Abstract Data Type (ADT)

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本文围绕Java中的类型展开，介绍了不变性，包括不变数据类型、不变引用及final关键字的使用。阐述了快照图中基本数据类型和对象值的表示，以及可变性与不可变性的区别。还讲解了数组、列表、集合、映射等数据结构，重点介绍了数据抽象、抽象函数、表示不变式及其对ADT设计的影响。

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Types in Java
在这里插入图片描述
Immutability不变性

不变性是一种主要的设计原则
不变数据类型创建完后，值不可修改
不变引用，一旦指定引用位置，不可再次指定
使用final声明变量，则该变量是不可变得。例，final int n = 5;
Final关键字对不可变引用提供了静态检查的支持
利用final来声明方法的参数和局部变量。
有利于代码理解和编译器的静态检查
final class 意味着它不能被继承。
final variable 表示它始终包含相同的值/引用，但不能更改
final method 意味着它不能被子类覆盖

Snapshot Diagram
Primitive and Object values in Snapshot Diagram
Primitive values基本数据类型的值由裸常量表示。传入箭头是对变量或对象字段的值的引用。
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Object values对象值是按其类型标记的圆。当我们想要显示更多的细节时，我们在其中写入字段名，并用箭头指向它们的值。对于更详细的信息，字段可以包括它们声明的类型。有些人喜欢写x:int而不是int x，但两者都可以
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Reassignment
例如，如果我们有一个字符串变量s，我们可以将它从值“a”重新赋值为“ab”
String s = “a”;
s = s + “b”;
String是不可变类型的一个例子，这种类型的值一旦创建就永远不会更改
s = s + “b”; 新生成的s，其地址空间发生改变，所以与创建的s的地址空间是不同的

Immutable objects (由它们的设计者设计，以始终表示相同的值)在快照图中由双边框表示，就像图中的字符串对象一样
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Mutable values
相比之下，StringBuilder(一个内置的Java类)是一个可变的对象，它表示一个字符串字符，并且它具有更改对象值的方法
StringBuilder sb = new StringBuilder(“a”);
sb.append(“b”);
这两个快照图看起来非常不同，这很好“：可变性和不可变性之间的区别将在确保代码不受bug影响方面发挥重要作用在这里插入图片描述
Immutable references
Java还为我们提供了不可变的引用:只分配一次且从不重新分配的变量。要使引用不可变，请使用关键字final声明它
final int n = 5;
如果Java编译器不相信您的最终变量只会在运行时分配一次，那么它将产生编译器错误。因此final为不可变引用提供了一个静态检查。
▪在快照图中，不可变引用(final)用双箭头表示

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这里有一个对象，它的id从未更改(不能将其重新分配到不同的数字)，但是它的年龄可以更改

final StringBuilder sb：指向可变值的不可变引用( 引用不可变，值可变)
String s：指向不可变值的可变引用(值不可变，引用可变)

Array
int[] a = new int[100];

List
List list = new ArrayList();

Some of its operations:
– indexing: list.get(2)
– assignment: list.set(2, 0)
– length: list.size()
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Iterating
▪ Iterating an array
int max = 0;
for (int i=0; i<array.length; i++) {
max = Math.max(array[i], max);
}
▪ Iterating a List int max = 0;
for (int x : list) {
max = Math.max(x, max);
}

Set
– s1.contains(e) test if the set contains an element
– s1.containsAll(s2)test whether s1 ⊇ s2
– s1.removeAll(s2) remove s2 from s1
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Map
A Map is similar to a dictionary (key-value) 键-值
– map.put(key, val) add the mapping key → val
– map.get(key) get the value for a key
– map.containsKey(key) test whether the map has a key
– map.remove(key) delete a mapping

Snapshot diagram of MyIterator
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Data Abstraction数据抽象：
·一个类型的特征由可对其执行的操作刻画
·抽象类型的新颖性和以往不同之处在于对操作的关注

对抽象类型的操作进行分类
Creator：产生类型的新对象
创建器可以将对象作为参数，但不能接受正在构造的类型的对象
Producers：在已有对象基础上产生新的对象
例如，String的concat()方法是一个生成器:它接受两个字符串并生成一个表示它们连接的新字符串
Observers：输入抽象类型的对象，返回其他类型的对象
例如，List的size()方法返回一个int
Mutators：改变对象
例如，List的add()方法通过在列表末尾添加元素来修改列表
每每个T都是抽象类型本身个T都是抽象类型本身每个T都是抽象类型本身在这里插入图片描述
说明：
·每个T都是抽象类型本身
·每个t都是另一种类型
·+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0次或多次
·|表示or

Signature of a creator
·创建者要么作为构造函数实现，如new ArrayList()，要么作为静态方法实现，如Arrays.asList()
·作为静态方法实现的创建者通常称为工厂方法
·各种String.valueOf()(返回参数的字符串形式)在Java方法的其他例子创造者作为工厂方法实现

Signature of a mutator
·通常由空返回类型发出信号
·必须调用返回void的方法以获得某种副作用，因为否则它不会返回任何东西
·但并不是所有的改变者都返回void：
1.例如，set .add()返回一个布尔值，该布尔值指示是否实际更改了集合
2.在Java图形用户界面工具包中，Component.add()返回对象本身，以便多个add()调用可以链接在一起

Abstract Data Type Examples
int
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Abstraction Function （AF）抽象函数
·将代表值映射到它们所表示的抽象值的抽象函数

·图中的弧表示抽象函数
·在函数术语中，属性可以表示为:函数是满射的(也称为上射)，不一定是单射的(一对一)，因此不一定是双射的，而且常常是偏的。(AF是满射的、未必单射、未必双射)
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Rep Invariant（RI）
·RI告诉我们空间R中的r是否被AF映射到了空间A中的某个值
·RI形成了空间R的一个子集(子集中的所有元素均被AF映射到了空间A中）