C++ switch 语句

在 C++ 中，switch 语句是一种条件控制结构，用于根据表达式的值选择执行不同的代码块。它是 if-else 语句的替代方案，适合处理多个固定值的分支逻辑。以下是对 C++ switch 语句的详细介绍，包括语法、用法、示例和注意事项，适合初学者快速上手。

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1. 定义

• switch 语句根据一个表达式的值（通常是整数或枚举类型）匹配对应的 case 标签，执行相关代码块。
• 特点：
• 提高代码可读性，适合处理多个离散值。
• 比多个 if-else 语句更简洁。
• 支持 break 控制分支退出，防止“贯穿”（fall-through）。

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2. 语法

switch (expression) {
    case value1:
        // 代码块
        break;
    case value2:
        // 代码块
        break;
    ...
    default:
        // 默认代码块（可选）
}

• 组成部分：
• expression：要评估的表达式，通常是整数、字符或枚举类型（C++17 后支持更多类型）。
• case value：与 expression 比较的常量值，必须是编译时常量。
• break：退出 switch 语句，防止执行后续 case。
• default：当没有匹配的 case 时执行（可选）。

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3. 基本用法

3.1 简单 switch 示例

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int day = 3;

    switch (day) {
        case 1:
            cout << "Monday" << endl;
            break;
        case 2:
            cout << "Tuesday" << endl;
            break;
        case 3:
            cout << "Wednesday" << endl;
            break;
        case 4:
            cout << "Thursday" << endl;
            break;
        case 5:
            cout << "Friday" << endl;
            break;
        default:
            cout << "Weekend" << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Wednesday

• 说明：
• day 的值（3）匹配 case 3，执行对应的代码块。
• break 确保执行完后退出 switch。

3.2 使用 default

#include <iostream>
using namespace std;

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

    switch (grade) {
        case 'A':
            cout << "Excellent!" << endl;
            break;
        case 'B':
            cout << "Good!" << endl;
            break;
        case 'C':
            cout << "Average" << endl;
            break;
        default:
            cout << "Invalid grade" << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Good!

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4. 贯穿（Fall-through）

• 如果 case 块中没有 break，程序会继续执行后续的 case 代码，直到遇到 break 或 switch 结束。
• 示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number = 2;

    switch (number) {
        case 1:
            cout << "One ";
        case 2:
            cout << "Two ";
        case 3:
            cout << "Three ";
        default:
            cout << "Default" << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Two Three Default

• 说明：number = 2 匹配 case 2，但没有 break，所以继续执行 case 3 和 default。

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5. 高级用法

5.1 使用枚举

#include <iostream>
using namespace std;

enum Color { RED, GREEN, BLUE };

int main() {
    Color color = GREEN;

    switch (color) {
        case RED:
            cout << "Red" << endl;
            break;
        case GREEN:
            cout << "Green" << endl;
            break;
        case BLUE:
            cout << "Blue" << endl;
            break;
    }

    return 0;
}

输出：

Green

• 说明：枚举类型常用于 switch，提高代码可读性。

5.2 嵌套 switch

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = 1, y = 2;

    switch (x) {
        case 1:
            switch (y) {
                case 2:
                    cout << "x=1, y=2" << endl;
                    break;
                default:
                    cout << "x=1, unknown y" << endl;
            }
            break;
        default:
            cout << "Unknown x" << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

x=1, y=2

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6. C++17 特性：初始化语句

C++17 引入了 switch 语句中的初始化语句，允许在 switch 中定义变量：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int value = 5;

    switch (int x = value + 1; x) { // C++17 初始化
        case 6:
            cout << "Value is 5" << endl;
            break;
        default:
            cout << "Other value" << endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Value is 5

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7. 注意事项

• 表达式类型：
• switch 的表达式必须是整型、字符型、枚举型或可转换为整型的类型（C++11 后支持更多类型）。
• 浮点数（如 float、double）或字符串（如 std::string）不能直接用于 switch。
• case 值：
• case 后的值必须是编译时常量（常量表达式）。
• 不能重复，否则编译错误。
• break 的重要性：
• 忘记 break 会导致贯穿，可能引发逻辑错误。
• 故意省略 break 可用于某些场景（如多值共享同一逻辑）。
• default：
• 建议包含 default 处理未预期的值。
• 可为空（default: break;）。
• 性能：
• switch 通常比多个 if-else 更快（编译器可能优化为跳转表）。
• 适用于离散值，不适合范围判断（使用 if-else 更合适）。
• 作用域：
• case 块中定义的变量作用域仅限于当前块，建议用 {} 显式限定：
  cpp case 1: { int x = 10; // 限定作用域 cout << x << endl; break; }

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8. 常见使用场景

• 菜单选择：根据用户输入执行不同操作。
• 状态机：处理有限状态机的状态转换。
• 枚举处理：与枚举类型结合，处理固定选项。
• 错误码处理：根据错误码执行不同逻辑。

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9. 实际示例

9.1 简单计算器

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char op;
    double num1, num2;

    cout << "Enter operator (+, -, *, /): ";
    cin >> op;
    cout << "Enter two numbers: ";
    cin >> num1 >> num2;

    switch (op) {
        case '+':
            cout << num1 << " + " << num2 << " = " << num1 + num2 << endl;
            break;
        case '-':
            cout << num1 << " - " << num2 << " = " << num1 - num2 << endl;
            break;
        case '*':
            cout << num1 << " * " << num2 << " = " << num1 * num2 << endl;
            break;
        case '/':
            if (num2 != 0)
                cout << num1 << " / " << num2 << " = " << num1 / num2 << endl;
            else
                cout << "Error: Division by zero!" << endl;
            break;
        default:
            cout << "Invalid operator" << endl;
    }

    return 0;
}

输入：

Enter operator (+, -, *, /): +
Enter two numbers: 5 3

输出：

5 + 3 = 8

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10. 总结

• switch：适合处理多个离散值的分支逻辑，语法简洁，性能较高。
• 核心点：
• 使用 case 和 break 控制分支。
• default 处理未匹配情况。
• 支持整型、字符、枚举等类型。
• 推荐实践：
• 始终包含 break（除非需要贯穿）。
• 使用 default 提高健壮性。
• 复杂逻辑或范围判断使用 if-else。
• 与 if-else 的选择：
• switch：离散值、固定选项。
• if-else：范围判断、复杂条件。

如果你需要更详细的示例（如复杂状态机、C++17 特性应用）或对其他 C++ 特性的说明，请告诉我！