6. Abstract Data Type (ADT)

通过封装避免表示泄露。

1. ADT

1.1 Abstraction and User-Defined Types

抽象类型：强调“作用于数据上的操作”，程序员和用户无需关心数据如何具体存储，只需要设计/使用操作。

Bool类型的操作example

An abstract data type Bool has the following operations:

–true: Bool

–false: Bool

–and: Bool ×Bool → Bool

–or: Bool ×Bool → Bool

–not: Bool → Bool

但是有许多可能的方式去实现Bool，可以是bit(0/1)，String(true/false)，int(8/5 or >=0/<0)。

一个抽象数据类型是通过它的操作定义的，与内部如何实现无关。

1.2 Classifying Types and Operations

Mutable：提供了可改变其内部数据的值的操作。

Immutable：其操作不改变内部值，而是构造新的对象。

有些类型会提供两种形式，一种可变，一种不可变。StringBuilder(mutable) String(immutable)

Creators 构造器：create new objects of the type.

Producers 生产器：create new objects from old objects of the type.

Observers 观察器：take objects of the abstract type and return objects of a different type. ps：个人理解，用于观察对象的某些特征，需要其他类型来表示。

Mutators 变值器：change objects. immutable类型无变值器。

1.2.1 signature of a creator

可能实现为构造函数或静态函数（工厂方法），String.valueof(Object obj)就是工厂方法的构造器。

1.2.2 signature of a mutator

变值器通常返回viod，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。也有其他返回值，比如boolean，或者对象本身。

1.3 Designing an Abstract Type

设计好的ADT，靠“经验法则”，提供一组操作，设计其行为规约的spec，不需要有具体的程序，根据程序的功能设计规约。

example：add方法并没有方法体

rule1：设计简洁、一致的操作。 rule2：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需要的难度更低。

1.4 Testing ADT

测试creator，producters，and mutators：调用observers来观察这些操作的结果是否满足spec。

测试observers：调用creator，producters，and mutators等方法产生或改变对象，来看结果是否正确。

**风险：**如果被依赖的其他方法有错误，可能导致被测试方法的测试结果失效。

保证测试用例能够覆盖所有的部分。

2. representation independence 表示独立性

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。

违反(violate)RI的例子：能够通过f直接访问属性，不可以！！！

保持RI的例子：

3. Invariants 不变量

final表示指向的地址不变，如果变量是mutable类型的，还是可能改变。

如果复制代价很高时，不得不将希望寄托于客户端，在规约中写明不可改变的值。否则，ADT有责任保证自己的不变量，并避免表示泄露。

summary：

1. 不要将可变参数合并到对象中；使用防御型复制。

2. 返回可变属性的防御性复制，或者返回可变属性的unmodifiable view 不可变视图。

3. 使用不可变组件，消除防御性复制的需要。

如何建立不变量：
对象初始化和发生变化时，不变量都要为true。在return之前，要用checkRep()检查不变量是否保持。

三个标准来检查是否保持不变量：

1. established by creators and producers;
2. preserved by mutators, and observers;
3. no representation exposure occurs

4. Rep Invariant and Abstraction Function

R（表示空间）和A（抽象空间）之间是满射、未必单射、未必双射。规约中的值只能使用A空间中的值，不能谈及任何内部表示细节，以及R空间中的值。所以AF和RI是注释形式，而不是java doc。

AF 抽象函数：R和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。

RI 表示不变性：某个具体的“表示”是否是“合法的”。

例如：AF和RI都是对属性的描述与判断。

选择某种特定的表示方式R，进而指定某个子集是“合法”的(RI)，并为该子集中的每个值做出“解释”(AF)——即如何映射

要精准记录RI（rep中所有的fields何为有效），和AF（如何解释每一个R值）。

设计ADT：选择R和A；RI–合法的表示值；AF–如何解释合法的表示值。

checkRep();用于监测RI是否满足。在所有可能改变rep的方法内（creators, producers, and mutators）都要检查。observer方法可以不用，但是建议也要检查。

5. Beneficent mutation 有益可变性 必考！

对immutable的ADT来说，它在A空间的abstract value应是不变的，但其内部表示的R空间中的取值则可以是变化的。这种变化叫做有益可变性。

observer方法mutate rep。这种mutator只是改变了R值，并未改变A值，对于client来说是immutable的---->AF并不是单射。

但是！并不代表immutable的类中可以随意出现mutator。

6. rep exposure 自证清白

mutable类型数据要制作防御性拷贝。

7. ADT invariants replace preconditions ADT取代规约的前置条件

用ADT不变量取代复杂的 Precondition，相当于将复杂的precondition封装到了ADT内部。

example：

如果出错可以在编译阶段体现。通过名字SortedSet可以传达意思。更容易去改变，更改SortedSet后不需要改变exclusiveOr或者其他客户端。