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条件执行的本质

发表于 更新于 分类于
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条件语句相信大家都很熟悉了，无非就是：

if(condition) {
    // code block
}

或者是 if/else if/else、三目运算符、switch 等等，但是，你是否了解条件执行的本质呢？让我们来剖析下吧。

程序最终都是一条条的指令，CPU有一个指令指示器，指向下一条要执行的指令，CPU根据指示器的指示加载指令并执行。指令大部分是具体的操作和运算，在执行这些操作时，执行完一个操作后，指令指示器会自动指向挨着的下一条指令。

但是有一些特殊的指令，称之为跳转指令，这些指令会修改指令指示器的值，让CPU跳转到一个指定的地方执行。

跳转的方式有两种：

  • 条件跳转；
  • 无条件跳转；

条件跳转会检查某个条件，满足则进行跳转，无条件跳转则是直接进行跳转。

if/else 实际上会转换为这些跳转指令。比如：

int a = 10;
if(a % 2 == 0) {
    log.info("Even");
}
// other codes

转换到的跳转指令可能是：

int a = 10;
条件跳转：如果 a%2==0，跳转到第4行
无条件跳转：跳转到第7行
{
    log.info("Even");
}
// other codes

你可能会奇怪其中的无条件跳转指令，没有它不行吗？

答案是不行，没有这条指令，不管什么条件，括号中的代码都会执行。

不过，对应的跳转指令也可能是：

int a = 10;
条件跳转：如果 a%2!=0，跳转到第6行
{
    log.info("Even");
}
// other codes

这个就没有无条件跳转指令，具体怎么对应和编译器实现有关。

在单一 if 的情况下可能不用无条件跳转指令，但稍微复杂一些的情况都需要。if, if/else, if/else if/else, 三元运算符都会转换为条件跳转和无条件跳转。但 switch 不太一样。

Switch 的转换和具体系统实现有关，如果分支比较少，可能会转换为跳转指令。但是如果分支比较多，使用条件跳转会进行很多次的比较运算，效率比较低，这个时候可能会使用一种更为高效的方式：跳转表。跳转表是一个映射表，存储了可能的值以及要跳转到的地址，形如：

值 地址
值1 代码块1的地址
值2 代码块2的地址
... ...
值n 代码块n的地址

为什么跳转表会更高效呢？

因为，跳转表中的值是整数，并且按照大小顺序排序。由于具有单调性，可以使用二分来查找。此外，如果值是连续的，跳转表还会进行特殊的优化，也就是优化成一个数组，查询的时间复杂度就是O(1)了，因为已经事先知道对应的索引值了。即使值不是连续的，但数字比较密集，差的不多，编译器也可能会优化为一个数组型的跳转表，没有的值指向default分支。

程序源代码中的case值排列不要求是排序的，编译器会自动排序。

switch值的类型可以是byte, short, int, char, 枚举和String，char 的本质也是整数，枚举也有对应的整数值对应，String值会使用hashcode来表示，也是整数。

为什么不可以使用long呢？

因为跳转表值的存储空间一般为32位，容纳不下long。

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