C++ 反汇编之关于Switch语句的优化措施

流程控制语句是C语言中最基本的判断语句，通常我们可以使用IF来构建多分支结构，但同样可以使用Switch语句构建，Switch语句针对多分支的优化措施有4种形式，分别是，IF-ELSE优化，有序线性优化，非线性索引优化，平衡判定树优化。

与IF语句结构不同，IF语句会在条件跳转后紧跟语句块，而SWITCH结构则将所有条件跳转都放置在一起，判断时需要重点观察每个条件跳转指令后面是否跟有语句块，以辨别SWITCH分支结构。

在switch分支数小于4的情况下，编译器将采用模拟IF-ELSE分支的方式构建SWITCH结构，这样则无法发挥出SWITCH语句的优势，当分支数大于3并且case的判断值存在明显线性关系时，Switch语句的优化特性才可以凸显出来。

有序线性优化: 该优化方式将每个case语句块的地址预先保存在数组中，并依据此数组查询case语句块对应的首地址。

首先代码生成时会为case语句制作一个case地址表数组，数组中保存每个ease语句块的首地址，并且下标以0开头，在进入switch后先进行一次比较，检查输入的数值是否大于case值的最大值，

为了达到线性有序，对于没有case对应的数值，编译器以switch的结束地址或者default语句块的首地址填充对应的表格项。

case线性地址表是一个有序表。

当switch为一个有序线性组合时，会对其case语句块制作地址表，以减少比较跳转次数。

在编写代码时，我们无需自己排列case序列，编译器编译时会自动进行排序优化，先来编写一个简单的代码：

int main(int argc, char *argv[])
{
	int index = 0;

	scanf("%d", &index);
	switch (index)
	{
	case 1:
		printf("index 1"); break;
	case 2:
		printf("index 2"); break;
	case 3:
		printf("index 3"); break;
	case 6:
		printf("index 6"); break;
	case 7:
		printf("index 7"); break;
	default:
		printf("default"); break;
	}
	return 0;
}

代码经过反汇编后，我们可以注意到，首先用户通过scanf输入所需要执行的分支，因为分支语句下标从0开始，所以需要dec eax减去1，在进入switch语句之前，判断输入的下标是否高于6，如果高于则直接跳出switch，否则执行ds:[eax*4+0x401348]寻址。

004012B4 | FF15 B8304000            | call dword ptr ds:[<&scanf>]              |
004012BA | 8B45 FC                  | mov eax,dword ptr ss:[ebp-4]              |
004012BD | 83C4 08                  | add esp,8                                 |
004012C0 | 48                       | dec eax                                   | Switch语句获取比例因子,需要减1
004012C1 | 83F8 06                  | cmp eax,6                                 | 首先对比输入数据是否大于6
004012C4 | 77 6B                    | ja consoleapplication.401331              | 大于则说明Switch分支无对应结构 (则直接跳转到结束)
004012C6 | FF2485 48134000          | jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401348]         | 跳转到指定代码段

地址0x401348对应的就是每一个分支的首地址，跳转后即可看到分支。

非线性索引优化: 如果两个case值间隔较大，仍然使用switch的结尾地址或default地址代替地址表中缺少的case地址，这样则会造成极大的空间浪费。

非线性的switch结构，可采用制作索引表的方式进行优化，索引表有两张，1.case语句块地址表，2.case语句块索引表。

地址表中每一项保存一个case语句块首地址，有几个case语句块或default语句块，就保存几项，结束地址在地址表中指挥保存一份。

索引表中保存了地址表中的下标值，索引表最多可容纳256项，每项1字节，所以case值不可超过1字节，索引表也只能存储256项索引编号。

在执行时需要通过索引表来查询地址表，会多出一次查表的过程，因此效率上会有所下降。

004012B4 | FF15 B8304000            | call dword ptr ds:[<&scanf>]              |
004012BA | 8B45 FC                  | mov eax,dword ptr ss:[ebp-4]              |
004012BD | 83C4 08                  | add esp,8                                 |
004012C0 | 48                       | dec eax                                   | Switch语句获取比例因子,需要减1
004012C1 | 3D FE000000              | cmp eax,FE                                | 首先对比输入数据是否大于254
004012C6 | 0F87 80000000            | ja consoleapplication.40134C              | 跳转到指定代码段
004012CC | 0FB680 70134000          | movzx eax,byte ptr ds:[eax+0x401370]      | 从索引表找地址表下标
004012D3 | FF2485 54134000          | jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401354]         | 比例因子寻找函数地址

首先movzx eax, byte ptr ds:[eax+0x401370]从索引表中找到地址表下标。

然后通过索引表找到索引值，并带入jmp dword ptr ds:[eax*4+0x401354]找到地址表中的指定地址，地址表中每一个地址就代表一个分支结构里的函数。

这样的优势就是可以节约空间，每一个所以表字段只占1字节，如果两个case差距较大同样会指向同一个地址表中的地址，地址表相对来说会变得简单，但这种查询方式会产生两次间接内存访问，在效率上远远低于线性表方式。

平衡判定树优化: 当最大case值与最小case值之差大于255时，则会采用判定树优化，将每个case值作为一个节点，从节点中找出中间值作为根节点，以此形成一颗平衡二叉树，以每个节点为判定值，大于和小于关系分别对应左子树和右子树，从而提高查询效率。

如果打开编译器体积优先，编译器尽量会以二叉判定树的方式来降低程序占用体积，如果无法使用以上优化方式，则需要将switch做成树。

int main(int argc, char *argv[])
{
	int index = 0;

	scanf("%d", &index);
	switch (index)
	{
	case 2:
		printf("index 2"); break;
	case 3:
		printf("index 3"); break;
	case 8:
		printf("index 8"); break;
	case 10:
		printf("index 10"); break;
	case 35:
		printf("index 35"); break;
	case 37:
		printf("index 37"); break;
	case 666:
		printf("index 666"); break;
	}
	return 0;
}

判定树反汇编形式。

004012C0 | 83F8 0A                  | cmp eax,A                                 | A:'\n'
004012C3 | 7F 63                    | jg consoleapplication.401328              |
004012C5 | 74 4D                    | je consoleapplication.401314              |
004012C7 | 83E8 02                  | sub eax,2                                 |
004012CA | 74 34                    | je consoleapplication.401300              |
004012CC | 48                       | dec eax                                   |
004012CD | 74 1D                    | je consoleapplication.4012EC              |
004012CF | 83E8 05                  | sub eax,5                                 |
004012D2 | 0F85 97000000            | jne consoleapplication.40136F             |
004012D8 | 68 A0314000              | push consoleapplication.4031A0            | main.cpp:16, 4031A0:"index 8"
004012DD | FF15 B4304000            | call dword ptr ds:[<&printf>]             | main.cpp:20
004012E3 | 83C4 04                  | add esp,4                                 |

判定树，通过增加多条分支结构，从中位数开始判断，大于或小于分别走不同的分支，直到遇到函数地址位置。

为了降低数的高度，在优化过程中，会检查代码是否满足if-else优化，有序线性优化，非线性索引优化，利用三种优化来降低树高度，谁的效率高就优先使用谁，三种优化都无法匹配才会使用判定树。

到此这篇关于C++ 反汇编之关于Switch语句的优化措施的文章就介绍到这了,更多相关C++ 反汇编Switch语句优化内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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