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表驱动|码农的豹变

2016-07-14 18:04 黄学忠

今天不知道怎么滴,歪打正着地闯入到陈硕写于 2005年的一篇 CSDN 博客http://dwz.cn/3M44Ts),文末,这厮扬言:

是否掌握表驱动技术是划分初级程序员和高级程序员的重要分水岭之一。

表驱动是个什么鬼?说的好腻害的样子。既然老司机传授如此热心地私家秘籍,作为一个求知欲和毛发一样旺盛的初级码农,小明开始了这一趟求学之旅。

新姿势 get,在此记录下心得。

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。

表驱动法是一种从表里查找信息而不是使用逻辑语句(ifswitch)的编程模型。

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 283031 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 ABCDF),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 gradeTabledownLimit 表就行,degree 函数可以保持一行都不改动。

更进一步地,gradeTabledownLimit 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gradeTabledownLimit 这两个表,它规定了哪个区间的分数对应哪个等级。

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 gradeTabledownLimit 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。

 
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