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arm64汇编篇-12Switch底层运行原理

arm64汇编篇-12Switch底层运行原理

作者: ClementGu | 来源:发表于2018-06-04 14:34 被阅读169次

switch特性介绍

1、假设switch语句的分支比较少的时候(例如3,少于4的时候没有意义)没有必要使用此结构,相当于if。
2、各个分支常量的差值较大的时候,编译器会在效率还是内存进行取舍,这个时候编译器还是会编译成类似于if,else的结构。
3、在分支比较多的时候:在编译的时候会生成一个表(跳转表每个地址四个字节)。

switch汇编代码案例

三个及以下case

1.创建工程在main函数页面写下如下代码:

void funA(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("向上");
            break;
        case 2:
            printf("向下");
            break;
        case 3:
            printf("向左");
            break;
        default:
            printf("原地不动");
            break;
    }
}
2.Debug -> Debug Overflow -> Always show Disassembly 调成编译断点模式在方法处打断点,真机运行查看汇编代码。 switch 3个case汇编代码

3.上图基本流程如下(省略系统正常操作):

1.将参数a-1判断a和1是否相等
2.相等则执行case代码
3.不相等则将参数 a - 2再判断 a 和 2是否相等
4.根据case递增判断知道Default 结束

注:这和if else判断相似一个一个比较,是最基本的方法。

四个case

1.输入以下代码

void funA(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("向上");
            break;
        case 2:
            printf("向下");
            break;
        case 3:
            printf("向左");
            break;
        case 4:
            printf("向右");
            break;
        default:
            printf("原地不动");
            break;
    }
}

2.编译真机运行获得如下结果:

switch4选项以上

3.如上图解析:

1.先将参数减一和减四(4位case的数量)。
2.先判断是否为Default选项(上面减四就是为了判断是否为Default的情况)。
3.在物理地址部分建立内存表并且将case按顺序放进内存表中
4.获取内存地址,然后根据参数减一后偏移2个单位,查询case在表中的具体地址准确找到对应的地址内存并且将值赋给寄存器。
5.根据获得的地址跳转指定的case直接找到目标执行。

注:内存地址的偏移是从0开始,所以参数需要减一来适应index。

4.神奇的内存计算,下面附上内存计算过程的图片,因为重新执行程序左边的内存地址会有差异但是pc执行代码是一样的:


内存地址计算

汇编指令的用法见https://www.jianshu.com/p/583709763fa5

1.首先获取物理内存地址为0x1040ce8a8
2.根据参数传的是3,然后减一得2(10)偏移两个单位即1000为8位得到BC FF FF FF内存地址是从右往左读的
3.将获得的物理地址0x1040ce8a8加上计算得出的偏移地址后就等到了跳转执行地址(即在内存表格中确定具体内存位置)。
4.直接跳转执行。

注:计算方法为将物理地址0x1040ce8a8 + 0xffffffffbc = 0x1040ce8a8 - 0x44(取反加1 补码 详见补码) = 0x1040ce864 计算结果跟上图打印结果完全一致是不是很神奇?

分部差异大的例子

1.输入以下代码

void funA(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("向上");
            break;
        case 200:
            printf("向下");
            break;
        case 3000:
            printf("向左");
            break;
        case 178:
            printf("向右");
            break;
        default:
            printf("原地不动");
            break;
    }
}

2.编译真机运行获得如下结果:


跳跃性switch

3.解析:
当case的判断条件跳跃性太大,编译器就会变为if判断一样采用一一比较的方式进行判断效率是不高的。

所以在写switch语句的时候尽量要将其判断的case连续起来这样即减少运行时间又节省系统内存

差异小的部分

这边简单介绍下,差异小的部分编译器会根据系统内存和时间之间取舍,比如4个case差值在8之间会建八个元素的表,刚才4个内存位,现在就是8个内存位,case以外的间隔默认为Default。具体的时间空间问题是编译器决定的。

总结

  • Switch在case连续的且大于等于4个的情况向下采用建表查询的方式,效率是大于if else语句的。
  • 小于3个case和case语句不规律差异较大建表需要耗费很大内存的情况下是相当于if else语句的。
  • 编译器是根据时间和空间的消耗来决定那种方式效率更高,所以在Switch写判断条件的时候最好做到连续紧密,可以最大限度的节省时间和内存。

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