HIT软件构造第三章第三节知识点总结

本节的内容为抽象数据类型(ADT)的讲解。

一.ADT的基本概念

    数据抽象：由一组操作所刻画的数据类型；强调的是操作而不是具体如何存储的。
    可以看出对应的抽象可能有多种实现方式。所以可见ADT是由操作定义的，与内部实现方式无关；一般用户也不关心实现方式，只关心暴露出的操作(通过规约来达成一致)。

二.典型的类型和操作

    类型上可分为可变数据类型和不可变数据类型，与3.1节的含义相同。
    下面内容为重点
    操作上可以分为四类，分别是构造器、生产器、观察器、变值器。
    构造器是从无到有的过程，一般用构造方法或者静态工厂方法来实现。
    生产器是从旧到新的过程，一般是一些对不可变类型的修改导致新生成一个对象等等的操作。
    观察器顾名思义，仅仅是看我们想要得到的内容，而不进行修改。
    变值器也是顾名思义，指的那些改变对象属性的方法。一般返回值为void的方法很可能是变值器。有变值器的数据类型就是可变数据类型，否则就是不可变数据类型。

三.ADT的设计法则

    法则1：操作要简洁，一致。对于复杂的操作，应该拆分成多个简单操作的叠加，以此提高内聚性。
    法则2：操作要全面(即需要的功能要可以实现)，且为用户提供方便的操作。
    法则3：要不是针对抽象，要不是针对具体，不要两者混合。因此面向具体应用的类型不应该有通用方法，面向通用的类型也不该有具体方法。

四.表示独立性

    表示独立性(Representation Independence)的含义为，客户端使用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，客户端调用的结果应该是相同的；也就是我们前面一直强调的用户调用与内部实现方式无关。

五.ADT的测试

    总的来说，对构造器、生产器、变值器的测试要用观察器检查；对观察器的测试要用其他三类方法来产生或构造对象。但这样的风险是，可能会产生互相依赖的现象，导致无法找到真正的错误原因。
    解决方案：新创建一些方法来解除这些耦合，或者是把一部分私有方法改为公有方法，测试完后再换回私有。或者如果对于小型程序，只要测试结果都是正确的，也就可以解决问题。

六.不变量

    不变量就是ADT在使用的过程中永远为真的性质，与客户端的行为无关。为了确保 ADT使用时的正确性以及出错误时定位错误，我们一般会经常判断我们的不变量是否为真。
    例如不可变类型是不可变的，自己设计的set中不能有重复值(要求不能有重复值)等等。
    一般导致不变量被破坏是因为表示泄露：将我们不应该被修改的内容交给了客户端去修改。总的来说，杜绝方法如下：尽量都使用不可变的数据类型；否则至少让输入的参数为不可变类型，同时做好防御性拷贝，返回新的对象，或者是把返回的字段改为不可变的。

七.表示不变量(RI)与抽象函数(AF)

    首先，我们做如下的两个定义。
    R：表示空间，ADT中实际存储的内容。(当然和ADT的实现密切相关)
    A：抽象空间，客户端看到和使用的值。
    AF：从R到A之间的一个对应关系(映射)，即AF：R → A。
    当然，A中的元素都肯定在R中至少有一个对应；而R中却可能有元素不和A中的任何元素对应(即不遵守规约的内容)，因此可见AF为满射而未必为单射。注：这里的映射其实指的是部分映射，因为映射要求R中每个元素都有A来对应，因此对全体R来看的话，只要每个像都有一个原像，那就是单射了；但即使既是单射又是满射，也可能不是双射。
    RI：从R到boolean的一个映射，即RI：R → boolean，其中如果R中的元素在A中有像即表示合法，则该元素在RI的映射值为true。也可以说RI是一个条件，描述了哪些是合法值。
    下图为一个简单的例子，实现的内容为字符集合。

    不同的内部表示要设计不同的AF和RI，主要流程是先通过某种特定的表示方式R，来指定出RI，从而再做出相应的解释，也就是AF。
    我们应该在开发阶段，对所有改变不变量的方法中随时检查(除了观察者之外的方法)。因此我们一般会使用assert语句。

八.AF，RI和表示泄露安全说明的文档化

    这些都是写在代码的注释中，而非规约中。要给出理由，证明代码并未对外泄露其内部表示，比如字段全部为private，还有对可变字段的处理等等。
    可用表示不变量来代替一些前置条件。