表驱动方法(Table-Driven Methods) - winner_0715 - 博客园 https://www.cnblogs.com/winner-0715/p/9382048.html


What

表驱动方法(Table-Driven Methods),在《Unix 编程艺术》中有提到,《代码大全》的第十八章对此进行了详细地讲解。

表驱动法是一种编程模式(Scheme),从表里面查找信息而不使用逻辑语句(if 和case) 它的好处是消除代码里面到处出现的if、else、swith语句,让凌乱代码变得简明和清晰。
对简单情况而言,表驱动方法可能仅仅使逻辑语句更容易和直白,但随着逻辑的越来越复杂,表驱动法就愈发有吸引力。

if...else...比较多的时候就想想表驱动法...

Why

先通过一个简单的例子体验下,在某些情况下,如果不使用表驱动方法,代码会如何地难看。

假设让你实现一个返回每个月天数的函数(为简单起见不考虑闰年)。

初级码农的笨方法是马上摆出 12 副威武雄壮的 if-else 组合拳:

int iGetMonthDays(int iMonth){
int iDays; if(1 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(2 == iMonth) {iDays = 28;}
else if(3 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(4 == iMonth) {iDays = 30;}
else if(5 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(6 == iMonth) {iDays = 30;}
else if(7 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(8 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(9 == iMonth) {iDays = 30;}
else if(10 == iMonth) {iDays = 31;}
else if(11 == iMonth) {iDays = 30;}
else if(12 == iMonth) {iDays = 31;} return iDays;
}

稍微机灵点的码农发现每月天数无外乎 28、30、31 三种,或许会用 switch-case “裁剪”下:

int iGetMonthDays(int iMonth){
int iDays; switch (iMonth) {
case 1:
case 3:
case 5:
case 7:
case 8:
case 10:
case 12:{iDays = 31;break;}
case 2:{iDays = 28;break;}
case 4:
case 6:
case 9:
case 11:{iDays = 30;break;}
} return iDays;
}

这两种方法充斥了大量的逻辑判断,还凭空冒出了一大堆1,2,...,11,12这样的 Magic Number(魔鬼数字公然出现在程序里是很 ugly 的做法),不利于代码的维护与扩展。

表驱动处理起来就赏心悦目得多了:

static int monthDays[12] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

int iGetMonthDays(int iMonth){
return monthDays[(iMonth - 1)];
}

How

表驱动可以使你的代码更简洁,结构更加灵活,多用于逻辑性不强但是分支多的情况。

如何使用表驱动法?需要明确两个关键问题:

  • 表的形式及表中放什么内容

    • 表形式可以为一维数组、二维数组和结构体数组。
    • 表中可以存放数值、字符串或函数指针等数据。
  • 如何去访问表。

下面介绍表的三种访问方式:

直接访问

直接根据“键”来获得“值”,给定下标 index,然后array[index]就获得数组在相应下标处的数值。例如前面这个根据月份取天数的例子。

索引访问

它适用于这样的情况:假设你经营一家商店,有 100 种商品,每种商品都有一个 ID 号,但很多商品的描述都差不多,所以只有 30 条不同的描述,如何建立建立商品与商品描述的表?

还是同上面做法来一一对应吗?那样描述会扩充到 100 个,会有 70 个描述是重复的!太浪费了。

方法是建立一个 100 长的索引和 30 长的描述,然后这些索引指向相应的描述(不同的索引可以指向相同的描述),这样就解决了表数据冗余的问题啦。

struct product_t {
char * id;
int desc_index;
}; const char * desc[] = {
"description_1",
"description_2",
...
"description_29",
"description_30"
}; const product_t goods [] = {
{"id_1", 3},
{"id_2", 1},
...
{"id_99", 12},
{"id_100", 5}
}; const char* desc_product (const char* id) {
for (const product_t & p : goods) {
if (strcmp(p.id, id) == 0) {
return desc[p.desc_index - 1];
}
} return NULL;
}

阶梯访问

例子:将百分制成绩转成五级分制(我们用的优、良、中、合格、不合格,西方用的 A、B、C、D和F),假定转换关系:

Score Degree
[90-100] A
[80,90) B
[70,80) C
[60,70) D
[0,60) F

如何用表格表示这些范围?你当然可以用第一种直接访问的方法:申请一个 100 长的表,然后在这个表中填充相应的等级。很明显,也会浪费大量空间,有没有更好的方法?

对于这种“某个范围区间内,对应某个值”的逻辑规则,可用阶梯访问的方式。

const char gradeTable[] = {
'A', 'B', 'C', 'D', 'F'
}; const int downLimit[] = {
90, 80, 70, 60
}; int degree(int score)
{
int gradeLevel = 0;
char lowestDegree = gradeTable[sizeof(gradeTable)/sizeof(gradeTable[0]) - 1]; // 这里可用二分查找优化
while (gradeTable[gradeLevel] != lowestDegree) {
if(score < downLimit[gradeLevel]) {
++ gradeLevel;
} else {
break;
}
} return gradeTable[gradeLevel];
}

将来如果等级规则变了(比如 85~100 分为等级 A,或添加 50~60 分为等级 E),只需要修改 gradeTable 和 downLimit 表就行,degree 函数可以保持一行都不改动。

更进一步地,gradeTable 和 downLimit 表还可以配置文件的形式表示,主程序从外部文件 load 进来就行,程序灵活性大大增加。

Review

伟大的 C 语言大师 Rob Pike 有句话说的好:

数据压倒一切。如果选择了正确的数据结构并把一切组织的井井有条,正确的算法就不言自明。编程的核心是数据结构,而不是算法。

对人类来说,数据比编程逻辑更容易驾驭。在复杂数据和复杂代码中选择,宁可选择前者。

更进一步,在设计中,应该主动将代码的复杂度转移到数据中去。

这里谈到了 Unix 哲学之分离原则:

策略同机制分离

机制,即提供的功能。

策略,即如何使用功能。

以百分制转五级分制为例,机制就是 degree 函数:你给一个百分制分数给它,它吐出来一个五级分制给你。策略就是gradeTable 和 downLimit 这两个表,它规定了哪个区间的分数对应哪个等级。

从 degree 的实现可以看出:对机制而言,策略是透明的(degree 完全看不到 gradeTable 和 downLimit 这两个表的内部规则)。

将两者分离,可以使机制(degree)相对保持稳定,而同时支持策略(表)的变化。

Ref:

表驱动

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