Switch语句
先前讲了分支结构的if else形式，除此之外还有一种分支结构：switch
此次就来以反汇编的角度研究switch语句，并与if else进行比较
Switch语句的使用
有关Switch语句在vc++6.0中生成的反汇编可分为4种情况，这4种情况的区分在于case的不同
case数量<=3
代码
#include "stdafx.h"
void MySwitch(int x){
switch(x) {
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
case 3:
printf("num is 3\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
MySwitch(2);
return 0;
}switch（表达式)中，表达式应该为整数类型：char short int long，其它类型诸如：float、double等类型均不可以
switch搭配case使用，case里如果没有添加break语句则会继续向下执行下面的case
default语句可以没有，如果所有case都不匹配会默认执行default语句
上面的代码为，判断参数是否为1或2或3，如果是则输出对应语句
运行结果
能够正确判断出所给参数为2
反汇编代码
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE cmp dword ptr [ebp-4],1
0040D7B2 je MySwitch+32h (0040d7c2)
0040D7B4 cmp dword ptr [ebp-4],2
0040D7B8 je MySwitch+41h (0040d7d1)
0040D7BA cmp dword ptr [ebp-4],3
0040D7BE je MySwitch+50h (0040d7e0)
0040D7C0 jmp MySwitch+5Fh (0040d7ef)
11: case 1:
12: printf("num is 1\n");
0040D7C2 push offset string "num is 1\n" (00422fc4)
0040D7C7 call printf (00401060)
0040D7CC add esp,4
13: break;
0040D7CF jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)
14: case 2:
15: printf("num is 2\n");
0040D7D1 push offset string "num is 2\n" (00422fb8)
0040D7D6 call printf (00401060)
0040D7DB add esp,4
16: break;
0040D7DE jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)
17: case 3:
18: printf("num is 3\n");
0040D7E0 push offset string "num is 3\n" (00422fac)
0040D7E5 call printf (00401060)
0040D7EA add esp,4
19: break;
0040D7ED jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)
20: default:
21: printf("no cases match\n");
0040D7EF push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D7F4 call printf (00401060)
0040D7F9 add esp,4
22: break;
23: }
24: }反汇编分析
1.反汇编代码为将参数x的值赋给eax
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]2.将eax的值放入堆栈中
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax3.将前面放入堆栈中的eax拿出来和第1个case中的条件进行比较（也就是比较参数x和case）
0040D7AE cmp dword ptr [ebp-4],14.判断是否要跳转，je：jump equal，前面比较的两个数相同则跳转，跳转的地址为case 1对应的地址
0040D7B2 je MySwitch+32h (0040d7c2)5.如果没有跳转则继续将参数和第2个case中的条件进行比较
0040D7B4 cmp dword ptr [ebp-4],26.依旧是根据比较的结果判断是否要跳转，跳转的地址为case 2对应的地址
0040D7B8 je MySwitch+41h (0040d7d1)7.如果没有跳转则继续将参数和第3个case中的条件进行比较
0040D7BA cmp dword ptr [ebp-4],38.依旧是根据比较的结果判断是否要跳转，跳转的地址为case 3对应的地址
0040D7BE je MySwitch+50h (0040d7e0)9.如果没有跳转则绝对跳转到default：
0040D7C0 jmp MySwitch+5Fh (0040d7ef)default：
20: default:
21: printf("no cases match\n");
0040D7EF push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D7F4 call printf (00401060)
0040D7F9 add esp,4
22: break;下面的内容就是 case 1，case 2，case 3了
可以注意到，case里面的break都对应为跳出switch，而default里的break因为下面就已经是退出switch所以没有生成对应的汇编代码
case1里的break
13: break;
0040D7CF jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)case2里的break
16: break;
0040D7DE jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)case3里的break
19: break;
0040D7ED jmp MySwitch+6Ch (0040d7fc)小总结
通过上面的分析，发现此时（switch 中的case数量≤3时）的反汇编代码和if else并无本质上的区别，都是要依次比较判断条件
此时的流程图为：
前面的switch case中 case的数量只有3个，看起来和if else并无太大区别，接下来看看当case数量大于3时的情况
case数量>3且有序连续
代码
void MySwitch(int x){
switch(x) {
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
case 3:
printf("num is 3\n");
break;
case 4:
printf("num is 4\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}
}代码并没有太大的改动,只是简单得为上面的代码再添加一个case 4的情形即可，运行结果自然没有变化，也就不再贴出
反汇编代码
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],3
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d803)
0040D7BD mov edx,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 jmp dword ptr [edx*4+40D821h]
11: case 1:
12: printf("num is 1\n");
0040D7C7 push offset string "num is 1\n" (00422fd0)
0040D7CC call printf (00401060)
0040D7D1 add esp,4
13: break;
0040D7D4 jmp $L539+1Ch (0040d810)
14: case 2:
15: printf("num is 2\n");
0040D7D6 push offset string "num is 2\n" (00422fc4)
0040D7DB call printf (00401060)
0040D7E0 add esp,4
16: break;
0040D7E3 jmp $L539+1Ch (0040d810)
17: case 3:
18: printf("num is 3\n");
0040D7E5 push offset string "num is 3\n" (00422fb8)
0040D7EA call printf (00401060)
0040D7EF add esp,4
19: break;
0040D7F2 jmp $L539+1Ch (0040d810)
20: case 4:
21: printf("num is 4\n");
0040D7F4 push offset string "num is 4\n" (00422fac)
0040D7F9 call printf (00401060)
0040D7FE add esp,4
22: break;
0040D801 jmp $L539+1Ch (0040d810)
23: default:
24: printf("no cases match\n");
0040D803 push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D808 call printf (00401060)
0040D80D add esp,4
25: break;
26: }
27: }很明显地观察到先前开头的一串比较语句不见了，接下来开始分析
反汇编分析
1.头两条语句和先前没有什么不同，都是将参数x赋值给eax，然后将eax保存到堆栈中；总得来看就是把参数先保存到堆栈里
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax2.第三条语句就开始和之前不同了，这里是将前面保存到堆栈里的参数x再赋值给ecx
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]3.这里将ecx减少1
为什么要减1？是为了后面的比较，后面会说明
为什么减的是1？要注意到这里减的1实则是case中的最小值，在此次案例中就是min{1,2,3,4}=1
0040D7B1 sub ecx,14.将前面的ecx，也就是参数x-1的值覆盖前面保存的参数
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx5.将参数x-1的值和3进行比较
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],36.ja指令：jump above，大于时跳转（无符号），也就是比较参数x-1和3（case中的最大差值），最大差值就是最大值减最小值，此案例中就是4-1=3
如果x-1>3则跳转，如果前面参数没有减1的话，就变成了直接判断x>3，如果此时x=4也会产生跳转，不符合程序的逻辑（原本x=4应该对应跳转到case 4）
注意到这里采用的是无符号比较，而不采用有符号比较指令jg：jump greater，大于时跳转（有符号），为什么？
这里的比较代码其实就是判断参数是否在（case中的最小值，case中的最大值）这个区间内
当参数小于case中的最小值时，前面的sub ecx,case中的最小值就后就会产生下溢，此时将其看作无符号数就会相当大，一定会大于case中的最大差值，举个简单的例子，假如此时的参数为0，0-1 = -1对应的是十六进制为FFFF FFFF，将其看作无符号数就是4294967295
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d803)跳转的地址为：0040d803，对应为default的地址
23: default:
24: printf("no cases match\n");
0040D803 push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D808 call printf (00401060)
0040D80D add esp,4
25: break;7.如果前面没有跳转，这里则又将前面保存的参数-1的值取了出来，并赋值给edx
0040D7BD mov edx,dword ptr [ebp-4]8.这条语句就是拉开与if else性能的关键，绝对跳转语句
0040D7C0 jmp dword ptr [edx*4+40D821h]先不看语句中的edx*4，先看看40D821h里存储的内容是什么
可以观察到从这个地址开始，依次存储了四个地址：
可以将这里的40D821h看作一个表的首地址，这个表中存储了各个case对应的地址，并且每个地址之前的间距为4
现在结合前面的edx*4就不难判断出这里是通过jmp [存储case地址表的首地址+偏移×4]来跳转到对应的case，因此也减少了cmp的比较次数，提高了效率；这里就要说明前面将参数减1的真正原因了，当x为1时对应的case1首地址的偏移为0，所以需要让edx=x-1=0才能准确跳转到对应的位置，所以将参数减1是为了配合偏移寻址
剩下对应case的代码和上面并没有什么区别，就不再赘述
小总结
通过上面的分析，发现此时（switch 中的case数量>3时）的反汇编代码和if else的差别就体现出来了
有一点要重点强调的是这里关于switch中case数量>3中的这个3只针对当前使用的vc++6.0编译器，不同的编译器对于switch产生的汇编指令可能不大相同，但到达一定条件后一般都会采用到case地址表首地址+偏移的方法
此时是将参数的值减case中的最小值，然后判断这个减完的数值是否大于case中的最大差值
如果大于则直接跳转到default
如果小于或等于则通过jmp [存储case地址表的首地址+偏移×4]的方式直接跳转到对应case的地址，而不再像if else中那样依次比较来判断是否要跳转
此时的流程图为：
case数量>3且无序连续
前面的代码中，case是按照1、2、3、4有序下来的，如果将1、2、3、4改为2、3、4、1或其他连续但顺序不同的情况时会如何？
下面以2、3、4、1为例进行分析
代码
switch(x) {
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
case 3:
printf("num is 3\n");
break;
case 4:
printf("num is 4\n");
break;
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}简单地调换了一下case语句的顺序，观察其反汇编
反汇编代码
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],3
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d803)
0040D7BD mov edx,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 jmp dword ptr [edx*4+40D821h]
11: case 2:
12: printf("num is 2\n");
0040D7C7 push offset string "num is 1\n" (00422fd0)
0040D7CC call printf (00401060)
0040D7D1 add esp,4
13: break;
0040D7D4 jmp $L539+1Ch (0040d810)
14: case 3:
15: printf("num is 3\n");
0040D7D6 push offset string "num is 2\n" (00422fc4)
0040D7DB call printf (00401060)
0040D7E0 add esp,4
16: break;
0040D7E3 jmp $L539+1Ch (0040d810)
17: case 4:
18: printf("num is 4\n");
0040D7E5 push offset string "num is 3\n" (00422fb8)
0040D7EA call printf (00401060)
0040D7EF add esp,4
19: break;
0040D7F2 jmp $L539+1Ch (0040d810)
20: case 1:
21: printf("num is 1\n");
0040D7F4 push offset string "num is 271\n" (00422fac)
0040D7F9 call printf (00401060)
0040D7FE add esp,4
22: break;
0040D801 jmp $L539+1Ch (0040d810)
23: default:
24: printf("no cases match\n");
0040D803 push offset string "no cases match\n" (0042201c)
0040D808 call printf (00401060)
0040D80D add esp,4
25: break;
26: }
27: }反汇编分析
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],3
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d803)
0040D7BD mov edx,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 jmp dword ptr [edx*4+40D821h]将这里的反汇编代码与先前的反汇编代码进行对比，发现并没有差别，也就是说当case连续时顺序并不影响其反汇编代码的生成结果
case数量>3但有序不连续
因为前面的案例中case的特点为都为连续（都是从1到4）中间没有间隔其它数字，现在来个讲讲不连续的例子
这里将原本的1～4改为1～10，并且在中间跳过一个case 5，使其不连续
注意此时只跳过了一个case，属于跳过数较少的情况
代码
switch(x) {
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
case 3:
printf("num is 3\n");
break;
case 4:
printf("num is 4\n");
break;
//这里少了case 5
case 6:
printf("num is 6\n");
break;
case 7:
printf("num is 7\n");
break;
case 8:
printf("num is 8\n");
break;
case 9:
printf("num is 9\n");
break;
case 10:
printf("num is 10\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}反汇编代码
因为后面case的代码和之前并无不同，所以这里只给出了前面的关键语句
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],9
0040D7BB ja $L549+0Fh (0040d855)
0040D7C1 mov edx,dword ptr [ebp-4]
0040D7C4 jmp dword ptr [edx*4+40D873h]
省略了中间的case的代码
0040D853 jmp $L549+1Ch (0040d862)
38: default:
39: printf("no cases match\n");
0040D855 push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D85A call printf (00401060)
0040D85F add esp,4
40: break;
41: }
42: }反汇编分析
可以看到此时的代码依旧符合先前的小总结，但是这里就有了个问题，在case地址表中对应的空缺的case 5里存储的是什么?
这里的case地址表首地址为40D873h
0040D7C4 jmp dword ptr [edx*4+40D873h]查看40D873h中存储的内容：
可以看到从地址表开始连续存储了10个case对应的地址，和代码中的case数相匹配
按顺序找下来，查看对应case 5的地址存储的是什么：
对应的地址为40D873+4(5-1)=40D883，这里的计算是根据上面的edx\4+40D873h所得
0040D883这个地址里存储的数据是0040D855
而0040D855这个地址对应的则是default的地址
38: default:
39: printf("no cases match\n");
0040D855 push offset string "Hello World!\n" (0042201c)小总结
当case有序，但中间跳过了较少的case情况时，依旧会按照前面有序连续的模式进行处理，只不过期间会浪费缺少的case的空间，这些被浪费的空间会被default的地址填充，即被跳过的case在case地址表中的地址会被设置为default的地址
代码二
前面的例子是只跳过了一个case的情况，于是也只浪费了一个case的空间，那么当跳过了很多case的情况下，也就意味着会浪费很多的空间，但是实际上，编译器并没有那么愚蠢，当跳过的case超过了一定限度，或者说是浪费的空间到达一定的限度后，就会采取另一种方式生成对应的反汇编代码
修改前面的代码，跳过3、4、5、6、7、8，共6个case
switch(x) {
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
//这里跳过了3、4、5、6、7、8,共6个case
case 9:
printf("num is 9\n");
break;
case 10:
printf("num is 10\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}反汇编代码二
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],9
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d80b)
0040D7BD mov eax,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 xor edx,edx
0040D7C2 mov dl,byte ptr (0040d83d)[eax]
0040D7C8 jmp dword ptr [edx*4+40D829h]
省略了中间case的代码
27: printf("no cases match\n");
0040D80B push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D810 call printf (00401060)
0040D815 add esp,4
28: break;
29: }
30: }反汇编分析二
前面的反汇编代码与先前一致，不同之处在于判断完参数x是否在（case中的最小值，case中的最大值）这个区间内后
0040D7BD mov eax,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 xor edx,edx
0040D7C2 mov dl,byte ptr (0040d83d)[eax]
0040D7C8 jmp dword ptr [edx*4+40D829h]1.首先是将先前参数x-1的值赋值给eax
0040D7BD mov eax,dword ptr [ebp-4]2.然后是将edx清零
0040D7C0 xor edx,edx3.接下来这句就比较关键了，是将0040d83d+eax对应地址里的内容取出byte赋值给dl
0040D7C2 mov dl,byte ptr (0040d83d)[eax]这里的语句貌似不符合汇编代码的规范，实际上是VC6的编译器为了方便我们查看所生成的
实际的代码对应为：
mov dl,byte ptr ds:[eax+0040d83d]这个形式是不是似曾相识，都是一个地址+偏移来取得数据
这里就要引入第二个表的概念了，先前的那个表是用来存储所有case所对应的地址的，可以将其称之为大表
这里的第二个表可以将其称为小表，来查看小表中存储的数据：
因为前面对应的代码为mov dl,byte ptr … 所以这里的每项的长度为byte：8字节对应2个十六进制数，在图中就是对应每一小格
可以观察到图中共有10格是有数值的（不为CC），正好对应case的1～10
并且可以观察到从第三格开始一直到第八格存储的数字都是04（对应了跳过的case）
看到这里想必就明白了这个表的作用：存储每个case对应的偏移，每个偏移的宽度为byte，也就是最大为FF
4.这里和先前一样，通过存储case地址表的首地址+偏移×4（查询大表）来跳转到对应的case地址，不同之处在于偏移是从小表中取出的
0040D7C8 jmp dword ptr [edx*4+40D829h]此时再观察大表中的内容：
可以发现大表中只存储了5个地址：
并且会发现，大表（case地址表）之后紧跟着的就是小表（偏移表）
小总结二
当case有序，但中间跳过了较多的case时，就会再使用一个小表（偏移表）来存储偏移以达到节省空间的目的，（每个偏移只占1个字节，但如果直接存储地址的话则要占用4个字节）
此时的流程图为：
case数量>3但无序不连续
前面的代码中是按照1、2、9、10有序地下来，将顺序打乱后再观察：
代码
switch(x) {
case 9:
printf("num is 9\n");
break;
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 10:
printf("num is 10\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}反汇编代码
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],9
0040D7BB ja $L539+0Fh (0040d80b)
0040D7BD mov eax,dword ptr [ebp-4]
0040D7C0 xor edx,edx
0040D7C2 mov dl,byte ptr (0040d83d)[eax]
0040D7C8 jmp dword ptr [edx*4+40D829h]
省略了中间case的代码
24: default:
25: printf("no cases match\n");
0040D80B push offset string "Hello World!\n" (0042201c)
0040D810 call printf (00401060)
0040D815 add esp,4
26: break;
27: }
28: }反汇编分析
可以看到，和先前有序的代码并无差别，也就是说当case不连续时顺序也并不影响其反汇编代码的生成结果
代码二
前面会注意到偏移表中最大取值为FF，也就是说最大偏移至多不能超过FF，同时也表明case中的最大差值不能超过FF
那么当最大差值为FF时反汇编代码又会如何？
修改原本case中的最大值10为256，使其最大差值正好为255，对应十六进制为FF
switch(x) {
case 9:
printf("num is 9\n");
break;
case 1:
printf("num is 1\n");
break;
case 256:
printf("num is 256\n");
break;
case 2:
printf("num is 2\n");
break;
default:
printf("no cases match\n");
break;
}反汇编代码二
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE cmp dword ptr [ebp-4],9
0040D7B2 jg MySwitch+38h (0040d7c8)
0040D7B4 cmp dword ptr [ebp-4],9
0040D7B8 je MySwitch+43h (0040d7d3)
0040D7BA cmp dword ptr [ebp-4],1
0040D7BE je MySwitch+52h (0040d7e2)
0040D7C0 cmp dword ptr [ebp-4],2
0040D7C4 je MySwitch+70h (0040d800)
0040D7C6 jmp MySwitch+7Fh (0040d80f)
0040D7C8 cmp dword ptr [ebp-4],100h
0040D7CF je MySwitch+61h (0040d7f1)
0040D7D1 jmp MySwitch+7Fh (0040d80f)反汇编分析二
这里不难看出，此时的情形和case数量<=3的情况一样，都是采用了多次判断跳转，和if else本质并无差别
反汇编对比
如果将前面的case 256改为case 255，则反汇编代码又为：
10: switch(x) {
0040D7A8 mov eax,dword ptr [ebp+8]
0040D7AB mov dword ptr [ebp-4],eax
0040D7AE mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0040D7B1 sub ecx,1
0040D7B4 mov dword ptr [ebp-4],ecx
0040D7B7 cmp dword ptr [ebp-4],0FEh
0040D7BE ja $L539+0Fh (0040d80e)
0040D7C0 mov eax,dword ptr [ebp-4]
0040D7C3 xor edx,edx
0040D7C5 mov dl,byte ptr (0040d840)[eax]
0040D7CB jmp dword ptr [edx*4+40D82Ch]小总结
当case不连续时顺序也并不影响其反汇编代码的生成结果
当case中的最大差值大于等于FF时，汇编会转变为采用了多次判断跳转的方式，变得和if else没有实质性区别
总结
可以看到，虽然switch分的情况不少，但其反汇编的结果只有3种，无非是：
- 采用多个比较和jcc跳转指令
- 采用case地址表,直接通过该表首地址+偏移跳转到对应的地址
- 采用case地址表的同时,也使用偏移表,两表共同作用来找到地址
汇总反汇编流程图
采用多个比较和jcc跳转指令
采用case地址表
采用case地址表和偏移表
比较if else和switch case
通过前面的分析可以得出结论：
当switch语句中的case数量≤3或case中的最大数值和最小数值相差≥6时，两种语句的效率几乎相同
其它情况下一般为switch语句的效率更高
当switch语句有序且连续且case数量>3时，其运行的效率最高，也解释了开发过程中为什么要使用连续的case
