本文主要讲解Switch的汇编代码

Switch

  • 1、假设switch语句的分支比较少时（例如3，少于4的时候没有意义），没有必要使用次结构，相当于if-else

  • 2、各个分支常量的差值较大时，编译器会在效率还是内存进行取舍，这时编译器还是会编译成类似于if-else的结构

  • 3、在分支比较多的时候，在编译的时候会生成一个表，不同的case通过跳转表的不同地址，每个地址占四个字节。

案例分析

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1、当case有3个时

void func(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("打坐");
            break;
        case 2:
            printf("加红");
            break;
        case 3:
            printf("加蓝");
            break;
        default:
            printf("啥也不干");
            break;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {

    func(1);

  • 断点调试func

    其中3个case的汇编是以if-else的形式

2、如果是4个case呢？

void func(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("打坐");
            break;
        case 2:
            printf("加红");
            break;
        case 3:
            printf("加蓝");
            break;
        case 4:
            printf("打怪");
            break;
        default:
            printf("啥也不干");
            break;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {

    func(1);
}

  • 此时w8就是传入的参数，即w8=4

  • subs w8, w8, #0x1 ：subs会影响目标寄存器，即影响w8（注：但不执行汇编命令：ni）

  • ubfx x9, x9, #0, #32：将x9高32位清零，下面通过修改x9寄存器的值来验证：确实是将高32位清零（从x9第0位开始，保留低32位，高位用0补齐）

    下面是实际操作后的结果

  • 执行cmp x9 #0x4 ~ ldr x11,[sp]，在这里是x9和4比较，判断是否等于。此时的结果是不等于则继续往下执行

  • ldrsw x10, [x8, x11, lsl #2]（先运算后面，再运算前面）：将x8的值加上x11（需要先将x11左移2位，即0x3左移2位，为1100，为12）作为地址，然后将地址的值给x10，此时x10的值就是-24 ？？？？（即0xffffffffffffffe8）

    执行ldrsw x10, [x8, x11, lsl #2]后的x10

    从x8 = 0x0000000102e22828 与最后0x102e22824对比，可以看出，x8的地址是func执行完后下一句代码的地址

  • add x9, x8, x10：x8的地址加上x10偏移（由于x10为负数，所以是x8-x10），给到x9.即x9的值为 0x102e22828-0x18(24的十六进制)=0x102e22810，即到下面这句,这里就是走到default

  • 执行到ldp x29, x30, [sp, #0x10]，输出啥也不干(lldb)

3、修改案例

void func(int a){
    switch (a) {
        case 5:
            printf("打坐");
            break;
        case 6:
            printf("加红");
            break;
        case 7:
            printf("加蓝");
            break;
        case 8:
            printf("打怪");
            break;
        default:
            printf("啥也不干");
            break;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    func(4);
}

其汇编如下，发现subs减的是5

  • 汇编代码分析如下

4、修改2：将第二个case修改为2

void func(int a){
    switch (a) {
        case 5:
            printf("打坐");
            break;
        case 2:
            printf("加红");
            break;
        case 7:
            printf("加蓝");
            break;
        case 8:
            printf("打怪");
            break;
        default:
            printf("啥也不干");
            break;
    }
}

汇编如下，从这里可以发现，subs后减的是最小的case

  • 疑问1：其中的cmp x9，#0x6，这里的0x6又是怎么来的呢？其实是最小case与最大case（即8-2）的差值，

  • 疑问2：为什么要这么比较呢？主要是为了确认传入的参数是否在[最小case，最大case]这个区间内，如果不在，则走default

  • 疑问3：为什么是无符号？因为如果传入比最小case小的值，例如传入的是1，得到的是一个负数，

    • 如果是有符号数运算，一定比区间值小

    • 如果是无符号数运算，是一个非常大的数，一定超过了范围，直接走到default

分析

  • 代码中有一张表，表中有7个字节，都是负数，为什么是7个？因为8-2=6，加上default，所以是7个。

    以下是switch表中的7个字节

    • switch分支的代码是连续的

    • 结论：表中的字节数，取决于 最大case-最小case+1（1表示default）

    • 目的：为什么这么创建？用空间换时间，为了让代码效率更高

    • ldrsw 为什么是左移2位？因为一个字节是4位，便于查找下一个case的值（x11 是 参数-最小case的值）

switch总结

  • 1、先将参数减去最小case

  • 2、先判断是否是default，如果不是，则在范围之内，可以通过表直接拿到地址，反之则default

  • 疑问：表中为什么不直接存地址，而是存差值？

    • 1）地址太长了
    • 2）！！地址在运行时期才会知道虚拟地址（即ASLR），如果存的是偏移地址，使用时需要加上ASLR

如果case很大呢？

  • 只要是连续的就行，因为汇编会减去最小case
  • 如果case之间相差太大了,编译器会进行优化，变成if-else 
void func(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("打坐");
            break;
        case 400:
            printf("加红");
            break;
        case 800:
            printf("加蓝");
            break;
        case 8:
            printf("打怪");
            break;
        default:
            printf("啥也不干");
            break;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    func(4);
}

首先作为一个开发者，有一个学习的氛围跟一个交流圈子特别重要，这是一个我的iOS开发公众号：编程大鑫，不管你是小白还是大牛都欢迎入驻 ，让我们一起进步，共同发展！

总结

  • 1、假设switch语句的分支比较少时（例如3，少于4的时候没有意义），没有必要使用次结构，相当于if-else

  • 2、各个分支常量的差值较大时，编译器会在效率还是内存进行取舍，这时编译器还是会编译成类似于if-else的结构

  • 3、在分支比较多的时候，在编译的时候会生成一个表（跳转表每个地址四个字节）。