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表驱动与工厂模式

2024-07-11 21:51:34   227人阅读

关于表驱动

        首次接触表驱动，还是在毕业不久之后。当时某部门经理给我们讲解重构，即《重构：改善既有代码的设计》一书中简化条件表达式部分，关于if语句的处理，将其替换为多态形式，例如说工厂模式。但是即使替换为工厂，switch或者if的判断依旧不能去除，那么有什么办法解决这个问题呢？

        当时我还在研究STL源码，想到了traits编程技术，可以在编译期解决if的判断问题（虽然有这个想法，但是一直没有实现成功）。各路大牛提出了不同的见解，大家基本上都同意一条：使用“表”来解决。当时见识尚浅，不懂具体说的是什么意思，直到我知道了“表驱动”。

        “表驱动”来自于《代码大全》，此书在我的定义里，为一本软件工程类的书。表驱动作为单独一章出现，并且在序言中推荐为初级程序员首读章节，可见其重要性。

        首先，为什么要有表驱动呢？表驱动的目的是避免逻辑语句（if和case），而使用表来查找判断信息。那么为什么要这么做呢？《代码大全》第5.2章节提到，软件的首要技术使命：管理复杂度。复杂度可以靠圈复杂度（一个函数可执行路径的数目）来判断，具体要涉及到图论等等方方面面，不再展开说明。那么表驱动的使用就可以大幅度的降低复杂度。

        其次，表驱动是什么？任何可以用逻辑语句来选择的事物，都可以通过查表来选择。例如说：情况1，选择事物1；情况2，选择事物2等等，存储在表中就是如下格式：

情况

事物

1

1

2

2

…

…

        那么，凡是用if和case来选择事物的语句，都可以替换为以下形式：

        Table[选择的情况i];

        这样就可以直接通过首地址+偏移量直接获取对应的内容，取消了判断逻辑。假设要选择第n个事物，那么就是首地址+n，直接得到了第n个事物。如果用正常的判断逻辑，那么可能需要判断n次才可以得到第n个事物。

        其他具体内容，大家可以自己去百度一下~

 

工厂模式

        工厂模式来源于《设计模式》，是最最基本的模式之一，也是最最常用的模式之一。工厂模式也非常简单。先来一个简单工厂说明一下表驱动的问题，其UML图如下：


        那么创建Product时，大部分要经过此过程：

Product *product = nullptr;
switch(productType)
{
case TYPE_PRODUCT1:
    product = new(std::nothrow)Product1();
    break;
case TYPE_PRODUCT2:
    product = new(std::nothrow)Product2();
    break;
case TYPE_PRODUCT3:
    product = new(std::nothrow)Product3();
    break;
case TYPE_PRODUCT4:
    product = new(std::nothrow)Product4();
    break;
default:
    break;
}

        问题就这么随着出来了，逻辑语句怎么用表驱动替换呢？

 

函数指针

        进入正式主题之前，还有一些内容需要解决，因为表里面存储信息需要这一部分内容。

        函数指针想必大家都有所了解，例如下面的代码：

// 定义一个函数指针
typedef void (*FuncPtr)();
 
// 定义与函数指针对应的函数
void Func()
{
    std::cout <<"Func." << std::endl;
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
    // 将函数指针指向对应的函数
    FuncPtr ptr = Func;
    // 调用函数
    ptr();
    return 0;
}

 

工厂表驱动

        有了产品类型，有了创建产品的方法，那么如何将其写入表中呢？一般我们会这么存储：

TYPE_PRODUCT1

创建TYPE_PRODUCT1类型的函数指针

TYPE_PRODUCT2

创建TYPE_PRODUCT2类型的函数指针

TYPE_PRODUCT3

创建TYPE_PRODUCT3类型的函数指针

TYPE_PRODUCT4

创建TYPE_PRODUCT4类型的函数指针

        可是，我们在C++语言中应该如何实现呢？表可以用数组，map等方式实现，例如下面的代码：

typedef Product* (*NewProduct)();
 
struct ProductCreator
{
    int            m_productType;
    NewProduct     m_newProductFuncPtr;
};
 
const ProductCreator PRODUCT_CREATOR[] =
{
    { TYPE_PRODUCT1, newProduct1 },
    { TYPE_PRODUCT2, newProduct2 },
    { TYPE_PRODUCT3, newProduct3 },
    { TYPE_PRODUCT4, newProduct4 },
};

        可是这样可以吗？由于new会把实际对象创建出来，不能转化为一个函数指针，所以肯定是不可以的。如何解决呢？

 

使用仿函数

        百思不得其解，但是是问题总有解决的办法。要实现不同类型创建不同对象，不就是模板的思想么？从这个角度出发，问题马上就解决了~

        解决方案，使用模板，创建一个仿函数（函数对象），通过函数对象创建实际的对象。实现代码如下：

typedef Product* (*NewProduct)();
 
template <class T>
struct TypeCreator
{
    static Product *New()
    {
        return(new(std::nothrow) T());
    }
};
 
struct ProductCreator
{
    int            m_productType;
    NewProduct     m_newProductFuncPtr;
};
 
const ProductCreator PRODUCT_CREATOR[] =
{
    { TYPE_PRODUCT1,TypeCreator<Product1>::New },
    { TYPE_PRODUCT2,TypeCreator<Product2>::New },
    { TYPE_PRODUCT3,TypeCreator<Product3>::New },
    { TYPE_PRODUCT4,TypeCreator<Product4>::New },
};

        这样，就可以通过查PRODUCT_CREATOR这个表，取得函数对象，然后调用其方法就可以取得具体的对象，例如：

Product *product = PRODUCT_CREATOR[i].m_newProductFuncPtr();

 

使用指向Member function的指针

        最近看了《深度探索C++对象模型》，收获颇丰，当看到指向Member function的指针时，突发奇想，果断来试一把，看看能否解决此问题。

        指向Memberfunction的指针，顾名思义，就是指向一个类成员函数的指针，其实类似于函数指针，其声明方法如下：

class A
{
public:
    void Func() {std::cout << "A Func." << std::endl; }
};
 
int main(int argc, char **argv)
{
    void (A::* funcPtr)();
    funcPtr =&A::Func;
 
    A a;
    (a.*funcPtr)();
        
    A *b = new A;
    (b->*funcPtr)();
 
    return 0;
}

        看到这样的代码，真是有一种“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”的感觉呐，大快人心，赶紧来看看能否解决问题呢？
        最终结果，失败了。原因有两个：

        1. 实在想不出构造函数的指向Member function的指针怎么写。因为构造函数没有返回值，但是指向Member function的指针必须要有返回值的定义。

        2. 还记得C++第一节课老师讲过的内容吗？老实说，一个类会默认自动生成构造函数，析构函数，拷贝构造函数。其实这个是错误的，根据构造函数语义学，一个类仅在下列四种情况下自动生成构造函数：

       1> 如果一个类没有任何构造函数，但它的一个成员内部有默认构造函数，那么这个类也需要生成默认构造函数，不过这个操作仅在构造函数被调用时才会发生。

        2> 当基类含有默认构造函数时，子类如果没有任何构造函数，则需合成默认构造函数。

        3> 当类含有虚函数时，如果没有定义任何构造函数，则需合成默认构造函数。

        4> 当类有虚继承时，如果没有定义任何构造函数，则需合成默认构造函数。

        其实上面前两点是依赖于后两点的，为什么呢？看第一点和第二点，其都要求父类或者成员中包含默认构造，首先，认为声明的构造函数不叫默认构造；其次，既然存在默认构造，那么肯定是第三点或者第四点造成的。所以说第一点和第二点依赖于后两点。

        所以说，下面这个类是没有构造函数的，包括默认构造函数：

class Product
{
public:
         int m_IntVal;
};

        那么要去通过一个指向Memberfunction的指针指向构造函数，肯定是失败的，所以编译器禁止指向构造函数的指针，并提示消息：

        Error：a constructor or destructor may not have its address taken

 

进一步思考

        首先，表驱动方法是必须掌握的一个技巧，使用它将带来程序效率上的提升，代码的整洁等等各个方面的好处。

        其次，工程的管理必须进行相关方面标准的定义及控制，使用SourceMonitor等工具把握项目质量至关重要。这周员工培训上，听老韩这么多年经验的总结，让我深深认识了“没有银弹”这个深刻的道理，在“银弹”没有造出来的前提下，任何过程都必须严格控制，否则将陷入无穷无尽的“焦油坑”。

        第三，继续给自己多挖几个坑吧，如果一直走平地，貌似永远也登不上高峰，因为同往高峰的路永远没有平路。

 

参考书目

        《代码大全第二版》 Steve McConnell

        《STL源码剖析》侯捷

        《重构：改善既有代码的设计》Martin Fowler

        《设计模式：可复用面向对象软件的基础》GoF四人帮

        《大话设计模式》程杰

        《深度探索C++对象模型》Stanley B.Lippman

        《人月神话》Frederick P.Brooks.Jr.


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