让你的代码更加优雅的编程技巧

小鱼儿 2022-04-23 07:12 285阅读 0赞

## 前言 ##

前面我们讲到了《[函数指针][Link 1]》，今天我们看一个编程技巧-函数跳转表。我们先来看如何实现一个简易计算器。

## 初始版本 ##

让我们实现一个简易计算器，我们首先能想到的方式是什么？switch语句或者if else语句。没错，初学就会想到的两种方式，我们来看看这种实现方式。这里我们选择switch语句，定义一个操作类型，用户选择操作类型与操作类型匹配时，选择对应的处理函数进行处理，calc1.c代码如下：

/*calc1.c*/
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    /*将操作定义为枚举类型*/
    typedef enum
    {
        OP_ADD = 0,
        OP_SUB,
        OP_MUL,
        OP_DIV,
    }OP_TYPE;
    /*加减乘除处理函数*/
    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，根据操作类型，选择操作*/
        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;
    }

**除去编译器对switch进行优化的情况**，这种设计方式有以下几个缺点：

*  操作增加时，代码增加，case语句将变得冗长。
 *  操作增加时，分支增加，处理对应操作的时间将会增长。
 *  代码可维护性较差。

我们观察代码会发现，每增加一种操作，就需要增加一个分支，当操作越来越多的时候calc函数将会变得冗长且不易维护。并且如果没有编译器优化，由于在找到最终匹配的之前，每一个case语句都需要执行，因此可能将导致运行时间变长。

## 函数跳转表版本 ##

既然每一个操作对应一个函数，那么完全可以定义一个函数指针数组，而每个操作对应一个下标值，只要知道下标值，很快就可以找到对应的函数。我们都知道，数组下标方式访问数据效率是很高的。该版本实现如下：

calc2.c
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    /*将操作定义为枚举类型*/
    typedef enum
    {
        OP_ADD = 0,
        OP_SUB,
        OP_MUL,
        OP_DIV,
    }OP_TYPE;
    /*入参为double，出参为double的函数指针*/
    typedef double (*OP_FUNC)(double,double);
    
    
    typedef struct OP_STRUCT
    {
        OP_TYPE opType;//操作类型
        OP_FUNC opFun; //操作函数
    }OP_STRUCT;
    /*加减乘除处理函数与calc1.c相同，这里省略，可自行添加*/
    
    /*函数跳转表*/
    static OP_STRUCT g_opStruct[] = 
    {
        {OP_ADD ,ADD},
        {OP_SUB ,SUB},
        {OP_MUL ,MUL},
        {OP_DIV ,DIV},
    };
    /*最大操作数量*/
    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;
        }
        /*根据操作类型直接选择操作函数*/
        return g_opStruct[op].opFun(op1,op2);
    }
    
    /*main函数与calc1.c相同，这里省略*/

calc函数中，直接根据操作类型而选择需要的操作处理函数。时间复杂度为O(1)。另外，当需要新增一种操作时，不需要修改calc函数，只需要在函数表g\_opStruct中增加一种操作即可。而操作处理是一个返回值为double，入参为两个double的函数，因此使用：

typedef double (*OP_FUNC)(double,double);

将该类型函数指针定义为OP\_FUNC，方面后面的使用。

另外，还可以看到calc函数很简洁，关键代码只有一行。

## 总结 ##

本文的例子有很多可以优化的地方，例如异常时返回0，可能被当成结果等等，这里只是用switch语句和跳转表作简单的示例。而对于同类型的分支处理，完全可以考虑使用跳转表的方式，**使用跳转表还需要注意的一点就是数组越界**。  
跳转表只是一种思路，它并不是在所有情况下都可以替代switch语句，可根据实际情况决定是否需要使用。

## 思考 ##

为什么在说明第一个版本的简易计算器的时候，强调：除去编译器对switch进行优化的情况？

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