软件构造blog4

本文深入探讨了抽象数据类型(ADT)中的核心概念,包括抽象函数(AF)、表示不变量(RI)以及可变对象和不可变对象的差异。AF描述了从表示空间到抽象空间的映射,RI确保对象的合法性。不可变对象因其线程安全性和性能优势在并发编程中受到青睐,但可能会导致内存浪费。防御式拷贝通过返回对象副本防止表示泄漏,但也可能增加内存负担。

这里对ADT中的几个重要概念进行一些总结,ADT的思想可谓贯穿这门课的始终,其中包含的表示泄漏、抽象函数AF、表示不变量RI等特性,以及mutable,immutable的概念也是在实验中多次使用。

抽象函数AF:表示空间R和抽象空间A之间映射关系的函数,即如何去解释R中的每一个值为A中的每一个值。满足以下特征:

满射、非单射、 未必双射 (因为R中的部分值并非合法的, 在A中无映射值)

表示不变性RI:某个具体的“表示”是否是“合法的” §,也可将RI看作:所有表示值的一个子集,包含了所有合法的表示值 ,或者是一个条件,描述了什么是“合法”的表示值。

可变对象(mutable)和不可变对象(immutable)

不可变对象(Immutable Objects)即对象一旦被创建,它的状态(如对象的属性)就不能改变,任何对它的改变都应该产生一个新的对象。

可变对象(Mutable Objects):创建实例后可以改变其成员变量值,开发中创建的大部分类都属于可变类。

编写一个immutable类的方法:

1、使用private和final修饰符来修饰该类的属性。

2、不提供更改属性的方法。

3、不共享对可变对象的引用。不要直接使用对外部可变对象的引用,因为引用可变对象的成员变量和外部可变对象的引用指向同一块内存地址,用户可以修改可变对象的值,这样就会破坏不可变性。

4、确保类不能被继承:将类声明为final, 或者使用静态工厂,并将构造器声明为private类型。类如果被继承,会破坏其不可变性,因为子类可能覆盖父类的方法并且可以改变成员变量值。

immutable类的优点:

1、不可变类是线程安全的,可以不被synchronized修饰就在并发环境中共享

2、不可变对象简化了程序开发,因为它无需使用额外的锁机制就可以在线程之间共享

3、不可变对象提高了程序的性能,因为它减少了synchronized的使用

4、不可变对象时可以被重复利用的,你可以将它们缓存起来,就像字符串字面量和整型数值一样,可以使用静态工厂方法来提供类似于valueOf这样的方法,它可以从缓存中返回一个已经存在的不可变对象,而不是重新创建一个

缺点:immutable类不能被重用,会制造出大量的垃圾。

在Snapshot diagram中,可变对象是单线圈,不可变对象是双线圈:

可变类型

不可变类型

表示泄露和防御式拷贝
通过防御式拷贝,给客户端返回一个全新的对象(副本),客户端即使对数据做了更改,也不会影响到自己,但因为大部分时候该拷贝不会被客户端修改,所以可能造成大量的内存浪费,如果使用不可变类型,就能节省频繁复制的代价。例如Lab2中返回顶点的集合时:

@Override public Set<L> vertices() {
    	return new HashSet<L>(vertices);
    }

### 关于西南科技大学软件构造课程的信息 #### 课程目标与概述 软件构造课程旨在培养学生掌握现代软件开发方法和技术,使学生能够设计并实现高质量的软件系统[^1]。该课程通常会介绍面向对象的设计原则、模式以及实践中的最佳做法。 #### 主要教学内容 - **基础概念**:讲解什么是良好的程序结构及其重要性;探讨如何创建可维护性强且易于扩展的应用程序。 - **编程范式**:深入理解不同类型的编程风格(如过程化、函数式),重点放在面向对象分析与设计上。 - **工具链应用**:学习版本控制系统Git和其他协作平台GitHub/GitLab等工具的实际操作技能。 - **测试驱动开发(TDD)** 和持续集成(CI),确保代码质量的同时提高团队工作效率。 - **敏捷项目管理**:通过Scrum或其他轻量级框架来规划迭代周期内的工作事项,并定期评估进展状况。 #### 推荐教材和参考资料 为了更好地支持课堂教学活动,建议使用以下书籍作为辅助材料: - *《Head First Design Patterns》* by Eric Freeman, Elisabeth Robson. - *《Refactoring: Improving the Design of Existing Code》* by Martin Fowler. 此外,在线资源也非常重要,比如官方文档、开源社区贡献者撰写的博客文章都可以成为很好的自学素材[^2]. ```python # Python 示例:简单的单元测试案例展示 TDD 方法论的一部分 def add(a, b): """Return sum of two numbers.""" return a + b if __name__ == "__main__": import unittest class TestAddFunction(unittest.TestCase): def test_add_positive_numbers(self): self.assertEqual(add(1, 2), 3) def test_add_negative_and_positive_number(self): self.assertEqual(add(-1, 1), 0) unittest.main() ```
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