软件构造拾遗：第七、八章：面向对象编程&等价性

第七章：Object-Oriented Programming

1.Some Conception

Object

对象。一个对象是状态与行为的结合。

        状态：包括在对象中的数据。Java中即是fields。

        行为：由对象提供的动作。Java中的method

 Class

类。每个对象所属的类。一个类定义了method和field，同时定义了类型与实现。

Static vs. Instance variables/methos of a Class

• 类成员变量：与类关联而非与类的实例相关联的变量。
• 类方法
•  实例变量
• 实例方法：只能通过实例调用

类成员变量和类方法都是静态（static）的，而实例变量和实例方法都是实例（instance）的。

闲：将一个变量或者方法声明为静态的还是实例的，需要考虑。比如尝试创建一个Dog类，将狗的叫声作为静态变量显然是不合适的。如果想比较两只狗的体重，是应该让每个狗的实例都有与另一只狗比较体重的能力，还是将这个能力赋予Dog类，从而像天平一样为他们称重呢？

Interface

接口，在计算中是计算机系统的两个或多个独立组件交换信息的共享边界。

接口充当一个交互界面，使外部可以访问或者更改它的内部，但是内部发生的变化并不会影响外界与它交互的方式。例如人类与计算机的交互，就是通过各种外部设备如鼠标、键盘、显示屏进行的，而无论人类对计算机的系统进行了何种操作，人类操纵计算机的形式仍然是不变的。

Java中的接口依靠类实现，体现为没有函数体的函数签名列表。

        定义ADT的一种方法就是将其声明为接口，而ADT的实现就是接口的实现。

接口的实现：一个类以implements子句声明为某接口的实现，一个类可以同时实现多个接口。

接口的扩展：一个接口可以扩展其他多个接口。

接口能令客户端仅仅接触到规约。接口的内容应该是客户端能知道的全部内容。

Abstract class

抽象类。

抽象方法：只有函数签名而没有函数体的方法。

至少含有一个抽象方法的类是抽象类。

接口时只包括抽象方法的抽象类。通过抽象类，可以部分实现接口，未实现的方法仍保留即可。

2.Subtyping

子类型（子类型多态性subtype polymorphism 、包含多态性inclusion polymorphism）是类型多态的一种形式。子类型在某种程度上可以替代超类型supertype，即一切适用于超类型的操作都可以对子类型生效。

如果S是T的子类型，那么子类型关系：S <: T,  S ⊑ T， S ≤: T 意味着S类型的任何部分都可以安全地在T中实现。在Java中体现为，S的规约至少和T的一样强，以满足一切T能满足的需求。

Structral subtyping

结构子类型化：在Java中不支持。

如果S至少提供了T所需要的所有操作——一致的public methods 和 public instance variables，那么S可以被认为是T的子类型，不必声明为T的扩展或实现。

Subclassing

Java中，为一个类创建子类型有两种方法：

• 实现接口
• 子类化：定义一个类的扩展extension或子类subclass

子类化：

• 子类自动继承超类的实例方法，包括它们的方法体
• 子类可以重写/覆盖（override）超类的任何函数体
• 子类也能继承超类的私有字段
• 子类可以添加自己的实例方法和rep

子类化实际上是对于现实更贴切的描绘。例如水果是一个大类，而苹果类可以是水果的扩展，也可以是水果的扩展（添加苹果类独有的特点），不同品种的苹果类又可以进一步扩展苹果类，即进一步添加独有的特点。

3.Overriding and Dynamic Dispatch

Java中每个类的都是Object的子类，并自动继承像toString()这样的方法。为确保类正常工作，经常需要重写所继承的实现。

当一个方法有多个实现时，Java必须决定调用该方法时使用哪种实现——调度方法。

Java使用的是动态调度Dynamic dispatch：

使用与对象的动态类型相匹配的方法实现，而不是指向对象的引用的静态类型实现的方法。

例如在 FastMyString类中重写Object类的toString()：

调用代码为：

其结果仍然为：

Hello World

说明：进行静态检查时，fastMyString类型被编译为Object，因此所有Object不具备的操作这个引用都不能执行。但是当程序运行时，通过赋值操作，令fastMyString指向了FastMyString的实例，所调用的toString方法也是FastMyString类的方法。

即，Dynamic dispatch：对象在运行时的类型决定它调用的实现。

动态调度的前提是所调用的子类的方法必须在超类中存在，即要么所调用的方法是超类方法的重写，要么直接调用超类的方法。

4.Generic Types

泛型。

泛型利用一个类型参数，声明在<>之中。

例如：

interface MySet<T>{...}

class InSet implements MySet<T>{..}

class InSet2 implements MySet<Integet>{..} 将类型声明替换为Integet之后，必须将实现中的所有T都替换为Integer。

interface GrowingSet<Z> extends MySet<Z>{..}

将<>中的类型看作一个类或一个接口的局部变量。GrowingSet有自己的类型参数Z。

注意：

• 泛型是类型不可变的。ArrayList<String>是List<String>的子类型，而不是List<Object>的子类型。
• 类型参数<T>的信息在代码编译完成后即被丢弃，在运行期不可用，Java中编译器会把类型参数替换为其上界，如果上界没有定义，则默认为Object。那么，给定两个具体类MyClass<A>和MyClass<B>，它们没有任何关系，即便A是B的子类或者其他。

5.Getter & Setter

一种设计思想。

将实例变量设计为private，并在必要时使用getter和setter方法访问或修改它。

这样可以按照实现者意愿控制用户能获取的信息。

6.Polymorphism

多态。

多态的三种类型：

• 临时多态：一个函数表示不同或潜在的异构实现。利用函数重载实现。
• 参数化多态：代码没使用任何指定类型实现。利用泛型。
• 子类型多态

Ad hoc polymorphism and Overloading

overload允许在一个类中使用相同的函数名，但参数列表必须不同。静态多态。

可以在同一个类里重载，也可以在子类里重载。

Overload依赖静态检查匹配引用的类型，由引用的类型决定调用的版本。如果子类重载了超类的某个方法，它仍然继承原方法。

第八章：Equality

1.Equivalence Relation

等价关系。

2.Equality of Immutable Types

不可变类型的等价性：

• 根据AF：a = b当且仅当AF(A) = AF(B)
• 根据观察：当两个对象不能用观察加以区分——我们能调用的每一种方法都在两者之上产生相同的效果，则它们等价。

3.Reference equality & Value equality

reference equality：检测两个引用是否指向内存中的同一块区域。Java中利用 == 检验，判断身份标识。

value equality：检测两个对象是否具有相同的值。Java中利用 equals()检验。

对每一个ADT，都要重写Object类的equals()。

由实现者决定对象等价性对于ADT的值究竟意味着什么。

Implement equals()

Object类中的equals()默认判断引用等价性。利用hashcode。

重写Object类的equals时，可能会用到instanceof关键字，判断Object类是否是当前的类的实例。

注意：instanceof除了重写equals，不许在其他地方使用。

Override hashcode

重写equals()的同时必须重写hashcode()，以保证等价对象的hashcode也是相等的。

4.Equality of Mutable Types

• observational equality：在程序的当前状态下，不能区分两个引用。客户端只能通过调用producers和observers来区分两个引用，即”看起来“不同。
• behavioral equality：现在或将来都不能区分两个引用。调用两个对象的任何一个操作，结果都相同

例如：TypeScript中：

• 利用观察等价性：arrayA、arrayB、arrayC等价。
• 利用行为等价性：令arrayA[0] = 0,则arrayA变化，arrayB和arrayC都不变化，说明arrayA与后两个在行为上不等价；令arrayB.pop()，此时后两个的变化情况相同，则它们在行为上也等价。故后两者具有行为等价性。

行为等价性比观察等价性更强，前者的结果需要后者观察。