C 语言 switch 语句：case、break 与贯穿

一个值，多个常量

一条反复把同一个变量与常量比较的 else if 链，在 C 中有专门的语句来表达：

if (choice == 1)      { /* ... */ }
else if (choice == 2) { /* ... */ }
else if (choice == 3) { /* ... */ }
else                  { /* ... */ }

switch 表达得更直接。它对表达式求值一次，然后直接跳转到匹配的标签。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int choice = 2;

    switch (choice) {
        case 1:
            printf("New game\n");
            break;
        case 2:
            printf("Load game\n");
            break;
        case 3:
            printf("Quit\n");
            break;
        default:
            printf("Unknown option\n");
            break;
    }

    return 0;
}

修改 choice 再运行一次。这种结构让所有合法的取值一目了然，这才是在这里优先使用它的真正原因。

语法与 case 标签的规则

switch (integerExpression) {
    case CONSTANT_1:
        statements
        break;
    case CONSTANT_2:
        statements
        break;
    default:
        statements
        break;
}

C 强制执行四条约束：

• switch 表达式必须是整数类型：int、char、short、long 或 enum。不能是 float、double，也不能是字符串。
• 每个 case 标签都必须是编译时已知的常量表达式。case n:（n 是变量）是错误的；case 3 + 4: 和 case MAX:（#define 或枚举常量）则没问题。
• 任意两个 case 不能有相同的值。重复会导致编译错误，这是一张小而实在的安全网。
• case 不能表示范围。case 1 ... 5: 是 GCC 扩展，不是标准 C；范围请用 if。

default 是可选的，可以出现在代码块的任何位置，不过几乎所有人都约定把它放在最后。没有 default 时，不匹配的值会直接跳过整个 switch。

break：为什么不能省

C 的 switch 最让人意外的一点是，case 标签是跳转目标，而不是隔间。程序一旦落到某个标签上，就会一直执行它下面的每条语句，越过其他 case 标签，直到遇到 break 或右花括号。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int n = 1;

    printf("Without break:\n");
    switch (n) {
        case 1:
            printf("  one\n");
        case 2:
            printf("  two\n");
        case 3:
            printf("  three\n");
    }

    printf("With break:\n");
    switch (n) {
        case 1:
            printf("  one\n");
            break;
        case 2:
            printf("  two\n");
            break;
        case 3:
            printf("  three\n");
            break;
    }

    return 0;
}

第一个 switch 打印 one、two 和 three：它匹配了 case 1，然后把后面的所有内容都执行了。第二个只打印 one。这种行为叫作贯穿（fall-through），而忘写 break 是经典的 C switch bug：程序不会编译失败，只是悄无声息地出错。

用 gcc -Wall -Wextra -Wimplicit-fallthrough 编译，编译器会指出每一个贯穿到下一个 case 的地方。

最后一个 case 的 break 严格来说是多余的，因为代码块本来就在那里结束。但还是要写上，这样以后在它下面添加新的 case 时，就不会悄悄地产生贯穿。

有意的贯穿

如果是有意为之，贯穿就是一项特性。把多个标签叠在一起、中间不放语句，是表达“这些值执行相同操作”的常规写法：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char grade = 'B';

    switch (grade) {
        case 'A':
        case 'B':
        case 'C':
            printf("Passed\n");
            break;
        case 'D':
        case 'F':
            printf("Failed\n");
            break;
        default:
            printf("Not a valid grade\n");
            break;
    }

    return 0;
}

三个标签共用一段代码，没有重复代码，也没有冗长的 || 条件。编译器不会对这种写法发出警告，因为中间没有可以贯穿的语句。

中间有语句的贯穿，即 case 1 执行完之后有意继续执行 case 2，则比较少见，值得加上明确的注释，因为必须告诉读者漏掉的 break 是刻意的决定：

switch (level) {
    case 3:
        printf("verbose\n");
        /* fall through */
    case 2:
        printf("info\n");
        /* fall through */
    case 1:
        printf("errors\n");
        break;
}

/* fall through */ 是 GCC 警告能识别的注释，所以它也能消除这条诊断信息。

对字符使用 switch

因为 char 是整数类型，用 switch 做字符分类再自然不过：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *text = "Hello, World! 42";
    int vowels = 0, digits = 0, other = 0;

    for (int i = 0; text[i] != '\0'; i++) {
        switch (text[i]) {
            case 'a': case 'e': case 'i': case 'o': case 'u':
            case 'A': case 'E': case 'I': case 'O': case 'U':
                vowels++;
                break;
            case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
            case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
                digits++;
                break;
            default:
                other++;
                break;
        }
    }

    printf("vowels: %d, digits: %d, other: %d\n", vowels, digits, other);
    return 0;
}

注意 case 'a': 用的是单引号，表示字符常量，它就是该字符的整数值。case "a": 则是字符串，无法通过编译。

对枚举使用 switch

在 C 中，switch 和枚举是最佳搭档。case 标签变成了可读的名字，而且当 switch 没有处理所有枚举值时，编译器可以发出警告：

#include <stdio.h>

enum State { IDLE, RUNNING, PAUSED, STOPPED };

const char *describe(enum State s) {
    switch (s) {
        case IDLE:    return "waiting to start";
        case RUNNING: return "in progress";
        case PAUSED:  return "temporarily halted";
        case STOPPED: return "finished";
    }
    return "unknown";
}

int main(void) {
    enum State machine = PAUSED;
    printf("State: %s\n", describe(machine));
    return 0;
}

这里有两点值得借鉴。每个 case 都直接 return，所以不需要 break：return 会直接离开函数，switch 自然也就结束了。另外这里没有 default：启用 -Wswitch（包含在 -Wall 中）时，不写 default 能让编译器在有人添加第五个状态却忘了改这个函数时发出警告。写了 default 反而会掩盖这个问题。

在 switch 内部声明变量

switch 的主体是一个代码块，所以在某个 case 中的声明，在它后面的 case 中也可见，尽管不一定已经初始化。在 C 中，跳过初始化是错误的：

switch (n) {
    case 1:
        int x = 10;        // error in C: a label cannot precede a declaration this way
        printf("%d\n", x);
        break;
    case 2:
        printf("%d\n", x); // x exists here, but was never initialised
        break;
}

当某个 case 需要局部变量时，用一对花括号把它包起来：

switch (n) {
    case 1: {
        int x = 10;
        printf("%d\n", x);
        break;
    }
    case 2:
        printf("two\n");
        break;
}

用 switch 还是 if-else？

当以下条件全部满足时用 switch：你在判断一个表达式，它是整数类型，并且你在把它与固定常量比较。菜单处理、枚举状态机、字符分类和命令分发都是典型场景。好处是可读性好、能检查重复值，而且编译器能对未处理的枚举值发出警告。

当判断涉及范围（score >= 90）、浮点数、字符串（需要用 strcmp）、多个不同的变量，或用 && 和 || 组合的条件时，用 if-else。这些都无法写成 case 标签。

性能很少是决定因素。编译器会把密集的 switch 转换成跳转表，把稀疏的 switch 转换成一系列比较，所以只有几个 case 时，两种写法没有区别。选择能表达意图的那种。