软构--ADT

抽象数据类型与表示独立性：如何设计良好的抽象数据结构，通过封装来避免客户端获取数据的内部表示（即“表示泄露”），避免潜在的bug——在client和implementer之间建立“防火墙

ADT的特性：表示泄漏、抽象函数AF、表示不变量RI

通过abstraction function and rep invariants，一个类实现的ADT意味着什么

abstraction function为我们提供了一种清晰地定义抽象数据类型上的相等操作的方法
rep invariants将更容易捕获由损坏的数据结构引起的错误。

Abstraction and User-Defined Types

User-Defined Types

除了编程语言所提供的基本数据类型和对象数据类型，程序员可定义 自己的数据类型

数据抽象Data Abstraction

数据抽象：由一组操作所刻画的数据类型

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无需关心数据如何具体存储的，只需设计/使用操作即可

ADT是由操作定义的，与其内部如何实现无关

比如，我们在讨论List类型时，不考虑其数据结构，而是考虑到operation，get、size等等

Classifying Types and Operations（分类）

Classifying Types：Mutable and immutable type（可变和不可变数据类型）

不论是内置的还是用户定义的类型，可以被分为可变和不可变数据类型

mutable可变数据类型：是可以被更改的，意味着你在使用这个数据类型的一些operation的时候，可能会导致对该object的其他操作结果的更改。

比如，Date是可变的，当我们调用操作setMonth，会对Data的一个实例的Month更改，随后在使用getMonth的时候，会得到不同的值

immutable不可变数据类型：其操作不改变内部值，而是构造新的对象

比如：String是immutable的，因为它的操作都会创建一个新的String对象而不是改变现有的那个实例对象

一般，一种类型会提供两种形式，可变和不可变的，比如字符串有String和StringBuilder（可变的）

Classifying the operations of an abstract type

构造器Constructor：

• 一个构造器可以接受参数，但是不能以被构建的对象作为参数
• 也可以不是构造器
• 可能实现为构造函数或静态函数
  • 如果以静态方法来实现creator，该方法叫做工厂方法factory method
  • String.valueOf(Object Obj)这个也是工厂方法的例子
• t* → T

生产器（Producers）：从该类型的旧对象生成新的对象

• 比如String的concat()，它接受两个旧字符串，拼接这两个旧字符串，产生这个拼接后的新字符串
• T+, t* → T

观察器（Observers）：获取抽象类型的对象，返回不同的对象（个人理解：获取一个抽象对象的内部属性的类型）

• 例如List的size()，返回一个int
• T+, t* → t

变值器（Mutators）：改变对象属性的方法

• 例如，List的add()方法，可以通过添加元素改变list
• 变值器通常返回void
  • 如果返回值为void，则必然意 味着它改变了对象的某些内部状态
• 变值器也可能返回非空类型
  • 比如Set.add()返回一个boolean类型来表明这个集合是否改变
• T+, t* → void | t | T

T是一个抽象类型本身
t是一些其他的类型
+标记表示该类型可能在签名的该部分出现一次或多次。
*标记表示它出现零次或多次。

Abstract Data Type Examples

int immutable

是不可变的，没有mutators
creators: the numeric literals 0 , 1 , 2 , …
producers: arithmetic operators + , - , * , /
observers: comparison operators == , != , < ,>

String immutable

– creators: String constructors
– producers: concat , substring , toUpperCase
– observers: length , charAt

List mutable

– creators: ArrayList and LinkedList constructors, Collections.singletonList
– producers: Collections.unmodifiableList
– observers: size , get
– mutators: add , remove , addAll , Collections.sort

Designing an Abstract Type

设计好的ADT，靠“经验法 则”，提供一组操作，设计其行为规约 spec，规约需要满足以下原则

1. 设计简洁、一致的操作
   1. 操作要简单，少，可以是一些复杂方式的组合，而不是给出复杂的操作
   2. 每个操作都要有一个明确的目的、连贯的行为
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，要么针对具体应用的设计

RI（Representation Independence）

表示独立性：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
除非ADT的操作指明了具体的pre和post-condition，否则不能改变ADT的内部表示——spec规定了 client和implementer之间的契约
个人理解：表示独立性就是为了防止泄露，由于client只关注rep，不关注内部实现，因此对于内部实现部分，我们不能把它暴露出来，应该要防止其被篡改，因此，一方面，内部属性要private，另一方面，在get的时候，也要防止泄露发生，根据返回数据的类型自行选择是否需要复制一份新的数据返回

Test

• 测试creators, producers, and mutators：调用observers来观察这些 operations的结果是否满足spec
• 测试observers：调用creators, producers, and mutators等方法产生或 改变对象，来看结果是否正确。