c程序杂谈系列（职责链模式与if_else)

从处理器的角度来说，条件分支会导致指令流水线的中断，所以控制语句需要严格保存状态，因为处理器是很难直接进行逻辑判断的，有可能它会执行一段时间，发现出错后再返回，也有可能通过延时等手段完成控制流的正确性。所以笔者在想，使用过多的if _else，除了可读性差，是否还会对执行效率造成影响呢？

于是笔者决定采用职责链重构if控制语句，笔者猜想，如果采用设计模式既可以避免if分支，提高执行效率，同时可以让程序具备解耦合性和可维护性，是否是一种更优解呢？

为了验证笔者的猜想，更好的优化c语言程序，笔者使用职责链模式对一段if_else程序进行了重构。

程序的性能标准是执行时间，计算程序时间的程序来源于：C语言 计算程序运行时间（精确到毫秒/微秒）_c语言计算运行时间-CSDN博客

以下是笔者本人用c编写的责任链设计模式：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<memory.h>
#include<string.h>
#include <windows.h>typedef int (*Handler)(int);typedef struct task_node
{Handler handler;struct task_node* next;
}taskN;int task1(int a) {if (a == 1) {//printf("a == 1"); printf会耗费大量时间，为了不影响测试，所以只留下判断语句return 0;}return -1;
}int task2(int a) {if (a == 2) {return 0;}return -1;
}int task3(int a) {if (a == 3) {return 0;}return -1;
}int task4(int a) {if (a == 4) {return 0;}return -1;
}int task5(int a) {if (a == 5) {return 0;}return -1;
}int task6(int a) {if (a == 6) {return 0;}return -1;
}int task7(int a) {if (a == 7) {return 0;}return -1;
}int task8(int a) {if (a == 8) {return 0;}return -1;
}int task9(int a) {if (a == 9) {return 0;}return -1;
}int task10(int a) {if (a == 10) {return 0;}return -1;
}int task11(int a) {if (a == 11) {return 0;}return -1;
}int task12(int a) {if (a == 12) {return 0;}return -1;
}taskN* initi() {taskN* tas1 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas2 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas3 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas4 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas5 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas6 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas7 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas8 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas9 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas10 = malloc(sizeof(taskN));taskN* tas11= malloc(sizeof(taskN));taskN* tas12= malloc(sizeof(taskN));tas1->handler = task1;tas2->handler = task2;tas3->handler = task3;tas4->handler = task4;tas5->handler = task5;tas6->handler = task6;tas7->handler = task7;tas8->handler = task8;tas9->handler = task9;tas10->handler = task10;tas11->handler = task11;tas12->handler = task12;tas1->next = tas2;tas2->next = tas3;tas3->next = tas4;tas4->next = tas5;tas5->next = tas6;tas6->next = tas7;tas7->next = tas8;tas8->next = tas9;tas9->next = tas10;tas10->next = tas11;tas11->next = tas12;return tas1;}void process(taskN* bol, int a) {int i = bol->handler(a);while (i != 0){i = bol->handler(a);bol = bol->next;}
}void main() {double run_time;LARGE_INTEGER time_start;	//开始时间LARGE_INTEGER time_over;	//结束时间double dqFreq;		//计时器频率LARGE_INTEGER f;	//计时器频率QueryPerformanceFrequency(&f);dqFreq = (double)f.QuadPart;QueryPerformanceCounter(&time_start);taskN* bol = initi();int a = 12;for (int i = 0; i <= 50000000; i++){/*if (a == 1) {}else if (a == 2) {}else if (a == 3) {}else if (a == 4) {}else if (a == 5) {}else if (a == 6) {}else if (a == 7) {}else if (a == 8) {}else if (a == 9) {}else if (a == 10) {}else if (a == 11) {}else if (a == 12) {}else {}*//*process(bol, a);*/switch (a) {case 1:break;case 2:break;case 3:break;case 4:break;case 5:break;case 6:break;case 7:break;case 8:break;case 9:break;case 10:break;case 11:break;case 12:break;default:break;}}QueryPerformanceCounter(&time_over);	//计时结束run_time = 1000000 * (time_over.QuadPart - time_start.QuadPart) / dqFreq;//乘以1000000把单位由秒化为微秒，精度为1000 000/（cpu主频）微秒printf("\nrun_time：%fus\n", run_time);/*为了偷懒，程序就懒得free了*/}

使用if_else时：

a=1,第一个循环执行：

a=12,最后一个循环执行：

两者时间基本没区别，在循环语句中

笔者还测试了只有if( a== 1)这一个判断语句下的性能：

可以看出基本没什么区别。

使用case时：

a=12时如下，与a=1时的结果几乎没有区别：

switch语句除了比较简洁一点，执行速度完全没法比。

 使用责任链时：

任务优先级在责任链上过高(a=1)：

 任务优先级在责任链过低（a=12)：

可以看出，职责链的速度非常慢，特别是任务优先级低时，执行速度几乎是if_else的150倍。

综上得出，if_else的执行速度是最快的，如果判断的时间复杂度过大，而且判断语句的数量较少，使用if_else，性能可能会更好。

但是，上述的前提是建立在判断语句的数量较少的情况下。

现在让我们考虑这样一种情况：不是判断a从1到12，而是从a到10000呢？程序等价于下图：

再附加一个条件，大多数情况下，a的值都是1。

虽然if_else的耗时比较短，但是在大量的循环下，耗时也不容小觑。因为a大多数情况是1，其他的判断分支只有小概率发生，此时我们使用责任链就可以完美跳过这些语句的判断：

（程序用for循环表示中间的分支，写得不准确，理解意思就好）

当然，读者可能认为if else if在这里也可以跳过中间的语句，也能实现优先级，但是如果改成这样呢：

这种情况下，if else if只能执行其中一个，显然不行，使用大量的if，就变成了上面的情况，我们不得不将原先的代码大量删除并重写，这十分让人难受。这样一对比，对于部分实现的if分支，使用责任链的优点有什么呢？如下图：

在责任链任务里进行改动，可以选择责任链终止的位置，跳过后面的任务，当然，通过goto等跳转指令也是可以实现的，但是if语句很难做到这样灵活，对于复杂的业务场景，很难在原先的基础上进行拓展，责任链的解耦合性和可拓展性是非常好的优点。

考虑复杂的业务场景，责任链明显优于传统的if_else。

尽管如此，if_else还是十分友好的，特别是在mcu等产品的开发中，使用设计模式的资源花费简直是奢求，毕竟设计模式是针对高级语言的，大多数情况下if_else往往是最优解。不过，笔者认为大量使用if_else的前提是项目不需要长期维护，一般情况下还是要多使用设计模式，例如在linux内核中就有源码使用了责任链模式，这是从性能，解耦合性和可读性等多方面考虑，值得开发者学习。如果是小型项目，对维护没有要求，而且控制语句的数量较少，为了性能和简便性可以考虑直接使用if_else分支。但是如果大型项目中含有大量if分支，可以考虑使用设计模式重构。