7.4 – Основы работы с оператором switch

Хотя несколько операторов if-else можно связать вместе, но это будет трудно читать и неэффективно. Рассмотрим следующую программу:

#include <iostream>
 
void printDigitName(int x)
{
    if (x == 1)
        std::cout << "One";
    else if (x == 2)
        std::cout << "Two";
    else if (x == 3)
        std::cout << "Three";
    else
        std::cout << "Unknown";
}
 
int main()
{
    printDigitName(2);
 
    return 0;
}

Хотя этот пример не слишком сложен, x вычисляется до трех раз (что неэффективно), и читатель должен быть уверен, что каждый раз вычисляется именно x (а не какая-то другая переменная).

Поскольку проверка переменной или выражения на равенство с набором различных значений является обычным явлением, C++ предоставляет альтернативный условный оператор, называемый оператором switch, который специализируется на этой задаче. Вот та же программа, что и выше, с использованием switch:

#include <iostream>
 
void printDigitName(int x)
{
    switch (x)
    {
        case 1:
            std::cout << "One";
            return;
        case 2:
            std::cout << "Two";
            return;
        case 3:
            std::cout << "Three";
            return;
        default:
            std::cout << "Unknown";
            return;
    }
}
 
int main()
{
    printDigitName(2);
 
    return 0;
}

Идея оператора switch проста: выражение (иногда называемое условием) вычисляется для получения значения. Если значение выражения равно значению после любой из меток case, выполняются инструкции после соответствующей метки case. Если не удается найти соответствующее значение, и метка default (по умолчанию) существует, выполняются инструкции после метки default.

По сравнению с исходным оператором if преимущество оператора switch заключается в том, что он вычисляет выражение только один раз (что делает его более эффективным), и оператор switch также дает читателю понять, что это одно и то же выражение проверяется на равенство в каждом случае.

Давайте рассмотрим каждую из этих концепций более подробно.

Начало switch

Оператор switch мы начинаем с ключевого слова switch, за которым следует условное выражение в скобках, которое мы хотели бы вычислить. Часто выражение – это всего лишь одна переменная, но это может быть любое допустимое выражение.

Единственное ограничение заключается в том, что условие должно вычисляться как целочисленный тип (если вам нужно напоминание, какие базовые типы считаются целочисленными типами, просмотрите урок «4.1 – Введение в основные типы данных»). Небазовые типы, которые можно преобразовать в int (например, перечисляемые типы и некоторые классы), также допустимы. Выражения, которые вычисляются как типы с плавающей запятой, строки и другие нецелочисленные типы, здесь не могут использоваться.

После условного выражения мы объявляем блок. Внутри блока мы используем метки для определения всех значений, которые мы хотим проверить на равенство. Есть два вида меток.

Метки case

Первый вид метки – это метка case, которая объявляется с использованием ключевого слова case, за которым следует константное выражение. Константное выражение должно либо соответствовать типу условного выражения, либо преобразовываться в этот тип.

Если значение условного выражения равно выражению после метки case, выполнение начинается с первой инструкции после этой метки case, а затем продолжается последовательно.

Вот пример условия, соответствующего метке case:

#include <iostream>
 
void printDigitName(int x)
{
    switch (x)        // x вычисляется для получения значения 2
    {
        case 1:
            std::cout << "One";
            return;
        case 2:       // что соответствует этому выражению case
            std::cout << "Two"; // поэтому выполнение начинается здесь
            return;   // и потом возвращаемся в вызывающую функцию
        case 3:
            std::cout << "Three";
            return;
        default:
            std::cout << "Unknown";
            return;
    }
}
 
int main()
{
    printDigitName(2);
 
    return 0;
}

Этот код печатает:

Two

В приведенной выше программе x вычисляется для получения значения 2. Поскольку имеется метка case со значением 2, выполнение переходит к инструкции под этой совпавшей меткой case. Программа выводит Two, а затем выполняется оператор return, который возвращает выполнение в вызывающую функцию.

Практического ограничения на количество меток case, которые вы можете иметь, не существует, но все метки case в switch должны быть уникальными. То есть так делать нельзя:

switch (x)
{
    case 54:
    case 54:  // ошибка: значение 54 уже использовано!
    case '6': // ошибка: '6' преобразуется в целое число 54, которое уже используется
}

Метка default

Второй вид меток – это метка default (часто называемая меткой по умолчанию), которая объявляется с использованием ключевого слова default. Если условное выражение не соответствует ни одной метке case, и метка default существует, выполнение начинается с первой инструкции после метки default.

Вот пример условия, соответствующего метке по умолчанию:

#include <iostream>
 
void printDigitName(int x)
{
    switch (x) // x вычисляется для получения значения 5
    {
        case 1:
            std::cout << "One";
            return;
        case 2:
            std::cout << "Two";
            return;
        case 3:
            std::cout << "Three";
            return;
        default:     // что не соответствует ни одной метке case
            std::cout << "Unknown"; // поэтому выполнение начинается здесь
            return; // и потом возвращаемся в вызывающую функцию
    }
}
 
int main()
{
    printDigitName(5);
 
    return 0;
}

Этот код печатает:

Unknown

Метка по умолчанию является необязательной, и для каждого оператора switch может быть только одна метка default. По соглашению метка по умолчанию помещается в блок switch последней.

Прекращение выполнения

В приведенных выше примерах мы использовали операторы return, чтобы остановить выполнение инструкций после наших меток. Однако это также приводит к выходу из всей функции.

Инструкция break (объявленная с помощью ключевого слова break) сообщает компилятору, что мы закончили выполнение инструкций внутри switch, и что выполнение должно продолжаться с инструкции после конца блока switch. Это позволяет нам выйти из оператора switch, не выходя из всей функции.

Вот немного измененный пример, переписанный с использованием break вместо return:

#include <iostream>
 
void printDigitName(int x)
{
    switch (x) // x вычисляется как 3
    {
        case 1:
            std::cout << "One";
            break;
        case 2:
            std::cout << "Two";
            break;
        case 3:
            std::cout << "Three"; // выполнение начинается здесь
            break;                // переходим в конец блока switch
        default:
            std::cout << "Unknown";
            break;
    }
 
    // выполнение продолжается здесь
    std::cout << " Ah-Ah-Ah!";
}
 
int main()
{
    printDigitName(3);
 
    return 0;
}

Приведенный выше пример напечатает:

Three Ah-Ah-Ah!

Итак, что произойдет, если вы не завершите набор инструкций под меткой с помощью break или return? Мы рассмотрим эту и другие темы в следующем уроке.

Теги