1.4 条件执行

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1.4 条件执行

流程控制中最基本的就是条件执行，也就是说，一些操作只能在某些条件满足的情况下才执行，在一些条件下执行某种操作，在另外一些条件下执行另外的操作。这与交通控制中的红灯停、绿灯行条件执行是类似的。我们先来看Java中表达条件执行的语法，然后介绍其实现原理。

1.4.1 语法和陷阱

Java中表达条件执行的基本语法是if语句，它的语法是：

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if(条件语句){
    代码块
}

或

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if(条件语句) 代码；

表达的含义也非常简单，只在条件语句为真的情况下，才执行后面的代码，为假就不执行了。具体来说，条件语句必须为布尔值，可以是一个直接的布尔变量，也可以是变量运算后的结果。我们在1. 3节介绍过，比较运算和逻辑运算的结果都是布尔值，所以可作为条件语句。条件语句为true，则执行括号{}中的代码，如果后面没有括号，则执行后面第一个分号（;）前的代码。

比如，只在变量为偶数的情况下输出：

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int a=10;
if(a%2==0){
    System.out.println("偶数");
}

或者：

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int a=10;
if(a%2==0) System.out.println("偶数");

if的陷阱：初学者有时会忘记在if后面的代码块中加括号，有时希望执行多条语句而没有加括号，结果只会执行第一条语句，建议所有if后面都加括号。

if实现的是条件满足的时候做什么操作，如果需要根据条件做分支，即满足的时候执行某种逻辑，而不满足的时候执行另一种逻辑，则可以用if/else，语法是：

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if(判断条件){
    代码块1
}else{
    代码块2
}

if/else也非常简单，判断条件是一个布尔值，为true的时候执行代码块1，为假的时候执行代码块2。

1.3节介绍了各种基本运算，这里介绍一个条件运算，和if/else很像，叫三元运算符，语法为：

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判断条件 ? 表达式 1 : 表达式2

三元运算符会得到一个结果，判断条件为真的时候就返回表达式1的值，否则就返回表达式2的值。三元运算符经常用于对某个变量赋值，例如求两个数的最大值：

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int max = x > y ? x : y;

三元运算符完全可以用if/else代替，但三元运算符的书写方式更简洁。

如果有多个判断条件，而且需要根据这些判断条件的组合执行某些操作，则可以使用if/else if/else，语法是：

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if(条件1){
    代码块1
}else if(条件2){
    代码块2
} …
else if(条件n){
    代码块n
}else{
    代码块n+1
}

if/else if/else也比较简单，但可以表达复杂的条件执行逻辑，它逐个检查条件，条件1满足则执行代码块1，不满足则检查条件2, ……，最后如果没有条件满足，且有else语句，则执行else里面的代码。最后的else语句不是必需的，没有就什么都不执行。

if/else if/else陷阱：需要注意的是，在if/else if/else中，判断的顺序是很重要的，后面的判断只有在前面的条件为false的时候才会执行。

初学者有时会搞错这个顺序，如下面的代码：

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if(score>60){
    return "及格";
}else if(score>80){
    return "良好";
}else{
    return "优秀"
}

看出问题了吧？如果score是90，可能期望返回“优秀”，但实际只会返回“及格”。

在if/else if/else中，如果判断的条件基于的是同一个变量，只是根据变量值的不同而有不同的分支，如果值比较多，比如根据星期几进行判断，有7种可能性，或者根据英文字母进行判断，有26种可能性，使用if/else if/else比较烦琐，这种情况可以使用switch，语法是：

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switch(表达式){
    case值1：
            代码1; break;
    case值2:
            代码2; break;
    …
    case值n:
            代码n; break;
    default: 代码n+1
}

switch也比较简单，根据表达式的值执行不同的分支，具体来说，根据表达式的值找匹配的case，找到后执行后面的代码，碰到break时结束，如果没有找到匹配的值则执行default后的语句。表达式值的数据类型只能是byte、short、int、char、枚举和String（Java 7以后）。枚举和String我们在后续章节介绍。

switch会简化一些代码的编写，但break和case语法会给初学者造成一些困惑。

break是指跳出switch语句，执行switch后面的语句。每条case语句后面都应该跟break语句，否则会继续执行后面case中的代码直到碰到break语句或switch结束。比如，下面的代码会输出所有数字而不只是1。

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int a = 1;
switch(a){
  case 1:
      System.out.println("1");
  case 2:
      System.out.println("2");
  default:
      System.out.println("3");
}

case语句后面可以没有要执行的代码，如下所示：

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char c = 'A'; //某字符
switch(c){
    case 'A':
    case 'B':
    case 'C':
          System.out.println("A-Z"); break;
    case 'D':
        …
}

case ‘A’/‘B’后都没有紧跟要执行的代码，它们实际会执行第一块碰到的代码，即case ‘C’匹配的代码。

简单总结下，条件执行总体上是比较简单的：单一条件满足时，执行某操作使用if；根据一个条件是否满足执行不同分支使用if/else；表达复杂的条件使用if/elseif/else；条件赋值使用三元运算符，根据某一个表达式的值不同执行不同的分支使用switch。

从逻辑上讲，if/else、if/else if/else、三元运算符、switch都可以只用if代替，但使用不同的语法表达更简洁，在条件比较多的时候，switch从性能上看也更高（稍后解释原因）。

1.4.2 实现原理

条件执行具体是怎么实现的呢？程序最终都是一条条的指令，CPU有一个指令指示器，指向下一条要执行的指令，CPU根据指示器的指示加载指令并且执行。指令大部分是具体的操作和运算，在执行这些操作时，执行完一个操作后，指令指示器会自动指向挨着的下一条指令。

但有一些特殊的指令，称为跳转指令，这些指令会修改指令指示器的值，让CPU跳到一个指定的地方执行。跳转有两种：一种是条件跳转；另一种是无条件跳转。条件跳转检查某个条件，满足则进行跳转，无条件跳转则是直接进行跳转。

if/else实际上会转换为这些跳转指令，比如下面的代码：

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1 int a=10;
2 if(a%2==0)
3 {
4     System.out.println("偶数");
5 }
6 //其他代码

转换到的转移指令可能是：

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1 int a=10;
2 条件跳转：如果a%2==0，跳转到第4行
3 无条件跳转：跳转到第7行
4 {
5     System.out.println("偶数");
6 }
7 //其他代码

你可能会奇怪第3行的无条件跳转指令，没有它不行吗？不行，没有这条指令，它会顺序执行接下来的指令，导致不管什么条件，括号中的代码都会执行。不过，对应的跳转指令也可能是：

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1 int a=10;
2 条件跳转： 如果a%2! =0，跳转到第6行
3 {
4     System.out.println("偶数");
5 }
6 //其他代码

这里就没有无条件跳转指令，具体怎么对应和编译器实现有关。在单一if的情况下可能不用无条件跳转指令，但稍微复杂一些的情况都需要。if、if/else、if/elseif/else、三元运算符都会转换为条件跳转和无条件跳转，但switch不太一样。

switch的转换和具体系统实现有关。如果分支比较少，可能会转换为跳转指令。如果分支比较多，使用条件跳转会进行很多次的比较运算，效率比较低，可能会使用一种更为高效的方式，叫跳转表。跳转表是一个映射表，存储了可能的值以及要跳转到的地址，如表1-5所示。

表1-5 跳转表

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跳转表为什么会更为高效呢？因为其中的值必须为整数，且按大小顺序排序。按大小排序的整数可以使用高效的二分查找，即先与中间的值比，如果小于中间的值，则在开始和中间值之间找，否则在中间值和末尾值之间找，每找一次缩小一半查找范围。如果值是连续的，则跳转表还会进行特殊优化，优化为一个数组，连找都不用找了，值就是数组的下标索引，直接根据值就可以找到跳转的地址。即使值不是连续的，但数字比较密集，差的不多，编译器也可能会优化为一个数组型的跳转表，没有的值指向default分支。

程序源代码中的case值排列不要求是排序的，编译器会自动排序。之前说switch值的类型可以是byte、short、int、char、枚举和String。其中byte/short/int本来就是整数，char本质上也是整数（2.4节介绍），而枚举类型也有对应的整数（5.4节介绍）, String用于switch时也会转换为整数。不可以使用long，为什么呢？跳转表值的存储空间一般为32位，容纳不下long。简单说明下String, String是通过hashCode方法（7.2节介绍）转换为整数的，但不同String的hashCode可能相同，跳转后会再次根据String的内容进行比较判断。

简单总结下，条件执行的语法是比较自然和容易理解的，需要注意的是其中的一些语法细节和陷阱。它执行的本质依赖于条件跳转、无条件跳转和跳转表。条件执行中的跳转只会跳转到跳转语句以后的指令，能不能跳转到之前的指令呢？可以，那样就会形成循环。