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C++ Switch Case

在C++编程中，switch case语句是一种多分支选择结构，它根据一个变量或表达式的值，从多个代码块中选择一个来执行。当你需要根据一个变量的不同取值执行不同操作时，switch case通常比多个if-else语句更加简洁和高效。

switch语句的基本语法​

cpp
switch (expression) {
    case constant1:
        // 当expression等于constant1时执行的代码
        statement(s);
        break;
    case constant2:
        // 当expression等于constant2时执行的代码
        statement(s);
        break;
    // 可以有任意数量的case语句
    default:
        // 当expression不匹配任何constant时执行的代码
        statement(s);
}

语法解释​

  1. expression：要被匹配的表达式，通常是一个变量或返回值
  2. constant：常量值，必须是整型或枚举类型
  3. break：使程序跳出switch语句
  4. default：可选的默认情况处理（当所有case都不匹配时）

switch语句的工作原理​

当程序执行到switch语句时：

  1. 计算expression的值
  2. 将该值依次与每个case的常量值比较
  3. 如果找到匹配项，执行该case后面的代码，直到遇到break语句或switch语句结束
  4. 如果没有匹配项且存在default分支，则执行default后面的代码
备注

Switch语句的表达式和case标签必须是整数类型（包括char）或枚举类型，不能使用浮点数、字符串或其他类型作为case的判断依据。

基本示例​

下面是一个简单的switch case示例，根据用户输入的数字（1-7）显示对应的星期几：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int day;
    cout << "请输入一个数字 (1-7): ";
    cin >> day;
    
    switch (day) {
        case 1:
            cout << "星期一";
            break;
        case 2:
            cout << "星期二";
            break;
        case 3:
            cout << "星期三";
            break;
        case 4:
            cout << "星期四";
            break;
        case 5:
            cout << "星期五";
            break;
        case 6:
            cout << "星期六";
            break;
        case 7:
            cout << "星期日";
            break;
        default:
            cout << "无效的数字！请输入1-7之间的数字。";
    }
    
    return 0;
}

输出示例：

请输入一个数字 (1-7): 3
星期三

break语句的重要性​

在switch语句中，break语句非常重要。如果省略break，程序会继续执行下一个case中的代码，这被称为"穿透"（fall-through）。

不使用break的示例​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num = 2;
    
    switch (num) {
        case 1:
            cout << "一";
        case 2:
            cout << "二";
        case 3:
            cout << "三";
        default:
            cout << "结束";
    }
    
    return 0;
}

输出：

二三结束
警告

如果不使用break语句，程序会从匹配的case开始，执行之后所有case的代码，直到遇到break或switch语句结束。这通常不是我们想要的行为，容易导致逻辑错误。

有意使用case穿透​

在某些情况下，我们可能会故意省略break语句，以使多个case共享相同的代码：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char grade;
    cout << "请输入您的成绩等级（A-F）：";
    cin >> grade;
    
    switch (grade) {
        case 'A':
        case 'a':
            cout << "优秀！";
            break;
        case 'B':
        case 'b':
            cout << "良好！";
            break;
        case 'C':
        case 'c':
            cout << "中等！";
            break;
        case 'D':
        case 'd':
            cout << "及格！";
            break;
        case 'F':
        case 'f':
            cout << "不及格，需要更多努力。";
            break;
        default:
            cout << "无效的成绩等级！";
    }
    
    return 0;
}

输出示例：

请输入您的成绩等级（A-F）：b
良好！

在这个例子中，我们有意地让大写和小写字母共享相同的输出代码。

switch和if-else的比较​

当分支选择比较少时，if-else和switch语句都可以使用。但当分支较多时，switch通常更清晰且可能更高效：

cpp
// 使用if-else
if (choice == 1) {
    // 操作1
} else if (choice == 2) {
    // 操作2
} else if (choice == 3) {
    // 操作3
} else {
    // 默认操作
}

// 使用switch
switch (choice) {
    case 1:
        // 操作1
        break;
    case 2:
        // 操作2
        break;
    case 3:
        // 操作3
        break;
    default:
        // 默认操作
}

嵌套switch语句​

switch语句可以嵌套使用，即在一个switch语句内部包含另一个switch语句：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int department = 1; // 1表示销售部
    int position = 2;   // 2表示经理
    
    switch (department) {
        case 1: // 销售部
            cout << "销售部，";
            switch (position) {
                case 1:
                    cout << "职员";
                    break;
                case 2:
                    cout << "经理";
                    break;
                default:
                    cout << "未知职位";
            }
            break;
        case 2: // 技术部
            cout << "技术部，";
            switch (position) {
                case 1:
                    cout << "工程师";
                    break;
                case 2:
                    cout << "主管";
                    break;
                default:
                    cout << "未知职位";
            }
            break;
        default:
            cout << "未知部门";
    }
    
    return 0;
}

输出：

销售部，经理

实际应用案例：简易计算器​

下面是一个使用switch语句的简易计算器，展示了switch在实际程序中的应用：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

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

    cout << "简易计算器" << endl;
    cout << "请输入两个数字: ";
    cin >> num1 >> num2;
    
    cout << "请输入运算符 (+, -, *, /): ";
    cin >> operation;
    
    switch (operation) {
        case '+':
            cout << num1 << " + " << num2 << " = " << (num1 + num2);
            break;
        case '-':
            cout << num1 << " - " << num2 << " = " << (num1 - num2);
            break;
        case '*':
            cout << num1 << " * " << num2 << " = " << (num1 * num2);
            break;
        case '/':
            if (num2 != 0) {
                cout << num1 << " / " << num2 << " = " << (num1 / num2);
            } else {
                cout << "错误：除数不能为零！";
            }
            break;
        default:
            cout << "错误：无效的运算符！";
    }
    
    return 0;
}

输出示例：

简易计算器
请输入两个数字: 10 5
请输入运算符 (+, -, *, /): *
10 * 5 = 50

switch语句的限制​

虽然switch语句很有用，但它也有一些限制：

  1. 表达式类型限制：switch的表达式必须是整型或枚举类型，不能使用浮点数、字符串等
  2. 常量表达式：case标签必须是常量或常量表达式，不能是变量
  3. 重复case值：不允许有两个case标签值相同
  4. 表达式范围：不能直接测试范围条件（如case x > 0:是不允许的）

C++ 17中的强化switch语句​

在C++17中，可以在case语句中使用初始化语句，这使得switch语句更加强大和灵活：

cpp
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int id = 42;
    
    switch (int value = id % 10; value) {
        case 0:
            cout << "id最后一位是0";
            break;
        case 2:
            cout << "id最后一位是2，值为：" << value;
            break;
        default:
            cout << "id最后一位是其他数字";
    }
    
    return 0;
}

输出：

id最后一位是2，值为：2

最佳实践​

使用switch语句时，请遵循这些最佳实践：

  1. 总是使用break语句，除非你明确想要case穿透
  2. 如果使用case穿透，添加注释说明这是有意为之
  3. 总是包含default分支，即使它可能不被执行
  4. 保持case分支代码简短，如果逻辑复杂，考虑使用函数
  5. 检查输入是否在预期范围内，防止意外行为

总结​

switch case语句是C++中一种强大的多分支选择结构，它为多条件判断提供了一种清晰、高效的方式。掌握switch语句可以让你的代码更易读、更简洁，尤其是在处理多个分支条件时。记住要注意break的使用，以及switch语句的各种限制，这样就能在适当的场景中充分利用这一控制结构。

练习​

  1. 编写一个程序，使用switch语句根据输入的月份数字（1-12）显示对应的月份名称。
  2. 创建一个菜单驱动程序，使用switch语句处理用户选择的不同选项。
  3. 编写一个程序，使用switch语句根据输入的字符判断它是元音字母、辅音字母还是其他字符。
  4. 尝试实现一个简易的状态机，使用switch语句处理不同状态之间的转换。

这些练习将帮助你更好地理解和掌握switch case语句的使用。祝你学习愉快！