall throuth */

11         

12         case 103:

13             result += 11;

14             break;

15 

16         case 104:

17         case 106:

18             result *= result;

19             break;

20 

21         default:

22             result = 0;

23     }

24 

25     return result;

26 }

同样的看一下对应的汇编。我省略了一些无关的代码。

 1     movl    4(%esp), %eax

 2     movl    8(%esp), %edx

 3     subl    $100, %edx

 4     cmpl    $6, %edx

 5     ja    .L8

 6     jmp    *.L7(,%edx,4)

 7     .section    .rodata

 8     .align 4

 9     .align 4

10 .L7:

11     .long    .L3

12     .long    .L8

13     .long    .L4

14     .long    .L5

15     .long    .L6

16     .long    .L8

17     .long    .L6

18     .text

19 .L3:

20     leal    (%eax,%eax,2), %edx

21     leal    (%eax,%edx,4), %eax

22     ret

23 .L4:

24     addl    $10, %eax

25 .L5:

26     addl    $11, %eax

27     ret

28 .L6:

29     imull    %eax, %eax

30     ret

31 .L8:

32     movl    $0, %eax

33     ret

解释一下关键点：

首先生成了一张跳转表，以L7为基准，4自己为对齐单位，加上偏移就能跳转到相应的标签。

比如，L7+0就是跳到L3处，L7+4就是跳转到L8处，依次类推。

 7     .section    .rodata

 8     .align 4

 9     .align 4
10 .L7:

11     .long    .L3

12     .long    .L8

13     .long    .L4

14     .long    .L5

15     .long    .L6

16     .long    .L8

17     .long    .L6

第6行： jmp *.L7(,%edx,4)

表示   goto ＊jt[index]，举个例子，假设现在n是102，edx里面是2（102-100），查表得L7+2＊4处，即跳到L4处。

 

23 .L4:

24     addl    $10, %eax

 

将eax的值+10，这和C是对应的。

 

 8         case 102:

 9             result += 10;

注意到L4后面没有ret了，这就是我们上篇所说的fall through规则。不清楚可以看一下上篇的例子C语言拾遗(四)：分析switch语句机制---上篇。

 好了，其他的分支，各位可以自己用其他例子验证一下，看是不是跟C语言代码逻辑是一样的，欢迎讨论。

小结：

swith语句的本质是条件语句，条件语句的本质是跳转。

当case分支多了的时候（一般大于四个时），编译器巧妙地通过跳转表来访问代码位置。

---End---