前言 前面我們講到了《函數指針》，今天我們看一個編程技巧-函數跳轉表。我們先來看如何實現一個簡易計算器。 初始版本 讓我們實現一個簡易計算器，我們首先能想到的方式是什麼？switch語句或者if else語句。沒錯，初學就會想到的兩種方式，我們來看看這種實現方式。這裡我們選擇switch語句，定義一 ...
前言
前面我們講到了《函數指針》，今天我們看一個編程技巧-函數跳轉表。我們先來看如何實現一個簡易計算器。
初始版本
讓我們實現一個簡易計算器，我們首先能想到的方式是什麼？switch語句或者if else語句。沒錯，初學就會想到的兩種方式，我們來看看這種實現方式。這裡我們選擇switch語句，定義一個操作類型，用戶選擇操作類型與操作類型匹配時，選擇對應的處理函數進行處理，calc1.c代碼如下：
/*calc1.c*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
/*將操作定義為枚舉類型*/
typedef enum
{
OP_ADD = 0,
OP_SUB,
OP_MUL,
OP_DIV,
}OP_TYPE;
/*加減乘除處理函數*/
double ADD(double op1,double op2)
{
return op1+op2;
}
double SUB(double op1,double op2)
{
return op1-op2;
}
double MUL(double op1,double op2)
{
return op1*op2;
}
double DIV(double op1,double op2)
{
return op1/op2;
}
double calc(int op,double op1,double op2)
{
/*使用switch，根據操作類型，選擇操作*/
double result = 0;
switch(op)
{
case OP_ADD:
{
result = ADD(op1,op2);
break;
}
case OP_SUB:
{
result = SUB(op1,op2);
break;
}
case OP_MUL:
{
result = MUL(op1,op2);
break;
}
case OP_DIV:
{
result = DIV(op1,op2);
break;
}
default:
{
printf("unsupport opration\n");
break;
}
}
return result;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
if(4 > argc)
{
printf("usage:op num1 num2\n");
printf("op[0:add,1:sub,2:mul;3:div]\n");
return 0;
}
int op = atoi(argv[1]);
double op1 = atof(argv[2]);
double op2 = atof(argv[3]);
printf("op:%d,op1:%.1f,op2:%.1f\n",op,op1,op2);
double result = calc(op,op1,op2);
printf("result is %.1f\n",result);
return 0;
}
除去編譯器對switch進行優化的情況，這種設計方式有以下幾個缺點：
- 操作增加時，代碼增加，case語句將變得冗長。
- 操作增加時，分支增加，處理對應操作的時間將會增長。
- 代碼可維護性較差。
我們觀察代碼會發現，每增加一種操作，就需要增加一個分支，當操作越來越多的時候calc函數將會變得冗長且不易維護。並且如果沒有編譯器優化，由於在找到最終匹配的之前，每一個case語句都需要執行，因此可能將導致運行時間變長。
函數跳轉表版本
既然每一個操作對應一個函數，那麼完全可以定義一個函數指針數組，而每個操作對應一個下標值，只要知道下標值，很快就可以找到對應的函數。我們都知道，數組下標方式訪問數據效率是很高的。該版本實現如下：
calc2.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
/*將操作定義為枚舉類型*/
typedef enum
{
OP_ADD = 0,
OP_SUB,
OP_MUL,
OP_DIV,
}OP_TYPE;
/*入參為double，出參為double的函數指針*/
typedef double (*OP_FUNC)(double,double);
typedef struct OP_STRUCT
{
OP_TYPE opType;//操作類型
OP_FUNC opFun; //操作函數
}OP_STRUCT;
/*加減乘除處理函數與calc1.c相同，這裡省略，可自行添加*/
/*函數跳轉表*/
static OP_STRUCT g_opStruct[] =
{
{OP_ADD ,ADD},
{OP_SUB ,SUB},
{OP_MUL ,MUL},
{OP_DIV ,DIV},
};
/*最大操作數量*/
static int g_opNum = sizeof(g_opStruct)/sizeof(OP_STRUCT);
double calc(int op,double op1,double op2)
{
if(op >= g_opNum || op < 0)
{
printf("unknow opration\n");
return 0;
}
/*根據操作類型直接選擇操作函數*/
return g_opStruct[op].opFun(op1,op2);
}
/*main函數與calc1.c相同，這裡省略*/
calc函數中，直接根據操作類型而選擇需要的操作處理函數。時間複雜度為O(1)。另外，當需要新增一種操作時，不需要修改calc函數，只需要在函數表g_opStruct中增加一種操作即可。而操作處理是一個返回值為double，入參為兩個double的函數，因此使用：
typedef double (*OP_FUNC)(double,double);
將該類型函數指針定義為OP_FUNC，方面後面的使用。
另外，還可以看到calc函數很簡潔，關鍵代碼只有一行。
總結
本文的例子有很多可以優化的地方，例如異常時返回0，可能被當成結果等等，這裡只是用switch語句和跳轉表作簡單的示例。而對於同類型的分支處理，完全可以考慮使用跳轉表的方式，使用跳轉表還需要註意的一點就是數組越界。
跳轉表只是一種思路，它並不是在所有情況下都可以替代switch語句，可根據實際情況決定是否需要使用。
思考
為什麼在說明第一個版本的簡易計算器的時候，強調：除去編譯器對switch進行優化的情況？
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