为什么 switch 比 if 快

Question

许多 Java 书籍将switch语句描述为比if else语句更快。 但是我没有找到任何地方为什么 switch 比 if 更快。

例子

我有一种情况，我必须从两项中选择一项。 我可以使用任何一种使用

switch (item) {
    case BREAD:
        //eat Bread
        break;
    default:
        //leave the restaurant
}

或者

if (item == BREAD) {
    //eat Bread
} else {
    //leave the restaurant
}

考虑 item 和 BREAD 是一个常量 int 值。

在上面的例子中，哪个动作更快，为什么？

Answer 1

因为有特殊的字节码可以在很多情况下允许有效的 switch 语句评估。

如果使用 IF 语句实现，您将有一个检查、一个跳转到下一个子句、一个检查、一个跳转到下一个子句等等。 通过开关，JVM 加载要比较的值并遍历值表以查找匹配项，这在大多数情况下更快。

Answer 2

switch语句并不总是比if语句快。 它比长长的if-else语句列表更好地扩展，因为switch可以基于所有值执行查找。 但是，对于短暂的情况，它不会更快并且可能会更慢。

Answer 3

目前的JVM有两种开关字节码：LookupSwitch和TableSwitch。

switch 语句中的每个 case 都有一个 integer 偏移量，如果这些偏移量是连续的（或大部分是连续的，没有大的间隙）（案例 0：案例 1：案例 2，等等），则使用 TableSwitch。

如果偏移以较大的间隙分布（案例 0：案例 400：案例 93748：等），则使用 LookupSwitch。

简而言之，不同之处在于 TableSwitch 是在恒定时间内完成的，因为可能值范围内的每个值都被赋予了特定的字节码偏移量。 因此，当您给语句偏移 3 时，它知道向前跳转 3 以找到正确的分支。

查找开关使用二进制搜索来查找正确的代码分支。 这在 O(log n) 时间内运行，这仍然很好，但不是最好的。

有关这方面的更多信息，请参阅此处： JVM 的 LookupSwitch 和 TableSwitch 之间的区别？

所以就哪一个最快，使用这种方法：如果您有 3 个或更多案例的值是连续的或几乎连续的，请始终使用开关。

如果您有 2 种情况，请使用 if 语句。

对于任何其他情况，switch 很可能更快，但不能保证，因为 LookupSwitch 中的二进制搜索可能会遇到糟糕的情况。

另外，请记住，JVM 将对 if 语句运行 JIT 优化，尝试将最热分支放在代码中的首位。 这称为“分支预测”。 有关这方面的更多信息，请参见此处： https://dzone.com/articles/branch-prediction-in-java

您的经历可能会有所不同。 我不知道 JVM 没有在 LookupSwitch 上运行类似的优化，但我学会了相信 JIT 优化而不是试图超越编译器。

Answer 4

因此，如果您打算拥有大量数据包 memory 这些天并不是真正的大成本，并且 arrays 相当快。 您也不能依赖 switch 语句来自动生成跳转表，因此更容易自己生成跳转表场景。 正如您在下面的示例中看到的，我们假设最多 255 个数据包。

要获得以下结果，您需要抽象.. 我不会解释它是如何工作的，所以希望您对此有所了解。

如果您需要更多，我将其更新为将数据包大小设置为 255，然后您必须对 (id < 0) || 进行边界检查 （id > 长度）。

Packets[] packets = new Packets[255];

static {
     packets[0] = new Login(6);
     packets[2] = new Logout(8);
     packets[4] = new GetMessage(1);
     packets[8] = new AddFriend(0);
     packets[11] = new JoinGroupChat(7); // etc... not going to finish.
}

public void handlePacket(IncomingData data)
{
    int id = data.readByte() & 0xFF; //Secure value to 0-255.

    if (packet[id] == null)
        return; //Leave if packet is unhandled.

    packets[id].execute(data);
}

编辑因为我在 C++ 中使用了很多跳转表，所以现在我将展示一个 function 指针跳转表的示例。 这是一个非常通用的示例，但我确实运行了它并且它工作正常。 请记住，您必须将指针设置为 NULL，C++ 不会像 Java 那样自动执行此操作。

#include <iostream>

struct Packet
{
    void(*execute)() = NULL;
};

Packet incoming_packet[255];
uint8_t test_value = 0;

void A() 
{ 
    std::cout << "I'm the 1st test.\n";
}

void B() 
{ 
    std::cout << "I'm the 2nd test.\n";
}

void Empty() 
{ 

}

void Update()
{
    if (incoming_packet[test_value].execute == NULL)
        return;

    incoming_packet[test_value].execute();
}

void InitializePackets()
{
    incoming_packet[0].execute = A;
    incoming_packet[2].execute = B;
    incoming_packet[6].execute = A;
    incoming_packet[9].execute = Empty;
}

int main()
{
    InitializePackets();

    for (int i = 0; i < 512; ++i)
    {
        Update();
        ++test_value;
    }
    system("pause");
    return 0;
}

另外一点我想提出的是著名的分而治之。 所以我上面的 255 个数组想法可以减少到不超过 8 个 if 语句作为最坏的情况。

即但请记住，它会变得混乱且难以快速管理，而我的其他方法通常更好，但这适用于 arrays 无法解决的情况。 您必须弄清楚您的用例以及每种情况何时最有效。 就像如果您只有几项检查，您就不想使用这些方法中的任何一种。

If (Value >= 128)
{
   if (Value >= 192)
   {
        if (Value >= 224)
        {
             if (Value >= 240)
             {
                  if (Value >= 248)
                  {
                      if (Value >= 252)
                      {
                          if (Value >= 254)
                          {
                              if (value == 255)
                              {

                              } else {

                              }
                          }
                      }
                  }
             }      
        }
   }
}

Answer 5

在字节码级别，主题变量仅从运行时加载的结构化 class 文件中的 memory 地址加载到处理器寄存器中，这是在 switch 语句中； 而在 if 语句中，您的代码编译 DE 会生成不同的 jvm 指令，这需要将每个变量加载到寄存器中，尽管使用与前一个 if 语句中相同的变量。 如果您知道用汇编语言进行编码，那么这将是司空见惯的； 虽然 java 编译的 cox 不是字节码，也不是直接的机器码，但其条件概念仍然是一致的。 好吧，我在解释时试图避免更深层次的技术性。 我希望我已经使这个概念变得清晰和神秘。 谢谢你。