编译器如何处理 case 语句？

Question

在 the documentation 的 case 语句下，它说：

caseList 表示的每个值在 case 中必须是唯一的 声明；

以及显示的示例，

case I of
  1..5: Caption := 'Low';
  6..9: Caption := 'High';
  0, 10..99: Caption := 'Out of range';
else
  Caption := ;
end

相当于嵌套条件：

if I in [1..5] then
  Caption := 'Low';
else if I in [6..10] then
  Caption := 'High';
else if (I = 0) or (I in [10..99]) then
  Caption := 'Out of range'
else
  Caption := ;

所以第一个引用表明它像一组一样处理（阅读 cmets here 至少有一个人和我在一起）。

现在我知道了

其中 selectorExpression 是任何更小的序数类型的表达式 超过 32 位

与集合的属性相矛盾，因为它在集合下her 提到：

基本类型最多可以有 256 个可能的值，并且它们的 序数必须在 0 到 255 之间

真正困扰我的是为什么必须在 caseList 中具有唯一值。如果它等价于if 语句，那么第二个值将不会被测试，因为编译器已经找到了先前的匹配项？

Answer 1

文档采用 specific case 语句，该语句等效于 specific if 语句。

一般来说，任何 case 语句都可以使用相同的方法重写为 if 语句。然而，反之则不成立。

文档使用等效的 if 语句来解释 case 语句的逻辑行为（或语义）。它不是编译器内部工作的表示。

编译器如何处理case语句？

首先注意这个问题有两个方面。

• 语义编译器必须按照文档中的说明处理 case 语句。这包括：
  • 确保可以在编译时评估每个 caseList 条目的值。
  • 确保 caseList 条目是唯一的。
  • 无论哪个 caseList 条目匹配，都会调用相应的 caseList 语句。
  • 如果没有 caseList 条目匹配，则调用 else 语句。
• 但是，如果优化后的字节/机器代码在逻辑上是等效的，编译器有权优化其认为合适的实现。
  • Johan's answer 描述了常见的优化：跳转列表和重新排序。
  • 考虑到严格的语义，这些更容易应用。

真正困扰我的是为什么必须在 caseList 中具有唯一值。

需要唯一性来消除歧义。如果有多个匹配项，应该使用哪个 caseList-statement？

• 它可以调用第一个匹配的 caseList 语句并忽略其余的。 （SQL Server CASE 语句的行为如下。）另请参阅下面的[1]。
• 它可以调用所有这些。 （如果我没记错的话，MANTIS 编程语言在其 case 语句的版本中使用了这种语义。）
• 它可能会报告一个错误，要求程序员消除 caseList 的歧义。 （简单地说，这就是 Delphi 的规范所要求的。许多其他语言使用相同的方法。对此争论不休是徒劳的，尤其是因为这种选择不太可能成为阻碍。）

如果它等同于 if 语句，则第二个值将不会被测试，因为编译器已经找到了先前的匹配项。

[1] 我想指出这会使代码更难阅读。当使用魔法文字时，这种行为是“好的”，但当使用 const 标识符时，它变得很危险。如果 2 个不同的 const 具有相同的值，则不会立即调用 caseList 也匹配的后一个 caseList 语句。由于简单的 caseList 重新排序，case 语句也会发生行为变化。

const
  NEW_CUSTOMER = 0;
  EDIT_CUSTOMER = 1;
  ...
  CANCEL_OPERATION = 0;

case UserAction of
  NEW_CUSTOMER : ...;
  EDIT_CUSTOMER : ...;
  ...
  CANCEL_OPERATION : ...; { Compiler error is very helpful. }
end;

与集合的性质相矛盾

没有矛盾。每个 caseList 值必须是唯一的这一事实并不意味着它必须“像集合一样处理”。那是你的错误假设。其他人做同样的假设也是不正确的。

如何检查唯一性约束取决于编译器。我们只能推测。但我猜最有效的方法是维护一个有序的范围列表。遍历每个 caseList 的值和范围，找到它在上述列表中的位置。如果重叠，则报错，否则添加到列表中。

Answer 2

案例陈述
编译器更喜欢将 case 语句转换为跳转表。
为了使这种情况成为可能，不允许使用重复的案例标签。

此外，编译器不必按照您声明它们的顺序来测试 case 语句。出于优化原因，它会根据需要重新排列这些元素；所以即使它不使用跳转表，它仍然不能允许重复的大小写标签。

正是出于同样的原因（并且为了让程序员保持头脑清醒），case 语句不允许失败。

if 语句
一个（一系列）if 语句按照它们声明的顺序进行处理。
编译器会一一测试（并在适当的时候跳出）。
如果 if 语句不包含重复项，则代码将执行与等效 case 语句相同的操作，但生成的代码很可能会有所不同。
If 语句永远不会转换为跳转表。

关于套装
集合限制为 256 个元素的原因是集合中的每个元素都占用一位空间。
256 位 = 32 字节。
在一个集合中允许超过 256 个元素会过多地增加内存中的表示，从而影响性能。

case 语句不使用集合，它只是在其语义中使用集合逻辑。