Sentencia switch

En programación informática , una instrucción switch es un mecanismo de control de flujo de selección que cambia el control de ejecución en función del valor de una expresión (es decir, la evaluación de una variable ). Una instrucción switch es similar a una instrucción if , pero en lugar de ramificarse solo en verdadero o falso, se ramifica en cualquier número de valores. Aunque la sintaxis varía según el lenguaje de programación , la mayoría de los lenguajes imperativos proporcionan una instrucción con la semántica descrita aquí como la instrucción switch. A menudo denotada con la palabra claveswitch , algunos lenguajes usan variaciones como case, select, o inspect.

En ocasiones, el uso de una instrucción switch se considera superior a una serie equivalente de instrucciones if-then-else porque:

Más fácil de entender

Y, por consiguiente, es más fácil de mantener: al menos en parte, ya que tiene una profundidad fija.

Más fácil de depurar

Por ejemplo, establecer puntos de interrupción en el código en lugar de en una tabla de llamadas, si el depurador no tiene capacidad para establecer puntos de interrupción condicionales.

Más fácil de verificar

que todos los valores se procesen correctamente, ya que un compilador puede advertir si un valor no se procesa adecuadamente.

Puede ejecutarse más rápido

Una implementación optimizada puede ejecutarse mucho más rápido porque a menudo se implementa como una tabla de ramificación . ^{[ 1 ]} Cuando se implementa de esta manera, una instrucción switch incorpora un hash perfecto .

Un compilador optimizador como GCC o Clang puede compilar una instrucción switch en una tabla de ramificación o en una búsqueda binaria . ^{[ 2 ]} Una tabla de ramificación permite que el programa determine qué rama ejecutar con un solo cálculo en lugar de comparar valores en una secuencia. Una búsqueda binaria solo requiere un número logarítmico de comparaciones, medido en el número de casos en la instrucción switch. Generalmente, la única forma de determinar si el código se optimizó de esta manera es analizando la salida del compilador, como el código ensamblador o el código máquina .

Menos complejo

En términos de un grafo de flujo de control , una instrucción switch consta de dos nodos (entrada y salida), más una arista entre ellos para cada opción. Por el contrario, una secuencia de instrucciones if-then-else tiene un nodo adicional para cada caso que no sea el primero ni el último, junto con una arista correspondiente. El grafo de flujo de control resultante para las secuencias de "if" tiene, por lo tanto, muchos más nodos y casi el doble de aristas, sin añadir información útil.

Normalmente, una instrucción switch implica:

Verbo

Comienza con un verbo de control como selectque va seguido de una expresión que a menudo es un nombre de variable; la expresión de control o variable de control .

Casos

Las secciones alternativas de ramificación subsiguientes comienzan cada una con una palabra clave (es decir, case) más un valor (o varios valores) junto con el código que se ejecutará para el/los valor/es. En algunos lenguajes, como PL/I y Rexx , si se omite la expresión de control, cada alternativa comienza con una whencláusula que contiene una expresión booleana y se produce una coincidencia para el primer caso en el que dicha expresión se evalúa como verdadera; similar a una estructura if-then-else.

En un lenguaje con comportamiento de continuación secuencial, como C, cada sección termina con una palabra clave (como break) si esa sección no debe continuar secuencialmente.

Por defecto

Normalmente se permite un caso predeterminado opcional, a menudo mediante una palabra clave como default, otherwise, o else. El control salta a esta sección cuando ninguno de los otros casos coincide con la expresión de control. En algunos lenguajes, como C, si ningún caso coincide y se omite la sección predeterminada, la instrucción no hace nada, pero en otros, como PL/I, se produce un error.

Existen dos variantes principales de la instrucción switch: la no estructurada , que admite la ejecución secuencial, y la estructurada , que no.

En una estructura switch, como en lenguajes tipo Pascal , el control salta del inicio de la instrucción switch al caso seleccionado y, al final del caso, salta al final de la instrucción switch. Esto se comporta como una condicional if-then-else , pero admite ramificaciones con valores distintos a verdadero y falso. Para permitir que varios valores ejecuten el mismo código (evitando código duplicado ), la sintaxis permite varios valores por caso.

Una instrucción switch no estructurada, como en C (y, en general, en lenguajes influenciados por el goto calculado de Fortran ), funciona como goto . El control se ramifica desde el inicio de la instrucción switch hacia una sección case y luego continúa hasta una instrucción de salida de bloque o el final de la instrucción switch. Cuando el control se ramifica a un case, pero continúa en la siguiente rama, el flujo de control se denomina caída libre y permite ramificar al mismo código para múltiples valores.

El fallo continuo se evita terminando un caso con una palabra clave (es decir, break), pero un error común es omitir accidentalmente la palabra clave, lo que provoca un fallo continuo no intencional y a menudo un error . Por lo tanto, muchos consideran que esta característica del lenguaje es peligrosa, ^{[ 3 ]} y a menudo el código con fallo continuo produce una advertencia de una herramienta de calidad de código como lint .

Algunos lenguajes, como JavaScript , conservan la semántica de ejecución secuencial, mientras que otros la excluyen o restringen. En particular, en C# todos los bloques deben terminar con break`or` returna menos que el bloque esté vacío, lo que limita la ejecución secuencial solo para ramificaciones desde múltiples valores.

En algunos casos, los lenguajes proporcionan una opción de ejecución continua. Por ejemplo, Perl no ejecuta la ejecución continua por defecto, pero un caso puede hacerlo explícitamente usando una continuepalabra clave, evitando así la ejecución continua no intencionada. De manera similar, Bash por defecto no ejecuta la ejecución continua cuando termina con ;;, pero permite la ejecución continua ^{[ 4 ]} con ;&o ;;&en su lugar.

Un ejemplo de una sentencia switch que se basa en la ejecución secuencial es el dispositivo de Duff .

Algunos lenguajes permiten expresiones condicionales complejas (no solo valores estáticos), lo que posibilita un comportamiento de ramificación más dinámico. Esto limita ciertas optimizaciones del compilador, por lo que es más común en lenguajes dinámicos donde se prioriza la flexibilidad sobre el rendimiento.

Por ejemplo, en PHP y Ruby , se puede usar una constante como expresión de control, y se ejecuta la primera sentencia case que coincide con esa constante. En el siguiente código PHP, la expresión switch es simplemente el valor verdadero, por lo que se selecciona la primera expresión case que es verdadera.

switch ( true ) { case ( $x == 'hello' ) : foo (); break ; case ( $z == 'howdy' ) : break ; }

Esta función también resulta útil para comparar varias variables con un solo valor, en lugar de comparar una variable con muchos valores.

switch ( 5 ) { case $x : break ; case $y : break ; }

COBOL también admite este formato mediante su EVALUATEinstrucción. PL/I admite un comportamiento similar omitiendo la expresión de control, y WHENse ejecuta la primera expresión que se evalúa como verdadera.

En Ruby, debido a su manejo de la ===igualdad, la expresión case se puede usar para probar la clase de una variable. Por ejemplo:

case input when Array then puts 'input is an Array!' when Hash then puts 'input is a Hash!' end

Algunos lenguajes permiten evaluar una instrucción switch para obtener un valor.

J := caso I de ( 3.14 , 2.78 , 44 8.9 ) ; A := caso DECODE ( C ) - 128 de ( " A " , " B " , " C " , " D " , " E " , " F " ) ;

int dayCount = switch ( month ) { case ENE , MAR , MAY , JUL , AGO , OCT , DIC -> 31 ; case ABR , JUN , SEP , NOV -> 30 ; case FEB -> { if ( year % 400 == 0 ) { yield 29 ; } else if ( year % 100 == 0 ) { yield 28 ; } else if ( year % 4 == 0 ) { yield 29 ; } else { yield 28 ; } } };

comida para gatos = caso cuando gato.edad < = 1 junior cuando gato.edad > 10 senior sino normal fin​

Varios lenguajes implementan una forma de instrucción switch para el manejo de excepciones , donde si se produce una excepción en un bloque, se elige una rama independiente, dependiendo de la excepción. En algunos casos, también existe una rama predeterminada si no se produce ninguna excepción. Un ejemplo temprano es Modula-3 , que utiliza la sintaxis TRY... , donde cada uno define un caso. Esto también se encuentra en Delphi , Scala y Visual Basic .NET .EXCEPTEXCEPT

Algunas alternativas al uso de una sentencia switch incluyen:

Si-entonces-si no

Una serie de condicionales if-then-else pueden comprobar cada valor de caso, uno a la vez. Se puede lograr la ejecución secuencial con una secuencia de condicionales if, cada uno sin la cláusula else.

Tabla de control

La lógica de una instrucción switch se puede codificar como una tabla de control (una forma de tabla de búsqueda ) que se indexa mediante los valores de cada caso, y cada valor codifica lo que de otro modo habría en la sección del caso , como un puntero a función , una función anónima o un mecanismo similar.

En un lenguaje que no proporciona una instrucción switch, como Lua , ^{[ 13 ]} una tabla de control proporciona una forma de implementar la semántica de la instrucción switch al tiempo que permite una eficiencia en tiempo de ejecución que if-then-else no proporciona.

Coincidencia de patrones

La coincidencia de patrones es una funcionalidad similar a un interruptor que se utiliza en muchos lenguajes de programación funcional .

En su texto de 1952, Introducción a la metamatemática , Stephen Kleene demuestra formalmente que la función de caso (siendo la función if-then-else su forma más simple) es una función recursiva primitiva , donde define la noción de "definición por casos" de la siguiente manera:

"#F. La función φ definida así

φ(x ₁ , ... , x _n ) =

• φ ₁ (x ₁ , ... , x _n ) si Q ₁ (x ₁ , ... , x _n ),
• . . . . . . . . . . . .
• φ _m (x ₁ , ... , x _n ) si Q _m (x ₁ , ... , x _n ),
• φ _m+1 (x ₁ , ... , x _n ) en caso contrario,

donde Q ₁ , ... , Q _m son predicados mutuamente excluyentes (o φ(x ₁ , ... , x _n ) tendrá el valor dado por la primera cláusula que se aplique) es recursivo primitivo en φ ₁ , ..., φ _m+1 , Q ₁ , ..., Q _m+1 .

Kleene proporciona una prueba de esto en términos de las funciones recursivas de tipo booleano "sign-of" sg( ) y "not sign of" ~sg( ) (Kleene 1952:222-223); la primera devuelve 1 si su entrada es positiva y −1 si su entrada es negativa.

Boolos, Burgess y Jeffrey hacen la observación adicional de que la "definición por casos" debe ser mutuamente excluyente y colectivamente exhaustiva . También ofrecen una prueba de la recursividad primitiva de esta función (Boolos, Burgess y Jeffrey 2002:74-75).

La estructura if-then-else es la base del formalismo de McCarthy : su uso reemplaza tanto la recursión primitiva como el operador mu .

Los primeros compiladores de Fortran admitían la instrucción goto calculada para bifurcaciones múltiples. Los primeros compiladores de ALGOL admitían un tipo de datos SWITCH que contenía una lista de "expresiones de designación". Una instrucción goto podía hacer referencia a una variable switch y, proporcionando un índice, bifurcarse al destino deseado. Con la experiencia, se comprendió que se necesitaba una construcción de bifurcaciones múltiples más formal, con un único punto de entrada y salida. Lenguajes como BCPL , ALGOL-W y ALGOL-68 introdujeron formas de esta construcción que han perdurado en los lenguajes modernos.

• Eficiencia algorítmica
• Mapeo de índices

• Stephen Kleene , 1952 (10.ª reimpresión, 1991), Introducción a la metamatemática , North-Holland Publishing Company, Ámsterdam, Países Bajos, ISBN 0-7204-2103-9
• George Boolos , John Burgess y Richard Jeffrey , 2002, Computabilidad y lógica: cuarta edición , Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido, ISBN 0-521-00758-5Edición de bolsillo. Véase páginas 74-75.