Программалау тіліндегі "switch" операторының механизмі

Кіріспе

Компьютерлік бағдарламалау тілдеріндегі таңдауды басқару механизмінің түрі

Компьютерлік бағдарламалау тілдеріндегі `switch` операторы – айнымалы немесе өрнектің мәнін іздеу және салыстыру арқылы бағдарламаның орындалу бағытын өзгертуге мүмкіндік беретін таңдауды басқару механизмінің түрі. `Switch` операторлары C/C++, C#, Visual Basic NET, Java сияқты бағдарламалау тілдерінде қолданылатын `if` операторына ұқсас жұмыс істейді және Pascal, Ada, C/C++, C#, Visual Basic NET, Java және көптеген басқа да жоғары деңгейлі императивті бағдарламалау тілдерінде `switch`, `case`, `select` немесе `inspect` сияқты кілт сөздерді қолданады. `Switch` операторлары екі негізгі түрінде кездеседі: Pascal-дағы сияқты бір тармақ орындалатын құрылымды `switch` және C-дегі сияқты `goto` түрінде жұмыс істейтін құрылымсыз `switch`. `Switch` операторын пайдаланудың басты себептері – түсініктілікті арттыру, әсіресе қайталанатын кодты азайту арқылы, сондай-ақ (егер эвристика рұқсат етсе) компилятордың оңтайландыру мүмкіндіктері арқасында орындалу жылдамдығын арттыру. +Cswitch (age) { case 1: printf("Сіз бір жастасыз. "); break; case 2: printf("Сіз екі жастасыз. "); break; case 3: printf("Сіз үш жастасыз. "); break; case 4: printf("Сіз үш немесе төрт жастасыз. "); break; default: printf("Сіз 1, 2, 3 немесе 4 жаста емессіз! "); }

Семантика

Семантикалық тұрғыдан, ауысу операторларының екі негізгі түрі бар. Бірінші түрі – Паскальдегідей құрылымдалған ауысулар, онда дәл бір тармақ орындалады, ал жағдайлар бөлек, өзара байланыссыз блоктар ретінде қарастырылады. Бұл жалпыланған егер-әйтпесе шартты оператор ретінде жұмыс істейді, тек екі ғана емес, кез келген саны тармақтармен. Екінші түрі – C-дегідей құрылымдалмаған ауысулар, онда жағдайлар бір блок ішіндегі белгілер ретінде қарастырылады, ал ауысу жалпыланған goto операторы ретінде жұмыс істейді. Бұл айырмашылық түсірілім арқылы өту деп аталады, оның мәні төменде егжей-тегжейлі сипатталады.

Құлап өту

Көптеген тілдерде тек сәйкес келетін блок орындалады, содан кейін орындау `switch` операторының соңында жалғасады. Бұларға Паскаль отбасы (Object Pascal, Modula, Oberon, Ada және т.б.) кіреді, сондай-ақ PL/I, Фортранның қазіргі заманғы түрлері және Паскальдың ықпалындағы BASIC диалектілері, көптеген функционалдық тілдер және тағы басқалары. Бір кодты бірнеше мәнмен орындауға мүмкіндік беру үшін (және кодты қайталаудан аулақ болу үшін) Паскаль типтес тілдер әр жағдайда кез келген сандағы мәндерге рұқсат береді, олар үтірмен бөлінген тізім түрінде, диапазон түрінде немесе олардың комбинациясы ретінде беріледі. C тілінен туындаған тілдер және жалпы алғанда Фортранның есептелген `GOTO` операторының ықпалындағы тілдер керісінше, басқару сәйкес келетін жағдайға ауысады, содан кейін орындау жалғасады ("түсіп кетеді") бастапқы мәтіндегі келесі жағдаймен байланысты операторларға. Бұл сонымен қатар бірнеше мәнді арнайы синтаксиссіз бір нүктеге сәйкес келтіруге мүмкіндік береді: олар жай ғана бос денелерімен тізімделеді. Мәндер жағдайдың денесіндегі кодпен шартты түрде байланыстырылуы мүмкін. Іс жүзінде, түсіп кету әдетте сәйкес келетін блоктың соңында `break` операторын қолдану арқылы болдырмайды, бұл `switch` блогының орындалуын тоқтатады, бірақ егер бағдарламашы `break` операторын қосуды ұмытса, бұл қасақана түсіп кетуден туындаған қателерге әкелуі мүмкін. Сондықтан көптеген адамдар мұны тілдің кемшілігі деп санайды және кейбір линтерлер ескертеді. Синтаксистік тұрғыдан, жағдайлар блок емес, белгілер ретінде қарастырылады, ал `switch` және `break` операторлары басқару ағынын нақты өзгертеді. C тілінің ықпалындағы кейбір тілдер, мысалы JavaScript, әдепкі түсіп кетуді сақтайды, ал басқалары түсіп кетуді алып тастайды немесе оған тек ерекше жағдайларда ғана рұқсат береді. C отбасындағы осыған байланысты ерекшеліктердің бірі – C#, онда барлық блоктар бос болмаса, `break` немесе `return` операторымен аяқталуы керек (яғни, түсіп кету бірнеше мәнді көрсету тәсілі ретінде қолданылады). Кейбір жағдайларда тілдер түсіп кетуге қосымша опцияны ұсынады. Мысалы, Perl әдепкі бойынша түсіп кетпейді, бірақ жағдай `continue` операторын қолдану арқылы оны анық түрде іске қосуға болады. Бұл кездейсоқ түсіп кетуді болдырмайды, бірақ қалаған жағдайда оған рұқсат береді. Сол сияқты, Bash әдепкі бойынша `;;` арқылы аяқталғанда түсіп кетпейді, бірақ оның орнына `;&` немесе `;&&` арқылы түсіп кетуге рұқсат береді. Түсіп кетуге сүйенетін `switch` операторының мысалы – Даффтың құрылғысы.

In many languages, only the matching block is executed, and then execution continues at the end of the switch statement. These include the Pascal family (Object Pascal, Modula, Oberon, Ada, etc.) as well as PL/I, modern forms of Fortran and BASIC dialects influenced by Pascal, most functional languages, and many others. To allow multiple values to execute the same code (and avoid needing to duplicate code), Pascal type languages permit any number of values per case, given as a comma separated list, as a range, or as a combination. Languages derived from C language, and more generally those influenced by Fortran's computed GOTO, instead feature fallthrough, where control moves to the matching case, and then execution continues ("falls through") to the statements associated with the next case in the source text. This also allows multiple values to match the same point without any special syntax: they are just listed with empty bodies. Values can be special conditioned with code in the case body. In practice, fallthrough is usually prevented with a break keyword at the end of the matching body, which exits execution of the switch block, but this can cause bugs due to unintentional fallthrough if the programmer forgets to insert the break statement. This is thus seen by many as a language wart, and warned against in some lint tools. Syntactically, the cases are interpreted as labels, not blocks, and the switch and break statements explicitly change control flow. Some languages influenced by C, such as JavaScript, retain default fallthrough, while others remove fallthrough, or only allow it in special circumstances. Notable variations on this in the C family include C#, in which all blocks must be terminated with a break or return unless the block is empty (i. e. fallthrough is used as a way to specify multiple values). In some cases languages provide optional fallthrough. For example, Perl does not fall through by default, but a case may explicitly do so using a continue keyword. This prevents unintentional fallthrough but allows it when desired. Similarly, Bash defaults to not falling through when terminated with ;;, but allows fallthrough with ;& or ;;& instead. An example of a switch statement that relies on fallthrough is Duff's device.

Жинақтау

GCC немесе Clang сияқты оңтайландырушы компиляторлар switch операторын тармақ кестесіне немесе жағдайлардағы мәндер бойынша екілік іздеуге түрлендіре алады. Тармақ кестесі switch операторына салыстырулар тізімін қарастырмай, тұрақты, шағын көлемдегі нұсқаулар арқылы қай тармақты орындау керектігін анықтауға мүмкіндік береді, ал екілік іздеу switch операторындағы жағдайлар санымен өлшенетін логарифмдік мөлшерде салыстыруларды ғана қажет етеді. Көбінесе, компилятор жасаған жиналым тілі немесе машиналық кодты қарап шығу арқылы ғана осы оңтайландырудың қолданылғанын анықтауға болады.

Баламалы пайдалану

Көптеген тілдер коммутатор блоктарындағы өрнектерді орындалу барысында бағалайды, бұл құрылымды күтпеген түрде пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл компилятордың кейбір оңтайландыруларын шектеуге себеп болады, сондықтан динамикалық және сценарийлік тілдерде осы құрылым жиі кездеседі, себебі ондағы икемділіктің артуы өнімділік шығындарынан гөрі маңыздырақ.

Ерекшеліктерді өңдеу

Көптеген тілдер қателерді өңдеуде тармақтағыш оператордың бір түрін қолданады, егер блок ішінде қате туындаса, сол қатеге байланысты жеке тармақ таңдалады. Кейбір жағдайларда, егер қате туындамаса, әдепкі тармақ та болуы мүмкін. Алғашқы мысалдардың бірі – TRY EXCEPT синтаксисін пайдаланатын Modula 3 тілі, онда әр EXCEPT жеке жағдайды анықтайды. Бұл Delphi, Scala және Visual Basic NET тілдерінде де кездеседі.