C语言switch case语句如何高效使用与避坑？

switch-case 是一种多分支选择结构，它可以根据一个变量的值，从多个代码块中选择一个来执行，它可以看作是 if-else if-else 链的一种更清晰、更高效的替代方案，尤其是在需要检查同一个变量的多个离散值时。

基本语法

switch-case 语句的基本结构如下：

switch (expression) {
    case constant_expression1:
        // 当 expression 的值等于 constant_expression1 时，执行的代码
        break;
    case constant_expression2:
        // 当 expression 的值等于 constant_expression2 时，执行的代码
        break;
    case constant_expression3:
        // 当 expression 的值等于 constant_expression3 时，执行的代码
        break;
    default:
        // 当 expression 的值不匹配任何一个 case 时，执行的代码
        break;
}

语法详解

让我们分解一下这个结构中的每个部分：

• switch (expression)

  • switch 是关键字。
  • expression 是一个整型表达式（在 C 语言标准中，必须是 int 或 char 类型，因为 char 在本质上是小范围的整数），不能是浮点数（如 float 或 double）或其他复杂类型。
  • 这个表达式的值将和下面每个 case 后面的常量进行比较。

• case constant_expression:

  
  （图片来源网络，侵删）
  • case 是关键字。
  • constant_expression 必须是一个常量或常量表达式（10, 'A', 2*5），不能是变量。
  • switch 的表达式的值与某个 case 的常量值相等，程序就会跳转到该 case 标签处开始执行。

• break;

  • break 是一个极其重要的关键字。
  • 它的作用是立即终止 switch 语句的执行，并跳出 switch 结构，继续执行 switch 之后的代码。
  • 如果没有 break，程序会“穿透”（fall-through）到下一个 case，并继续执行其代码，直到遇到一个 break 或者 switch 语句结束，这种“穿透”特性既有用（可以省略重复代码），也容易出错（容易忘记 break）。

• default:

  • default 是一个可选的关键字。
  • 它相当于 if-else 结构中的 else。
  • switch 的表达式的值不匹配任何一个 case 的值，程序就会跳转到 default 标签处执行。
  • default 语句可以放在 switch 结构的任何位置（通常在最后），但无论放在哪里，它都只在所有 case 都不匹配时才执行，为了代码清晰，强烈建议将其放在最后。
  • default 语句后面的 break; 也是可选的。default 是最后一个 case，并且后面没有其他代码，可以省略 break，但为了保持一致性，通常还是加上。

执行流程

1. 计算 switch(expression) 的值。
2. 将这个值与第一个 case 的常量进行比较。
3. 如果匹配,就跳转到该 case 处开始执行。
4. 如果不匹配,就继续与下一个 case 的常量进行比较，以此类推。
5. 如果所有 case 都不匹配，就跳转到 default 语句（如果存在）开始执行。
6. 在执行某个 case 的代码时，如果遇到 break;，则立即退出整个 switch 语句。
7. 如果没有遇到 break;，则会继续执行下一个 case 的代码，这就是所谓的“穿透”。

示例代码

示例 1：基本用法（带 break）

这个例子展示了最常见、最安全的用法，每个 case 都有 break。

#include <stdio.h>
int main() {
    int day = 3;
    switch (day) {
        case 1:
            printf("星期一\n");
            break;
        case 2:
            printf("星期二\n");
            break;
        case 3:
            printf("星期三\n");
            break;
        case 4:
            printf("星期四\n");
            break;
        case 5:
            printf("星期五\n");
            break;
        case 6:
            printf("周末\n");
            break;
        case 7:
            printf("周末\n");
            break;
        default:
            printf("无效的输入\n");
            break;
    }
    return 0;
}
// 输出: 星期三

示例 2：利用“穿透”特性

假设我们想把工作日（1-5）都归为“工作日”，周末（6-7）归为“休息日”，我们可以利用穿透特性来避免重复代码。

#include <stdio.h>
int main() {
    int day = 4;
    switch (day) {
        case 1:
        case 2:
        case 3:
        case 4:
        case 5:
            printf("工作日\n");
            break; // 只在最后加一个 break，前面的 case 都会穿透到这里
        case 6:
        case 7:
            printf("休息日\n");
            break;
        default:
            printf("无效的输入\n");
            break;
    }
    return 0;
}
// 输出: 工作日

示例 3：忘记 break 的危险

这个例子展示了忘记 break 会发生什么。

#include <stdio.h>
int main() {
    int grade = 'B'; // 'B' 的 ASCII 码是 66
    switch (grade) {
        case 'A':
            printf("优秀!\n");
            break;
        case 'B':
            printf("良好!\n");
            // 忘记了 break!
        case 'C':
            printf("及格.\n");
            break;
        case 'D':
            printf("不及格.\n");
            break;
        default:
            printf("无效等级.\n");
            break;
    }
    return 0;
}
// 输出:
// 良好!
// 及格.

分析：因为 grade 是 'B'，程序进入了 case 'B'，打印了 "良好!"，由于没有 break，程序继续向下执行，进入了 case 'C'，又打印了 "及格."，这通常不是我们想要的结果。

switch-case 与 if-else if-else 的比较

如何选择？

• 优先使用 switch-case：当你需要根据一个整型变量的值来执行不同的操作，并且这些值是离散的、固定的，菜单选择、状态码、星期几等。
• 使用 if-else if-else：当你的条件涉及范围（如 x > 10 && x < 20）、多个变量、浮点数比较或者复杂的逻辑表达式时。

• switch-case 是 C 语言中处理多分支选择的强大工具。
• 核心要点：switch 后跟整型表达式，case 后跟常量，break 用于终止分支，default 处理所有不匹配的情况。
• 最关键的陷阱：忘记 break 会导致“穿透”行为，这通常是逻辑错误的原因。
• 善用穿透：在需要合并多个 case 的逻辑时，可以有意省略 break 来利用穿透特性，减少代码重复。
• 与 if-else 的选择：根据场景的灵活性和可读性来决定使用哪种结构。switch 适用于离散整型值的判断，if-else 适用于更复杂的条件。