深入理解java之关于switch的探究
switch是Java条件语句语法之一。在多条件下相对于使用 if/else，使用switch更为简洁。语法是：
switch(表达式){
case 值1： 代码1；break；
case 值2： 代码2；break；
...
case 值n：代码n；break；
default：代码n+1
}
switch是根据表达式的值不同来执行不同的分支，具体来说，根据表达式的值找匹配的case，然后执行后面的代码，碰到break时结束，如果没有找到匹配的值则执行default都的语句。
需要注意的是：
- 表达式值得数据类型只能是byte、short、int、char、枚举、String（java7）。
- 在switch语句中，表达式的值不能是null，否则会在运行时抛出NullPointerException。
- 在case子句中也不能使用null，否则会出现编译错误
- case子句的值不能相同，也会编译不通过。
首先提问：switch是怎么实现的呢？
想要了解switch的实现原理，那先从条件语句执行的实现说起。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且执行。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。
但有一些特殊的指令，称为跳转指令，这些指令会修改指令指示器的值，让CPU跳到一个指定的地方执行。跳转有两种：一种是条件跳转；另一种是无条件跳转。条件跳转检查某个条件，满足则进行跳转，无条件跳转则是直接进行跳转。
如下面if/else的代码，实际上就会转换为这些跳转指令。
1.int a= 10;
2.if(a>5)
3.{
4. System.out.println(a);
5.}
6.//其他代码
转换到的跳转指令可能是：
1.int a= 10;
2.条件跳转：如果a>5，跳转到第4行
3.无条件跳转：跳转到第7行
4.{
5. System.out.println(a);
6.}
7.//其他代码
switch的实现也是同上述代码原理相同，转换成跳转指令。但是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。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，可能会使用一种更为高效的方式，叫跳转表。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，下表所示：
那么问题来了，跳转表为什么会更为高效呢？
因为其中的值必须为整数，且按大小顺序排序（源程序中case值排序并不要求，编译器会自动排序）。按大小排序的整数可以使用高效的二分查找，即先与中间的值比，如果小于中间的值，则在开始和中间值之间找，否则在中间值和末尾值之间找，每找一次缩小一半查找范围。如果值是连续的，则跳转表还会进行特殊优化，优化为一个数组，连找都不用找了，值就是数组的下标索引，直接根据值就可以找到跳转的地址。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。
之前说switch值的类型可以用byte、short、int、char、枚举、和String。为甚是这几种呢？其他的不能行吗？
实际上switch需要的是整数，或者说与整型相兼容的。其中byte/short/int本身就是整数，人char本质上也是整数（比如 'a' 是97，我们是知道的哟）。而枚举类型也有对应的整数，String用于switch也会转换为整数（通过hashCode转换）。
为什么不能用Long类型呢？它也是整数啊
为什么呢？跳转表值得存储空间一般为32位，容不下long。!!!∑(ﾟДﾟノ)ノ
接下来讨论switch中使用字符串需要注意的问题
我们知道case子句的值不能重复。而对于字符串来说，这种重复值的检查还有一个特殊之处。那就是Java代码中的字符串可以包含Unicode转义字符。重复值的检查是在Java编译器对Java源代码进行相关的词法转换之后才进行的。这个词法转换过程中包括了对Unicode转义字符的处理。也就是说，有些case子句的值虽然在源代码中看起来是不同的，但是经词法转换后是一样的，这就会造成编译错误。如下面的代码：
public class Persion {
public String getMsg(String name, String gender) {
String msg = "";
switch (gender) {
case "男" :
break;
case "\u7537":
break;
}
return msg;
}
}
上面代码中，类Persion是无法通过编译的。因为“男”与“\u7537”经过此法转换之后变成一样的了。
switch中使用String是怎么实现的呢？
switch中使用String是从java7开始支持的新特性，是在编译器这个层面上实现的。在编译的过程中，编译器会根据源代码的含义来进行转换，将字符串类型转换成与整数类型兼容的格式。不同的Java编译器可能采用不同的方式来完成这个转换，并采用不同的优化策略。举例来说，如果switch语句中只包含一个case子句，那么可以简单地将其转换成一个if语句。如果switch语句中包含一个case子句和一个default子句，那么可以将其转换成if-else语句。而对于最复杂的情况，即switch语句中包含多个case子句的情况，也可以转换成Java7之前的switch语句，只不过使用字符串的哈希值作为switch语句的表达式的值。
为了探究编译器是怎么样转换的，我们通过JAD工具来将编译好的class文件反编译成java源文件
如下面的源代码：
package testSwitch;
public class TestSwitch {
public static void main(String[] args) {
printYourName("小白");
}
public static void printYourName(String s){
switch (s){
case "小白":
System.out.println("你的名字是：小白");break;
case "小灰":
System.out.println("你的名字是：小灰");break;
}
}
}
编译后形成 TestSwitch.class文件，通过jad工具反编译后形成的TestSwitch.jad文件内容如下：
// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name: TestSwitch.java
package testSwitch;
import java.io.PrintStream;
public class TestSwitch
{
public TestSwitch()
{
}
public static void main(String args[])
{
printYourName("\u704F\u5FD5\u6AE7");
}
public static void printYourName(String s)
{
String s1 = s;
byte byte0 = -1;
switch(s1.hashCode())
{
case 28417601:
if(s1.equals("\u704F\u5FD5\u6AE7"))
byte0 = 0;
break;
case 28410464:
if(s1.equals("\u704F\u5FD5\u4F06"))
byte0 = 1;
break;
}
switch(byte0)
{
case 0: // '\0'
System.out.println("\u6D63\u72B5\u6B91\u935A\u5D85\u74E7\u93C4\uE224\u7D30\u704F\u5FD5\u6AE7");
break;
case 1: // '\001'
System.out.println("\u6D63\u72B5\u6B91\u935A\u5D85\u74E7\u93C4\uE224\u7D30\u704F\u5FD5\u4F06");
break;
}
}
}
通过反编译发现，case子句中的值被转换成为字符串的hash值，而后面的语句中仍然使用的是String的equals（）方法来比较的。
为什么使用equals（）方法来比较，而不是用hash值来比较呢？
这是因为哈希函数在影射的时候可能存在冲突，多个字符串的哈希值可能是一样的。进行字符串的比较是为了保证转换之后的代码逻辑与之前完全一样。
既然对字符串的哈希值可能一致，那么case子句的哈希值会不会重复呢？case子句值重复可是编译不通过的呢！
答案是肯定会重复的，如下面的代码s1与s2的值并不相同但是他们输出的哈希值都是【165374702】：
public class TestHash {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "ABCDEa123abc";
String s2 = "ABCDFB123abc";
System.out.println(s1.hashCode());
System.out.println(s2.hashCode());
}
}
那么，下面这段代码，两个case所表示的哈希值相同，也就是case值相同，但是为什么编译不报错呢？
public class TestHash {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "ABCDEa123abc";
String s2 = "ABCDFB123abc";
testStringSwitch(s1);
}
public static void testStringSwitch(String s){
switch (s){
case "ABCDEa123abc": System.out.println(1); break;
case "ABCDFB123abc": System.out.println(2); break;
}
}
}
为了解决这个问题我们再次使用jad工具对TestHash类编译后形成的TestHash.class文件进行反编译，反编译后的结果内容如下：
// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3)
// Source File Name: TestHash.java
package testSwitch;
import java.io.PrintStream;
public class TestHash
{
public TestHash()
{
}
public static void main(String args[])
{
String s = "ABCDEa123abc";
String s1 = "ABCDFB123abc";
System.out.println(s.hashCode());
System.out.println(s1.hashCode());
testStringSwitch(s);
}
public static void testStringSwitch(String s)
{
String s1 = s;
byte byte0 = -1;
switch(s1.hashCode())
{
case 165374702:
if(s1.equals("ABCDFB123abc"))
byte0 = 1;
else
if(s1.equals("ABCDEa123abc"))
byte0 = 0;
break;
}
switch(byte0)
{
case 0: // '\0'
System.out.println(1);
break;
case 1: // '\001'
System.out.println(2);
break;
}
}
}
通过观察，我们可以清楚的发现：当case子句的hash值形同的时候，编译阶段只会转换形成一条case子句，也就是说两个case子句合并成了一条！！两个子句的后续语句转换成了if/else if语句。
