Como isso funciona é detalhe de implementação, não é especificado e você não pode se valer disto para fazer algo que só funcione se for implementado de uma forma específica.
O que nós sabemos é que o compilador faz o melhor possível para otimizar o seu uso. Nem sempre ele consegue ou é viável, por isso não há garantias do que ocorrerá. Ele pode funcionar de forma análoga ao if
em alguns casos, mesmo que não exatamente da mesma forma.
Mas ele vai tentar gerar uma tabela de desvios (branch table). Com isso ele precisa fazer só uma comparação e pode achar o endereço que ele deve dar um salto na execução de acordo com uma tabela, mais ou menos como um array.
- Obviamente precisa ser uma comparação simples com dados simples,
- deve ser denso, ou seja, não pode ter muitas lacunas entre os valores possíveis. Mesmo que não tenha algo a executar para um valor no meio da sequência, ele precisa criar um espaço na tabela para ele. Se tiver muitas lacunas o espaço ocupado pela tabela pode ser grande demais,
- precisa ter um número mínimo de opções para compensa a tabela,
- não ocorre desvios durante cada bloco de
case
.
Tem uma série de detalhes que pode variar em cada caso, mas a ideia é que uma busca que poderia levar tempo O(n), passe levar O(1). Obviamente que um bom compilador considera a arquitetura alvo e gera o código que é mais adequado para ela.
Internamente ele funciona muito como um polimorfismo.
Não ligue para os detalhes não importantes para esse assunto nos códigos abaixo.
Se criarmos um switch
para pegar nomes de meses poderemos ver qual o Assembly gerado:
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
char *mes(int i) {
char *texto = (char *)malloc(10);
switch (i) {
case 0:
strcpy(texto, "janeiro");
break;
case 1:
strcpy(texto, "fevereiro");
break;
case 2:
strcpy(texto, "marco");
break;
case 3:
strcpy(texto, "abril");
break;
case 4:
strcpy(texto, "maio");
break;
case 5:
strcpy(texto, "junho");
break;
case 6:
strcpy(texto, "julho");
break;
case 7:
strcpy(texto, "agosto");
break;
case 8:
strcpy(texto, "setembro");
break;
case 9:
strcpy(texto, "outubro");
break;
case 10:
strcpy(texto, "novembro");
break;
case 11:
strcpy(texto, "dezembro");
break;
}
return texto;
}
Veja o Assembly gerado no Compiler Explorer. Também coloquei no Github para referência futura.
Aqui ele faz a comparação uma vez e acha o endereço na tabela:
cmp DWORD PTR [rbp-20], 11
ja .L2
mov eax, DWORD PTR [rbp-20]
mov rax, QWORD PTR .L4[0+rax*8]
jmp rax
Logo abaixo está a tabela e em seguida os blocos de código que devem ser executados.
Se fizer um if
haverá uma comparação para cada valor:
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
char *mes(int i) {
char *texto = (char *)malloc(10);
if (i == 0) {
strcpy(texto, "janeiro");
} else if (i == 1) {
strcpy(texto, "fevereiro");
} else if (i == 2) {
strcpy(texto, "marco");
} else if (i == 3) {
strcpy(texto, "abril");
} else if (i == 4) {
strcpy(texto, "maio");
} else if (i == 5) {
strcpy(texto, "junho");
} else if (i == 6) {
strcpy(texto, "julho");
} else if (i == 7) {
strcpy(texto, "agosto");
} else if (i == 8) {
strcpy(texto, "setembro");
} else if (i == 9) {
strcpy(texto, "outubro");
} else if (i == 10) {
strcpy(texto, "novembro");
} else if (i == 11) {
strcpy(texto, "dezembro");
}
return texto;
}
Veja o Assembly gerado no Compiler Explorer. Também no Github.
Pode ver o código se tiver poucas opções (Github). Não otimiza tanto.
Agrupar cases
não é um problema e otimiza, como pode ser visto no código (Github). Quando há a cascata ele coloca um item na tabela para cada case
, mas a otimização ocorre do mesmo jeito. O break
é usado para determinar quando deve encerrar e não continuar andando na tabela.
Já ter muitas lacunas é um problema e praticamente transforma no código do if
. Veja como fica (Github).
Mas esse código fica melhor se for um array mesmo. Veja como é mais simples (Github).
Você pode estar pensando que só pode usar um array se for para pegar um valor simples e guardar em algum lugar. Na verdade é possível fazer o mesmo com blocos de código em função e chamar cada função de acordo com o valor de busca, a tabela seria dos endereços das funções.
O GCC tem até uma forma mais explícita de fazer isto, mas não funciona em outros compiladores.
Conclusão
Então é isso, a performance costuma ser melhor. Mais do que a performance deve preferir ele sempre que ele fizer sentido, sempre que for uma sequência a ser analisada. Isso valor para números, caracteres, enumerações, ou outras formas que se resumem a números simples.
O mesmo vale para muitas linguagens que prezam pela performance. Tem linguagem que tem isso mais para enfeite mesmo, ou mais para dar uma sintaxe mais adequada e não traz muita vantagem interna. Mas de forma geral ele não é só porque é mais "bonitinho", ele tem uma função própria e se for usado corretamente não tem desvantagens.
Não use onde não precisa, não tenha medo onde ele é adequado.