抽象数据类型（ADT）和面向对象编程（OOP）3.3 抽象数据类型

Posted 2020-11-19 xgl122

抽象类型的新颖性和不同之处在于对操作的关注：类型的用户不需要担心它的值如何实际存储

类型无论是内置的还是用户定义的，都可以分类为可变或不可变

可变类型的对象可以被改变

String是不可变的，因为它的操作创建了新的String对象而不是改变现有的对象

有时一种类型将以两种形式提供，一种可变形式和一种不可变形式。 例如，StringBuilder是String的一个可变版本（不可互换）

Creators （构造器）创建该类型的新对象。Creators可以将对象作为参数，但不是正在构建的类型的对象。

Producers（生产器）从该类型的旧对象创建新对象。 - 例如，String的concat（）方法是一个生产者：它需要两个字符串并产生一个代表它们串联的新字符串。

Observers（观察器）获取抽象类型的对象并返回不同类型的对象，例，List.size()，返回的是int值

Mutators（变值器）改变对象属性的方法，List.add()，通过添加元素，改变list

 

 String.concat() 是producer 

 concat: String × String → String

  List.size() 是observer 

  size: List → int

 String.regionMatches 是 observer 

  regionMatches: String × boolean × int × String × int × int → boolean

Creator：可能实现为构造函数或静态函数

实现为静态方法的创建者通常称为工厂方法，String.valueOf（）方法是作为工厂方法实现的创建者的其他示例

Mutator：通常返回void（如果返回值为void则意味着必然改变了对象的某些内部状态）

                并不一定返回void   List.add()返回boolean类型

                 java的图形界面用户工具包 Conponent.add()返回对象本身

List（可变）

 

 int（不可变）

String（不可变）

设计抽象数据类型：基本信息不应该非常难以获得

表示独立性

 一个好的抽象数据类型应该是独立于表示的，这意味着抽象类型的使用与其表示形式（用于实现它的实际数据结构或数据字段）无关，因此表示形式的变化对抽象类型本身之外的代码没有影响。

例如：List提供的操作与List是以LinkedList还是以数组（arraylist）表示无关。除非通过前置条件和后置条件充分指定了操作，否则您将无法更改ADT的表示形式，以便客户知道要依赖哪些内容，并且知道可以安全更改的内容。

一个好的抽象数据类型的最重要的属性是它保留了它自己的不变量（ADT负责确保自己的不变量保持不变，与客户端无关）

对于程序的每种可能的运行时状态而言，invariant都是程序的属性，它总是正确的。 - 不变性是一个至关重要的不变量：一旦创建，一个不可变对象在整个生命周期中应始终表示相同的值。

 由公共方法调用维护 - 在方法执行期间可能暂时失效

为何保持不变量：推理代码更容易，如果已知某个不会改变，在debug时就不用考虑它，为另一个ADT创建一个不变也可以用它。如果只是用户保证不改变，还是要检查每一个用到该部分的代码

 一定是满射，单射双射不一定。R：rep value    A：abstract value    表示空间  抽象空间

AF:一个抽象函数将rep值映射到它们表示的抽象值   AF : R → A

表示不变量RI：RI : R → boolean    a rep value r , RI(r) 是 true 当且仅当r 在 AF上有对应的A

 

抽象值空间本身并不决定AF RI

构造器生产器在创建对象时确保不变量为true，变值器观察器运行时保持不变性

三个标准检查ADT是否保持不变量：

①由creators producers创建②observers  mutataors保持③没有表示泄露发生

表示泄露的安全声明：给出证明表示代码并未对外泄露其内部表示

以注释的形式写RI  AF，不能写在Javadoc中，防止被外部看到，破坏表示独立性