标签：抽象数据类型 ADT AF rep client 抽象 软件 RI

       正式进入复习阶段，考虑到现在正在写的Lab3与6，7，9章关联比较大，同时这三章也是比较重要的三个章节，分别涉及到了ADT,OOP和面向可复用性的编程。之前上完课之后也一直没有对这几章进行系统的复习（不过Lab2就是对ADT和OOP的实践，所以对这部分印象还是比较深的），因此首先复习这三章。

       本章介绍ADT，主要是对PPT内容的总结，会结合一些个人的理解（这部分用带下划线的字表示，可能存在一定不准确或错误的地方，个人水平原因，见谅）。

抽象数据类型（ADT）

ADT的特性：不变量、表示泄漏、抽象函数AF、表示不变量RI

基于数学的形式对ADT的这些核心特征进行描述并应用于设计中

 

1.抽象和用户定义的类型

（1）用户定义的类型：程序员可以定义自己的数据类型

（2）数据抽象：由一组操作所刻画的数据类型，不同于传统的类型定义关注数据的具体表示，抽象类型强调“作用于数据上的操作”，程序员和client只关心设计/使用操作。

Eg：设计抽象数据类型图(一个类)，为其设计操作图的方法（类中的方法），比如增加顶点，在两个顶点之间增加一条边，删除一条边等等。

 

2.对类型和操作分类

（1）可变数据类型（mutable）提供可改变其内部数值的操作，比如set方法等。

（2）不可变数据类型(immutable)：操作不改变内部值，而是构造新的对象，比如进行操作后返回一个由操作改变后所得的新的对象。

（3）对抽象类型的操作分类：

1>   构造器：从无到有，可能实现为构造函数或静态函数（实现为静态方法的构造器通常称为工厂方法）

2>   生产器：从有到新，比如String类型中的concat()方法，它使用两个string，并生产一个新的代表这两个string合并结果的string。

3>   观察器：获取抽象类型的对象并返回不同的类型（描述这个类的某种属性），比如List类的size()方法，返回这个List的大小。

4>   变值器：改变对象属性的方法，比如List对象中的add()方法，通常返回void，不过也可能返回非空类型。

 

3.设计抽象数据类型

（1）良好ADT的设计：靠“经验法则”，提供一组操作，设计其行为规约 spec

（2）拇指规则（经验法则）：

     1> 设计一组简单操作,通过简单操作的组合实现复杂的操作。操作的行为应该是内聚的。（内聚：内聚标志一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度，内聚是从功能角度来度量模块内的联系，一个好的内聚模块应当恰好做一件事。）

     2> 要足以支持client对数据所做的所有操作需要，且用操作满足client需要的难度要低.

     3> 要么抽象、要么具体，不要混合 --- 要么针对抽象设计，要么针对具体应用设计

 

4.表示独立性（RI）

（1）client使用ADT时无需考虑其内部如何实现，ADT内部表示的变化不应影响外部spec和客户端。

（2）通过前提条件和后置条件充分刻画ADT的操作，spec规定了client和implementer之间的契约，明确了client知道可以依赖哪些内容，implementer知道可以安全更改的内容.（就是要为方法编写spec注释，标明@param， @return 等描述前置条件和后置条件的内容）

 

5.测试抽象数据类型

（1）测试构造器，生产器和变值器：调用观察器来观察这些操作和结果是否满足spec。

（2）测试观察器：调用其他三个方法产生或改变对象，调用观察器来看结果是否正确

 

6.不变量（Invariants）

（1）ADT需要始终保持其不变量（程序在任何时候总是true的性质），由ADT负责不变量。

（2）要假设client有“恶意”破坏ADT不变量的行为

（3）rep exposure（表示泄露）：rep被泄露，可以被外部改变（防范方法：比如将rep设置为private final类型或者使用防御性拷贝，返回新的对象，或者直接使用immutable的类型）

 

7.RI和AF

（1）R和A：

          R（表示值构成的空间，开发者关注）：实现者看到和使用的值，方法中的rep（representation，在类的最开头，所有方法外部定义的一般为private类型的变量）构成的空间。

          A（抽象值构成的空间，client关注）：client看到和使用的值

          R到A：满射（每一个抽象值都被一些rep值映射到）/未必单射（一些抽象值被不止一个rep值映射到）/未必双射（不是所有rep值都映射到抽象值）

（2）AF（抽象函数）：R和A之间映射关系的函数，即如何将R中的每一个值解释为A中的每一个值。（个人理解：一般是描述一下类中的rep是如何映射到抽象空间的（这里的抽象空间一般就是这个类所代表的抽象），比如说图这个ADT，其中的rep是顶点集vertices，那么AF可以描述为将vertices（顶点集）映射到一个有向加权图上）

（3）RI（表示不变量）：比较简单易懂的理解方式是，将它看作描述什么是“合法”rep的条件。

（4）为RI和AF进行文档注释（RI,AF等注释与spec使用/*不同，它们直接使用//）：

 

（这里的AF采用的是最规范的写法，进行映射函数的编写，将rep s通过AF映射到字符set上，同时使用符号语言描述了字符set。但实际书写时不需要严格满足这个规范，可以按照上面个人理解中的例子，直接文字说明rep是怎样映射到抽象类型上的即可，抽象类型不是必须用符号语言表达）

（5）设计ADT：

         1> 选择R和A；

         2> RI --- 合法的表示值；

         3> 如何解释合法的表示值 ---映射AF

（6）随时检查RI是否满足：

       根据写出的RI编写checkRep函数，使用assert检查所有所有要求是否被满足，在所有可能改变rep的方法内都要检查（调用checkRep函数），观察器方法可以不调用，建议用，以防万一。

 

8.有益的改变

（1）对immutable的ADT来说，它在A空间的abstract value应是不变的。但其内部表示的R空间中的取值则可以是变化的

（2）这种改变只是改变了R值，没有改变A值，对client来说是immutable的。实际上代表着AF并非单射，从一个R值变成了另一个R值。

（3）这种改变无害，甚至是有益的，但是不代表在immutabke的类中可以随意出现mutator。

 

9.为AF,RI,Safety from rep exposure编写注释

（1）RI：rep中的所有fields何为有效

（2）AF:如何解释每一个R值

（3）编写safety from rep exposure：给出理由，证明代码并未对外泄露其内部表示

标签：抽象数据类型,ADT,AF,rep,client,抽象,软件,RI
来源： https://www.cnblogs.com/redTide/p/16341951.html

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