讀書筆記_代碼大全_第18章_表驅動法

表驅動法

前注：希望我的讀書筆記能帶你快速翻過20頁的書，歡迎討論http://www.cnblogs.com/jerry19880126

這里談談一些學習方法吧，看了二十多年的書的，發現不同的書，有不同的看法：小說類的讀起來最輕松，只要跟着作者走就行了，會寫書的作者應該能呈現一些劇情的細節，讀者腦海中會形成相應的影像；散文類的讀起來最值得細細品味，比如讀者里面的散文，不是很長，但讀起來會有一種小資情調；技術類的讀起來最吃力了，但這也是自己謀生的必經之路，所以再覺得難，也要啃下去，但技術這個東西，只要肯下功夫，學通之后，就會有一種難以名狀的成就感，這種快樂得到的越多，你的成長就越大。

千萬不要像讀小說或讀散文一樣看技術書，技術書是需要思考的，更重要的是需要實踐，讀多了也就發現雖然內容各不相同，但寫作的規律總是大差不差的。給定一種技術，你覺得作者會怎樣介紹？我覺得分成三步：第一步說“是什么”，第二步說“為什么”，第三步說“怎么做”。就以本章“表驅動法”為例，《代碼大全》作者先是回答了“什么是表驅動”

表驅動法是一種編程模式，從表里面查詢信息而不使用邏輯語句（如if或switch）

然后舉了一個不使用表驅動的反例，說明不這樣做會使代碼可讀性大大下降，這就回答了第二步。至於第三步，作者花了大量篇幅去介紹，你所看到的大部分內容實際上是第三步。

讀書筆記也打算用三步去介紹這個表驅動法。第一步是定義，前面已經抄了書上的一句話，已經說的很明白了，就是用查表來代替if語句或switch語句。第二步是原因，可以舉個例子，如果有這樣一個函數int getTotalDayInMonth(int month)，它輸入一個月份，然后返回這個月份的總天數（不考慮潤年，二月以28天計），比如輸入5，返回的是31，因為5月里共有31天。

一種寫法是這樣的：

 1 // 獲得某一月中的總天數，monthIndex從 1 開始
 2 int getTotalDayInMonth(int month)
 3 { 
 4     int totalDay = 0;
 5     if(month == 2)
 6     {
 7         totalDay = 28;
 8     }
 9     else if(month == 4 || month == 6 || month == 9 || month == 11)
10     {
11         totalDay = 30;
12     }
13     else
14     {
15         totalDay = 31;
16     }
17     return totalDay;
18 }

在這種寫法里使用了邏輯if判斷，里面有很多憑空出現的數字，比如2，4，11等，這些稱為magic number的數字出現在程序里是很不好的，因為不好修改與擴充，比如說上面的代碼適合與地球上的計算，現在要你去改一個火星上的情況（火星公轉時長不同於地球，所以每個月划分的天數也會不同），你可能就要去改這些magic number了，更復雜的，你可能要因為更多的天數可能性（假定火星7月只有17天，而9月有21天），而添加更多的if分支。但如果像下面這樣使用一個表，就使程序簡單多了：

 1 const int totalDayTable[12] =
 2 {
 3     31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31
 4 };
 5 
 6 // 獲得某一月中的總天數，monthIndex從 1 開始
 7 int getTotalDayInMonthFromTable(int month)
 8 {
 9     return totalDayTable[month - 1];
10 }

怎么樣，把用表與不用表的代碼對比一下，是不是要簡化許多呢？更有意義的是，如果某個天數變了，可以直接修改或擴充totalDayTable就行了，至於函數則分毫不用修改。

好吧，寫到這里，應該已經解決了第二步了，就是使用表驅動可以提高源程序的可讀性，使之更簡潔而且更容易修改與擴充。

 

下面走到第三步，也是本章中花篇幅最大的一步了——如何去用表驅動來解決問題。

書上說查表方法可以細分為三種：

(1)     直接訪問

(2)     索引訪問

(3)     階梯訪問

直接訪問是最簡單的，查表本質其實就是去索引“鍵”來獲得“值”，有點像獲得數組值一樣，給定下標index，然后matrix[index]就獲得數組在相應下標處的數值，再如前面的return totalDayTable[month - 1]就是直接用month-1來作為鍵的，而值可以直接通過查表來獲得。

現在有個問題，萬一“鍵”是不能直接用的呢？比如我想設計一個幼兒學習動物的軟件，若小孩想查找牛的信息，這時屏幕上會打印出牛的特性，而若小孩想查找狗的信息，則屏幕上會打印出狗的信息。顯然，這里的鍵是動物名，而值是相應的描述。下標必須是整數，但動物名是string，怎么辦呢？數據結構中的hash表當然可以了，它就是計算string的hash值，通過hash值來索引表格的，但在這里我們不打算用hash值，而是由程序員自行設計string到int的映射，怎么做呢？很簡單啊，自己做個菜單唄，讓用戶只能選擇相應的數字，這樣“鍵”就成int了哈。

代碼如下：

 1 class Animal
 2 {
 3 public:
 4     virtual void print() = 0;
 5 };
 6 
 7 class Dog: public Animal
 8 {
 9 public:
10     void print()
11     {
12         cout << "This is Dog..." << endl;
13     }
14 };
15 
16 class Cat: public Animal
17 {
18 public:
19     void print()
20     {
21         cout << "This is Cat..." << endl;
22     }
23 };
24 
25 class Cow: public Animal
26 {
27 public:
28     void print()
29     {
30         cout << "This is Cow..." << endl;
31     }
32 };
33 
34 Animal* animalTable[] = {
35     new Dog, new Cat, new Cow
36 };
37 
38 int main()
39 {
40     cout << "想知道哪種動物的描述？" << endl;
41     cout << "1. 狗" << endl << "2. 貓" << endl << "3. 奶牛" << endl << endl;
42     int choiceIndex; 
43     cout << "我選擇：";
44     cin >> choiceIndex;
45     assert(choiceIndex >= 1 && choiceIndex <= 3);
46     animalTable[choiceIndex - 1]->print();
47 }

運行結果為：

這里用了C++的多態性，根據不同的實體對象能調用相應的print函數，但我更想表達的是表驅動法的應用，請把目光放在表animalTable上吧，這樣的排序，就是將Dog映射成數字1，Cat映射成數字2了。這是人為的映射，但用途更廣的是hash映射，不知道的同學去看看數據結構吧，hash表可以快查找的利器，面試中常常被問到。

第二種表驅動法是索引訪問表，它適用於這樣的情況，假設你經營一家商店，有100種商品，每種商品都有一個ID號，但很多商品的描述都差不多，所以只有30條不同的描述，現在的問題是建立商品與商品描述的表，如何建立？還是同上面做法來一一對應嗎？那樣描述會擴充到100的，會有70個描述是重復的！如何解決這個問題呢？方法是建立一個100長的索引，然后這些索引指向相應的描述，注意不同的索引可以指向相同的描述，這樣就解決了表數據冗余的問題啦。

第三種表驅動法是階梯訪問表，它適用於數據不是一個固定的值，而是一個范圍的問題，比如將百分制成績轉成五級分制（我們用的優、良、中、合格、不合格，西方用的A、B、C、D和F），假定轉換關系是當成績在90-100區間，判為A，成績在80-90區間，判為B，成績在70-80區間，判為C，成績在60-70區間，判為D，成績在60以下，判為F（failure）。現在的問題是，怎么用表格對付這個范圍問題？一種笨笨的方法是申請一個100長的表，然后在這個表中填充相應的等級就行了，但這樣太浪費空間了，有沒有更好的方法？

在《代碼大全》上是用表格記錄范圍上限的，但其實用下限也是可以的，我就嘗試用下限做了下（A級的下限是90，B級的下限是80…）：

 1 //階梯訪問表，順序查找
 2 const char gradeTable[] = {
 3     'A', 'B', 'C', 'D', 'F'
 4 };
 5 
 6 const int downLimit[] = {
 7     90, 80, 70, 60
 8 };
 9 
10 int main()
11 {
12     int score = 87;
13     int gradeLevel = 0;
14     while(gradeTable[gradeLevel] != 'F')
15     {
16         if(score < downLimit[gradeLevel])
17         {
18             ++ gradeLevel;
19         }
20         else
21         {
22             break;
23         }
24     }
25     cout << "等級為 " << gradeTable[gradeLevel] << endl;
26     return 0;
27 }

運行結果如下：

gradeLevel相當於表指針，在程序中就是通過調整這個表指針來使之指向正確的位置的。

程序還有優化的地方，注意到這些下限是有順序（降序），那可以用二分查找啊，程序如下：

 

//階梯訪問表，二分查找
const char gradeTable[] = {
    'A', 'B', 'C', 'D', 'F'
};

const int DONWLIMIT_LENGTH = 4;

const int downLimit[] = {
    90, 80, 70, 60
};


int BinarySearch(int score)
{
    int low = 0;
    int high = DONWLIMIT_LENGTH - 1; //downLimit的最大的Index
    while(low <= high)
    {
        int mid = (low + high) / 2;
        if(score < downLimit[mid])
        {
            low = mid + 1;
        }
        else if(score > downLimit[mid])
        {
            high = mid - 1;
        }
        else
        {
            return mid;
        }
    }
    return low;
}

int main()
{
    int score = 87;
    int gradeLevel = BinarySearch(score);
    cout << "等級為 " << gradeTable[gradeLevel] << endl;
    return 0;
}

 

怎么樣，用表驅動法不僅避免了大量的if或switch分支，還應用上了二分查找法，使得查找復雜度由O(N)下降到了O(logN)!

<end>