软件构造：3-3 Abstract Data Type (ADT)

抽象数据类型

ADT的特性：表示泄露，抽象函数AF，表示不变量RI

1. 抽象以及用户定义的类型
   抽象数据类型是软件工程中一个通用原则的实例，它有很多名字:
2. 抽象：用更简单、更高层次的思想忽略或隐藏底层细节。（规约是一种客户端只需要理解千前置和后置条件来使用的抽象，不需要了解内部实现）
3. 模块性：将一个系统划分为各个组件或模块，可以设计、实现、测试、推理和重用与系统的其他部分分开。（单元测试和规约使得方法变为模块）
4. 封装：围绕模块建造防护，这样模块就负责它自己的内部行为和bug在系统的其他部分不能破坏其完整性。
5. 信息隐藏：隐藏模块实现的详细信息系统的其余部分，以便以后可以更改这些细节而不改变系统的其他部分。（规约实用信息隐藏来给与实现部分实现方法的自由）
6. 功能分离：让每个功能只由一个模块负责而不是将其分散到多个模块中。（）

ADT是由操作定义的，与其内部如何实现无关。

2. 分类操作和类型

操作器通常为构造函数或静态函数（工厂方法）
变值器通常返回void，也可能返回非空类型比如boolean

3. 设计一套好的规约
   (1) 设计简洁、一致的操作
   (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

4. 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——spec规定了client和implementer之间的契约。

5. 测试ADT
   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。

6. 不变量Invariants
   好的ADT在任何时候都要保持不变量。
   由ADT来负责其不变量，与client端的任何行为无关。
   保持不变量的原因：保持程序的正确性，容易发现错误。
   表示泄露的危害：不仅影响不变性，也影响了表示独立性：无法在不影响客户端的情况下改变其内部表示。
   除非迫不得已，否则不要把希望寄托于客户端上，ADT有责任保证自己的invariants，并避免表示泄露。
   防止表示泄露：最好的办法就是使用immutable的类型，彻底避免表示泄露。其次是防御性拷贝等。

7. 表示不变量和抽象函数（RI和AF）
   表示空间：内部真实实现的实体。
   抽象空间：客户端看到和使用的值。

ADT开发者关注表示空间R，client关注抽象空间。

表示空间到抽象空间的映射关系如下：
满射、未必单射、未必双射。

抽象函数AF即描述表示空间和抽象空间关系的函数。

表示不变性可以看做：

1. 某个具体的“表示”是否是“合法的”；
2. 所有表示值的一个子集，包含了所有合法的表示值；
3. 一个条件，描述了什么是“合法”的表示值。

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)——即如何映射到抽象空间中的值。

即使是同样的R、同样的RI，也可能有不同的AF，即“解释不同”。

设计ADT：
(1) 选择R和A；
(2) RI — 合法的表示值；
(3) 如何解释合法的表示值 —映射AF，做出具体的解释：每个rep value如何映射到abstract value。

checkRep：
在所有可能改变rep的方法内都要检查；
Observer方法可以不用，但建议也要检查。

程序员之间的“潜规则”：数据都“非空”；

8. 有益的可变性
   在表示空间与抽象空间的映射关系不变的前提下，ADT内部实现是可以改变rep的值，这种变化对客户端是不可见的，这种变化成为有益的可变性。

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。

9. 规约撰写
   ADT的规约里只能使用client可见的内容来撰写，包括参数、返回值、异常等。

如果规约里需要提及“值”，只能使用抽象空间中的“值”。

ADT的规约里也不应谈及任何内部表示的细节，以及表示空间中的任何值。
ADT的内部表示(私有属性)对外部都应严格不可见。
故在代码中以注释的形式写出AF和RI而不能在Javadoc文档中，防止被外部看到而破坏表示独立性/信息隐藏。

检查ADT保持不变量的标准：

1. 由creators和producers构造；
2. 由mutators和observers保持；
3. 没有表示泄露的发生。
4. 由ADT不变量来替换前置条件
   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。