C＃switch语句限制-为什么？
编写switch语句时，在case语句中可以打开的内容似乎有两个限制。
例如(是的，我知道，如果我们正在做这种事情，那可能意味着面向对象(OO)架构是虚假的，这只是一个虚构的示例！)，
Type t = typeof(int);
switch (t) {
case typeof(int):
Console.WriteLine("int!");
break;
case typeof(string):
Console.WriteLine("string!");
break;
default:
Console.WriteLine("unknown!");
break;
}
在这里，switch()语句以"期望整数类型的值"失败，而case语句以"期望常数的值"失败。
为什么要设置这些限制？其基本依据是什么？我看不出为什么switch语句仅必须屈服于静态分析，以及为什么打开的值必须是整数(即原始)的任何原因。理由是什么？
解决方案
回答
这是我的原始帖子，引发了一些争论...因为它是错误的：
The switch statement is not the same thing as a big if-else statement. Each case must be unique and evaluated statically. The switch statement does a constant time branch regardless of how many cases you have. The if-else statement evaluates each condition until it finds one that is true.
实际上，Cswitch语句并不总是恒定时间分支。
在某些情况下，编译器将使用CIL switch语句，该语句实际上是使用跳转表的恒定时间分支。但是，在稀疏情况下，如Ivan Hamilton指出的，编译器可能会完全生成其他内容。
通过编写各种Cswitch语句(有些稀疏，有些密集)并使用ildasm.exe工具查看生成的CIL，实际上很容易验证。
回答
这不是原因，但是Cspecification部分8.7.2声明以下内容：
The governing type of a switch statement is established by the switch expression. If the type of the switch expression is sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, string, or an enum-type, then that is the governing type of the switch statement. Otherwise, exactly one user-defined implicit conversion (§6.4) must exist from the type of the switch expression to one of the following possible governing types: sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, string. If no such implicit conversion exists, or if more than one such implicit conversion exists, a compile-time error occurs.
C3.0规范位于：
http://download.microsoft.com/download/3/8/8/388e7205-bc10-4226-b2a8-75351c669b09/CSharp%20Language%20Specification.doc
回答
我想编译器无法将switch语句自动转换为以下内容没有根本原因：
if (t == typeof(int))
{
...
}
elseif (t == typeof(string))
{
...
}
...
但这并没有太大的收获。
关于整数类型的case语句使编译器可以进行许多优化：
- 没有重复(除非我们重复了大小写标签，编译器会检测到)。在示例中，由于继承，t可以匹配多种类型。应该执行第一个比赛吗？他们都是？
- 编译器可以选择通过跳转表在整数类型上实现switch语句，以避免所有比较。如果我们要打开一个具有0到100的整数值的枚举，那么它将创建一个包含100个指针的数组，每个switch语句一个。在运行时，它仅基于打开的整数值从数组中查找地址。与执行100次比较相比，这可以使运行时性能更好。
回答
根据switch语句文档，如果存在将对象隐式转换为整数类型的明确方法，则将允许该方法。我认为我们期望这样一种行为：对于每个case语句，它都将被if(t == typeof(int))取代，但是当我们使该运算符重载时，它将打开一堆蠕虫。如果我们错误地编写了==覆盖，则更改switch语句的实现详细信息时，该行为也会更改。通过减少对整数类型和字符串的比较以及可以简化为整数类型(并且打算这样做)的那些事物，它们避免了潜在的问题。
回答
杰夫·阿特伍德(Jeff Atwood)谈到这个话题时，switch语句是编程上的残暴行为。谨慎使用它们。
我们通常可以使用表来完成相同的任务。例如：
var table = new Dictionary<Type, string>()
{
{ typeof(int), "it's an int!" }
{ typeof(string), "it's a string!" }
};
Type someType = typeof(int);
Console.WriteLine(table[someType]);
回答
我几乎不了解C＃，但是我怀疑这两种切换只是在其他语言中发生时才采取的，而没有考虑使其更通用，或者开发人员认为扩展它是不值得的。
严格来说，我们是绝对正确的，没有理由对此施加任何限制。有人可能会怀疑，原因是对于允许的情况，实现非常有效(如Brian Ensink(44921)所建议)，但是我怀疑如果我使用整数和某些随机情况，实现是否非常有效(wrt if语句)。 (例如345，-4574和1234203)。在任何情况下，将其用于所有内容(或者至少更多内容)并说仅对特定情况(例如(几乎)连续数)有效，这有什么害处？
但是，我可以想象，由于诸如lomaxx(44918)给出的原因，可能要排除类型。
编辑：@Henk(44970)：如果最大程度地共享字符串，则内容相同的字符串也将指向相同的内存位置。然后，如果我们可以确保将用例中使用的字符串连续存储在内存中，则可以非常有效地实现切换(即执行顺序为2比较，加法和两次跳转)。
回答
wrote:
"The switch statement does a constant time branch regardless of how many cases you have."
由于该语言允许在switch语句中使用字符串类型，因此我假设编译器无法为该类型的恒定时间分支实现生成代码，并且需要生成if-then样式。
@mweerden啊，我明白了。谢谢。
我在Cand .NET方面没有很多经验，但是似乎语言设计者不允许在狭窄情况下静态访问类型系统。 typeof关键字返回一个对象，因此只能在运行时访问。
回答
我认为Henk用"绝对禁止访问类型系统"来钉牢它
另一个选择是没有顺序键入数字和字符串。因此，类型开关将无法构建二进制搜索树，而只能构建线性搜索。
回答
我同意这种意见，即使用表驱动方法通常更好。
在C1.0中，这是不可能的，因为它没有泛型和匿名委托。
Chave的新版本脚手架可以完成这项工作。使用对象文字表示法也有帮助。
回答
通常，由于语言设计师的缘故，这些限制已经到位。基本的理由可能是与languange历史的兼容性，理想情况或者简化编译器设计。
编译器可以(并且确实)选择：
- 创建一个大的if-else语句
- 使用MSIL切换指令(跳转表)
- 生成Generic.Dictionary <string，int32>，在首次使用时进行填充，然后调用Generic.Dictionary <> :: TryGetValue()获取索引以传递给MSIL切换指令(跳转表)
- 使用if-elses和MSIL" switch"跳转的组合
switch语句不是恒定时间分支。编译器可能会找到捷径(使用哈希桶等)，但是更复杂的情况将生成更复杂的MSIL代码，其中某些情况比其他情况更早分支出来。
为了处理String的情况，编译器将最终使用a.Equals(b)(可能还使用a.GetHashCode())(在某些时候)。我认为使用满足这些约束的任何对象对于编译器来说都是很简单的。
至于对静态case表达式的需求...如果case表达式不是确定性的，那么其中的一些优化(哈希，缓存等)将不可用。但是我们已经看到，有时编译器还是会选择简单的if-else-if-else之路...
编辑：lomaxx我们对" typeof"运算符的理解不正确。 " typeof"运算符用于获取类型的System.Type对象(与它的超类型或者接口无关)。检查具有给定类型的对象的运行时兼容性是" is"操作员的工作。在此使用" typeof"表示对象是不相关的。
回答
顺便说一句，具有相同基础架构的VB允许使用更灵活的" Select Case"语句(上述代码将在VB中运行)，并且在可能的情况下仍会生成有效的代码，因此必须谨慎考虑基于技术约束的参数。
回答
我想到的第一个原因是历史原因：
由于大多数C，C ++和Java程序员都不习惯拥有这种自由，因此他们并不需要这些自由。
另一个更有效的原因是语言的复杂性将会增加：
首先，应该将对象与.Equals()还是与==运算符进行比较？两者在某些情况下均有效。我们应该引入新的语法来做到这一点吗？我们应该允许程序员介绍他们自己的比较方法吗？
另外，允许打开对象会破坏有关switch语句的基本假设。有两个规则控制switch语句，如果允许打开对象，则编译器将无法执行该语句(请参阅Cversion 3.0语言规范，8.7.2)：
- 开关标签的值是恒定的
- 开关标签的值是不同的(因此，对于给定的开关表达式，只能选择一个开关块)
在假设情况下允许使用非恒定大小写值的情况下，请考虑以下代码示例：
void DoIt()
{
String foo = "bar";
Switch(foo, foo);
}
void Switch(String val1, String val2)
{
switch ("bar")
{
// The compiler will not know that val1 and val2 are not distinct
case val1:
// Is this case block selected?
break;
case val2:
// Or this one?
break;
case "bar":
// Or perhaps this one?
break;
}
}
该代码将做什么？如果案例陈述被重新排序怎么办？确实，Cmade switch掉线非法的原因之一是可以任意重新排列switch语句。
这些规则之所以到位，是因为程序员可以通过查看一个案例块来确定输入该块的确切条件。当前面提到的switch语句增长到100行或者更多(并且将会)时，这样的知识是非常宝贵的。
回答
重要的是不要将Cswitch语句与CIL switch指令混淆。
CIL开关是一个跳转表，它需要一个指向一组跳转地址的索引。
这仅在Cswitch的案例相邻时才有用：
case 3: blah; break; case 4: blah; break; case 5: blah; break;
但是如果没有的话就没什么用了：
case 10: blah; break; case 200: blah; break; case 3000: blah; break;
(我们需要一个约3000个条目的表，仅使用3个插槽)
使用不相邻的表达式，编译器可能会开始执行线性if-else-if-else检查。
对于较大的不相邻的表达式集，编译器可以从二叉树搜索开始，最后是if-else-if-else最后几项。
使用包含大量相邻项的表达式集，编译器可以进行二叉树搜索，最后是CIL开关。
它充满了" mays"和" mights"，并且取决于编译器(可能与Mono或者Rotor不同)。
我使用相邻的案例在计算机上复制了结果：
total time to execute a 10 way switch, 10000 iterations (ms) : 25.1383 approximate time per 10 way switch (ms) : 0.00251383 total time to execute a 50 way switch, 10000 iterations (ms) : 26.593 approximate time per 50 way switch (ms) : 0.0026593 total time to execute a 5000 way switch, 10000 iterations (ms) : 23.7094 approximate time per 5000 way switch (ms) : 0.00237094 total time to execute a 50000 way switch, 10000 iterations (ms) : 20.0933 approximate time per 50000 way switch (ms) : 0.00200933
然后，我也使用了非相邻的case表达式：
total time to execute a 10 way switch, 10000 iterations (ms) : 19.6189 approximate time per 10 way switch (ms) : 0.00196189 total time to execute a 500 way switch, 10000 iterations (ms) : 19.1664 approximate time per 500 way switch (ms) : 0.00191664 total time to execute a 5000 way switch, 10000 iterations (ms) : 19.5871 approximate time per 5000 way switch (ms) : 0.00195871 A non-adjacent 50,000 case switch statement would not compile. "An expression is too long or complex to compile near 'ConsoleApplication1.Program.Main(string[])'
有趣的是，二叉树搜索的速度比CIL切换指令的显示速度快一些(可能不是统计上的)。
Brian，我们使用过"常数"一词，从计算复杂性理论的角度来看，它具有非常明确的含义。简单的相邻整数示例可能会产生被认为是O(1)(常数)的CIL，而稀疏示例是O(log n)(对数)，聚类示例位于两者之间，而小示例是O(n)(线性)。
这甚至不能解决String的情况，在这种情况下，可能会创建静态Generic.Dictionary <string，int32>，并且在首次使用时会遭受一定的开销。这里的性能将取决于" Generic.Dictionary"的性能。
如果检查"语言规范"(不是CIL规范)
我们会发现" 15.7.2 switch语句"没有提到"恒定时间"，或者底层实现甚至使用了CIL switch指令(要非常小心地假设这些事情)。
归根结底，在现代系统上针对整数表达式的Cswitch是亚微秒级的操作，通常不值得担心。
当然，这些时间取决于机器和条件。我不会注意这些时序测试，正在谈论的微秒持续时间与正在运行的任何实际代码(我们必须包括一些实际代码，否则编译器会优化分支)相形见or，或者使系统抖动。我的答案基于使用IL DASM来检查由Ccompiler创建的CIL。当然，这不是最终的，因为JIT随后会创建CPU运行的实际指令。
我已经检查了x86机器上实际执行的最终CPU指令，并可以确认一个简单的相邻set开关执行以下操作：
jmp ds:300025F0[eax*4]
在二叉树搜索中满是：
cmp ebx, 79Eh jg 3000352B cmp ebx, 654h jg 300032BB … cmp ebx, 0F82h jz 30005EEE
回答
I don't see any reason why the switch statement has to succomb to static analysis only
没错，这不是必须的，实际上许多语言都使用动态switch语句。但是，这意味着对" case"子句进行重新排序可以更改代码的行为。
在此处的" switch"设计决策背后有一些有趣的信息：为什么Cswitch语句被设计为不允许失败，但仍需要中断？
允许动态的大小写表达式会导致诸如以下PHP代码之类的怪异现象：
switch (true) {
case a == 5:
...
break;
case b == 10:
...
break;
}
坦率地说，应该只使用if-else语句。
回答
犹大的上述回答给了我一个主意。我们可以使用Dictionary <Type，Func <T>来"伪造" OP的切换行为：
Dictionary<Type, Func<object, string, string>> typeTable = new Dictionary<Type, Func<object, string, string>>();
typeTable.Add(typeof(int), (o, s) =>
{
return string.Format("{0}: {1}", s, o.ToString());
});
这使我们可以将行为与具有与switch语句相同样式的类型相关联。我相信，当编译为IL时，它具有被键控而不是开关式跳转表的额外好处。
