编程技巧-跳转表

前言

前面我们讲到了《函数指针》，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：

1	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？