조건문 switch

메뉴 번호나 요일처럼 하나의 값을 여러 상수와 차례로 비교해야 할 때, else if 체인으로 쓰면 choice == 1, choice == 2처럼 같은 변수의 비교가 줄마다 반복됩니다. switch 문은 이런 경우에 값을 한 번 계산하고, 그 값과 같은 상수 레이블로 실행 위치를 옮깁니다.

이 글은 switch가 받을 수 있는 조건과 case 레이블의 규칙, break가 없을 때 다음 레이블로 이어지는 fall-through, C++17의 [[fallthrough]] 속성, 열거형과 함께 쓸 때의 컴파일러 경고, 그리고 if 체인과 switch 중 무엇을 고를지를 다룹니다.

switch의 형식과 조건

switch는 괄호 안의 조건을 평가한 값과 같은 case 레이블을 찾아 그 뒤의 문장부터 실행합니다. 같은 레이블이 없으면 default 레이블로 가고, default도 없으면 본문 전체를 건너뜁니다.

switch (조건) {
case 상수1:
    // 조건의 값이 상수1일 때 여기서 시작
    break;
case 상수2:
    // 조건의 값이 상수2일 때 여기서 시작
    break;
default:
    // 어떤 case와도 같지 않을 때 여기서 시작
    break;
}

위 그림의 첫 줄처럼 조건은 정수형이나 열거형이어야 하며, 그런 타입으로 문맥상 변환되는 클래스 타입도 쓸 수 있습니다. char나 short, bool 같은 작은 정수 타입은 정수 승격을 거친 타입이 비교 기준이 됩니다. double 같은 실수와 std::string은 조건으로 쓸 수 없으므로, 그런 값으로 분기하려면 if 체인을 씁니다.

case 뒤에는 컴파일할 때 값이 정해지는 상수식이 와야 하며, 그 값은 조건의 타입으로 변환됩니다. 리터럴이나 constexpr 변수는 쓸 수 있지만 실행 중에 정해지는 변수는 쓸 수 없고, 변환한 값이 같은 레이블이 둘 있으면 컴파일 오류입니다. 조건은 switch에 들어올 때 한 번만 평가되며, default는 많아야 하나이고 위치는 자유지만 보통 맨 끝에 둡니다.

메뉴 고르기

다음 예는 표준 입력에서 메뉴 번호를 읽어 해당하는 동작을 출력합니다. switch는 이미 읽은 정수를 레이블과 비교할 뿐, 입력이 정수인지 검사하지 않으므로 읽기에 성공했는지는 그 앞에서 확인합니다.

#include <iostream>

int main() {
    int choice{};
    if (!(std::cin >> choice)) {
        std::cerr << "not an integer\n";
        return 1;
    }

    switch (choice) {
    case 1:
        std::cout << "read\n";
        break;
    case 2:
        std::cout << "save\n";
        break;
    case 3:
        std::cout << "quit\n";
        break;
    default:
        std::cout << "unknown menu\n";
        break;
    }
    std::cout << "done\n";
}

입력이 2이면 case 2에서 시작해 save를 출력하고, break로 switch를 빠져나와 done을 출력합니다. 입력 7은 정수로 읽히지만 같은 레이블이 없어 default의 unknown menu와 done을 출력합니다. 입력 abc는 읽기에 실패하므로 switch에 들어가지 않고 오류 메시지를 낸 뒤 종료 상태 1로 끝납니다. std::cerr는 오류 메시지를 내보내는 표준 오류 스트림으로, 기본으로는 std::cout과 같은 콘솔에 나타나지만 일반 출력과는 다른 통로여서 일반 출력만 파일로 보내도 오류 메시지는 화면에 남습니다. 표준 스트림의 종류는 스트림과 파일 입출력 개요에서 다시 봅니다.

save
done

위 출력은 입력이 2일 때입니다. std::cin >> choice는 앞에서부터 정수로 읽을 수 있는 부분만 꺼내므로 2abc를 입력해도 2를 읽습니다. 한 줄 전체가 정수인지 검사하려면 줄 단위로 읽어 따로 확인해야 하며, 잘못된 입력을 다시 받는 반복은 while과 do-while 반복문에서 다룹니다.

case는 시작 위치일 뿐입니다

case와 default는 블록이 아니라 레이블(label)입니다. 레이블은 실행을 시작할 위치를 표시할 뿐 실행을 멈추지 않으므로, break가 없으면 다음 레이블 아래의 문장까지 차례로 실행됩니다. 이것을 fall-through라고 합니다.

#include <iostream>

int main() {
    char grade{'B'};

    switch (grade) {
    case 'A':
        std::cout << "Excellent!\n";
    case 'B':
        std::cout << "Great!\n";
    case 'C':
        std::cout << "Good job.\n";
        break;
    default:
        std::cout << "Try again.\n";
        break;
    }
}

Great!
Good job.

아래 그림처럼 grade가 'B'이므로 case 'B'에서 시작해 B의 문장을 실행합니다. B 아래에 break가 없어서 case 'C' 아래의 문장도 이어서 실행하고, 그 뒤의 break에서 switch를 끝냅니다. C로 넘어갈 때 grade를 다시 비교하지 않으며, A와 default의 문장은 이 입력에서 실행되지 않습니다. 그림은 두 출력을 우리말 문장으로 나타냈고, 예제는 Windows 콘솔의 인코딩 차이를 피하려고 같은 뜻의 영어 문장을 출력합니다.

break는 자신을 둘러싼 가장 안쪽의 switch나 반복문을 끝냅니다. return처럼 함수를 끝내는 문장도 fall-through를 막으므로, 각 레이블의 문장이 어디서 끝나는지 코드에 분명히 드러나게 합니다.

여러 case가 본문을 함께 쓰기

레이블 사이에 문장이 없으면 여러 레이블이 같은 문장을 시작점으로 공유합니다. 다음 예는 달마다 일수를 출력하며, 2월은 윤년을 따지지 않았습니다.

#include <iostream>

int main() {
    int month{4};

    switch (month) {
    case 1: case 3: case 5: case 7:
    case 8: case 10: case 12:
        std::cout << month << ": 31 days\n";
        break;
    case 4: case 6: case 9: case 11:
        std::cout << month << ": 30 days\n";
        break;
    case 2:
        std::cout << month << ": 28 or 29 days\n";
        break;
    default:
        std::cout << month << ": invalid month\n";
        break;
    }
}

4: 30 days

month가 4이면 case 4에서 시작하는데, 그 뒤에 문장 없이 case 6, case 9, case 11이 이어지고 바로 30일 출력문이 나옵니다. 이처럼 레이블만 연달아 둔 것은 문장을 실행한 뒤 다음 레이블로 넘어가는 fall-through와 달리 실수로 오해받을 일이 없으므로, 따로 표시하지 않아도 됩니다.

[[fallthrough]]로 의도 밝히기

문장을 실행한 뒤 다음 레이블로 일부러 이어 가야 할 때도 있습니다. C++17부터는 그 자리에 [[fallthrough]];를 써서 의도한 흐름이라는 것을 컴파일러와 읽는 사람에게 알립니다. 이 속성은 빈 문장에 붙으며, 바로 다음에 같은 switch의 case나 default 레이블이 와야 합니다.

switch (grade) {
case 'A':
    std::cout << "Excellent!\n";
    [[fallthrough]];
case 'B':
    std::cout << "Great!\n";
    break;
default:
    std::cout << "Try again.\n";
    break;
}

grade가 'A'이면 Excellent!와 Great!를 출력하고, 'B'이면 Great!만 출력합니다. GCC는 -Wextra에 포함된 -Wimplicit-fallthrough로 표시 없는 fall-through를 경고하고, [[fallthrough]];가 있는 자리는 경고하지 않습니다. 그래서 경고를 켜 두면 break를 빠뜨린 실수와 의도한 이어짐을 구별할 수 있습니다.

열거형과 switch

상수와 리터럴에서 본 열거형은 switch와 잘 어울립니다. 열거자 이름이 레이블이 되어, 숫자보다 각 분기의 뜻이 잘 드러납니다.

#include <iostream>

enum class Light { Red, Yellow, Green };

int main() {
    Light light{Light::Yellow};

    switch (light) {
    case Light::Red:
        std::cout << "stop\n";
        break;
    case Light::Yellow:
        std::cout << "slow down\n";
        break;
    case Light::Green:
        std::cout << "go\n";
        break;
    }
}

slow down

이 switch에는 default가 없습니다. 나중에 Light에 열거자를 추가하고 case를 빠뜨리면, GCC는 -Wall에 포함된 -Wswitch로 처리하지 않은 열거자를 경고합니다. default를 두면 이 경고가 나오지 않으므로, 열거자를 모두 다뤄야 하는 switch에는 일부러 default를 빼고 경고에 기대는 방법도 있습니다. 다만 정수를 열거형으로 바꾼 값처럼 열거자 밖의 값이 들어올 수 있다면, 그 경우를 어디서 처리할지 따로 정해야 합니다.

case 안에서 변수 선언하기

switch 본문은 하나의 블록이어서, 한 레이블 아래에서 선언한 변수의 범위가 다음 레이블까지 이어집니다. 그런데 다른 case로 들어가면 그 선언의 초기화를 건너뛰게 되므로, 초기화가 있는 선언을 건너뛰는 점프는 컴파일 오류입니다.

switch (choice) {
case 1: {
    int count{10};
    std::cout << count << '\n';
    break;
}
case 2:
    std::cout << "two\n";
    break;
}

case 1 아래의 문장을 중괄호로 감싸면 count의 범위가 그 블록으로 좁아져, case 2로 들어갈 때 건너뛰는 선언이 없어집니다. 중괄호 없이 int count{10};을 두면, GCC는 case 2 레이블로의 점프가 초기화를 건너뛴다는 오류를 냅니다. case 안에서 변수가 필요하면 이처럼 블록을 만들어 둡니다.

if 체인과 switch 중 고르기

두 문장은 모두 여러 경우를 나누지만, 잘 맞는 조건의 모양이 다릅니다.

switch가 if 체인보다 빠르다는 보장은 언어에 없습니다. 컴파일러는 두 문장 모두 점프 테이블이나 비교의 연속 등으로 최적화할 수 있으므로, 조건의 모양과 읽기 쉬운 구조를 먼저 기준으로 삼고 성능이 중요한 곳은 실제 빌드로 측정합니다.

정리

• switch는 조건을 한 번 평가해 같은 값의 case에서, 없으면 default에서 실행을 시작하고, 둘 다 없으면 본문을 건너뜁니다.
• 조건은 정수형이나 열거형이어야 하며, case에는 서로 다른 값의 상수식만 올 수 있습니다. 실수와 문자열은 if 체인으로 분기합니다.
• case는 시작 위치일 뿐이어서 break가 없으면 다음 레이블의 문장까지 이어서 실행합니다.
• 의도한 fall-through에는 C++17의 [[fallthrough]];를 쓰고, GCC의 -Wimplicit-fallthrough로 빠뜨린 break를 찾습니다.
• 열거형의 switch에서 default를 빼면 -Wswitch가 처리하지 않은 열거자를 알려 줍니다.
• case 안에서 초기화가 있는 변수를 선언하려면 중괄호로 블록을 만듭니다.

연습 문제

1. break 하나 추가하기

fallthrough.cpp에서 Great!를 출력하는 문장 다음에만 break;를 추가하면 출력은 어떻게 되나요? grade가 'A'일 때는 어떻게 되나요?

2. 레이블과 맞지 않는 값

fallthrough.cpp를 원래대로 두고 grade를 'D'로 바꾸면 무엇이 출력되나요? default를 지우면 어떻게 되나요?

3. 입력 실패와 default

menu_switch.cpp에서 abc를 입력하면 왜 unknown menu가 출력되지 않나요?

다음 글 for 반복문에서는 같은 문장을 정해진 횟수만큼, 또는 조건이 참인 동안 되풀이하는 for 문을 다룹니다.