C语言 . 第二章第二节 . 分支结构 - 指南

分支结构分为if-else语句与switch-case语句

一、if-else

练习：

代码实现：

#include<stdio.h>
  int main(){
  int n;
  scanf("%d", &n);
  if (n == 0){
  printf("HEHE");
  } else if (n > 0 && n < 60){
  printf("FAIL");
  } else if (n >= 60 && n < 75){
  printf("MEDIUM");
  } else if (n >= 75 && n <= 100){
  printf("GOOD");
  }
  printf("\n"); //在最后不要漏掉换行符
  return 0;
  }

还可以这么写，充分利用else的否定意义，简洁精准

#include<stdio.h>
  int main() {
  int n;
  scanf("%d", &n);
  if (n == 0) printf("HEHE\n");
  else if (n < 60) printf("FAIL\n");
  else if (n < 75) printf("MEDIUM\n");
  else if (n <= 100) printf("GOOD\n");
  return 0;
  }

效果：

补充：

scanf("%d%d", &a, &b);
if (a < b) printf("YES\n");
else printf("NO\n");
//如果只是想要实现一条简单的语句，就可以使用不带{}的格式
//但是如果涉及到多步操作，我们就需要用上{}并且使用复合语句
if (a < b) {
c = a * b;
printf("c = %d\n", c);
//此处虽然有两条语句，但是他们在同一个大括号内，算作复合语句。
//此外语句之间应当用‘；’分隔
}
return 0;

二、switch-case语句

a为一个表达式

这里表达式的值

如果等于v1，那么执行代码块1，再执行代码块2，依次类推；

如果等于v2，那么执行代码块2，再执行代码块3；

如果等于v3，那么执行代码块3；

在case v3下面可能还会有一条语句： default ：代码块4

这条语句的作用：如果上述case都不满足，就执行代码块4；

break相当于出口，可以让语句提前结束

以上引用自@初猿°

练习1：

代码实现：

#include<stdio.h>
  int main(){
  int n;
  scanf("%d", &n);
  switch(n){
  case 1: printf("one\n"); break;
  case 2: printf("two\n"); break;
  case 3: printf("three\n"); break;
  default : printf("error\n"); break;
  }
  return 0;
  }

效果：

练习2：

代码实现：

#include<stdio.h>
  int main(){
  int y, m;
  scanf("%d%d", &y, &m);
  //读入年份和月份
  //接下来对m进行分类讨论
  if (m == 2){
  //这里非常容易错，因为要对闰年的定义有一个清晰的理解;
  //如果是整百年份，应当模400才算闰年;
  //如果不是，则应当模4才算闰年;
  //为避免if表达式嵌套if语句，我采用了&、|、==、！=进行多重判断;
  //意思就是：要么y模400，要么y模4且不是100的倍数，输出29;
  //其实这里的！= 0可以省略，因为本来就是非0为真；
  if(y % 400 == 0 || y % 4 == 0 && y % 100 != 0) printf("29");
  else printf("28");
  //接下来表达m = 1或3或5或……也是一门技术活，需要将==和||结合起来进行判断
  } else if (m == 1 || m == 3 || m == 5 || m == 7 || m == 8 || m == 10 || m == 12){
  printf("31");
  } else if (m == 4 || m == 6 || m == 9 || m ==11 ){
  printf("30");
  }
  printf("\n");
  return 0;
  }

效果：

三、CPU中的分支预测（深入）

1. 代码中的分支预测实例与优化

首先通过一个实际案例——LeetCode第9题“回文数”——引出分支预测的应用。

在编写代码时，作者在条件判断中添加了expect宏，用于提示编译器和CPU：某个条件（如x<0）大概率为真或假。这样做的目的是优化程序的运行速度，通过硬件预判减少分支跳转带来的性能损失。

2. 宏定义likely和unlikely的底层原理

接着，视频深入分析了两个关键的宏定义——likely和unlikely。在Linux内核中，likely x和unlikely x分别用宏定义替换为特定的指令，如：

__builtin_expect(!!(x), 1)

这告诉编译器，条件x很可能为真（或为假），从而引导CPU在流水线中做好相应的预处理准备。视频还详细讲解了双重逻辑非（!!）的作用，即将各种逻辑值归一化为0或1，确保预测信息的准确性。这一机制大大提高了分支预测的准确率，降低了流水线的误预测命令，从而提升整体性能。

3. CPU流水线的基本原理与流水线优化

为了理解分支预测的作用，视频阐述了CPU流水线的基础知识。通常，CPU的指令执行可以分为五个步骤：取指（F）、译码（D1、D2）、执行（EX）、写回（WB）。流水线技术让多条指令重叠执行，极大提升吞吐率。以非流水线和流水线操作对比说明：

非流水线：每条指令完整执行需要5个步骤，总共两条指令需10个时间周期。

流水线：指令划分成阶段，每阶段可同时进行，两条指令的执行可以重叠完成，显著减少所需时间

。

4. 分支预测在流水线中的关键作用

视频指出，流水线的最大威胁就是分支结构。如果条件判断在流水线尚未完成时提前加载了错误的指令，就会导致流水线冲突、错误转入，从而降低效率甚至引起性能崩溃。CPU利用分支预测提前猜测条件是否满足，如果预测正确，流水线即可顺利继续；否则，必须进行“错误预测修正”，浪费时间。正因为如此，分支预测的准确性直接关系到流水线的利用率。