ADT OOP

時間 2019-11-30

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【ADT的基本概念】程序員

抽象數據類型（Abstract Data Type，ADT）是是指一個數學模型以及定義在該模型上的一組操做；即包括數據數據元素，數據關係以及相關的操做。
ADT具備如下幾個能表達抽象思想的詞：
- 抽象化：用更簡單、更高級的思想省略或隱藏低級細節。
- 模塊化：將系統劃分爲組件或模塊，每一個組件能夠設計，實施，測試，推理和重用，與系統其他部分分開使用。
- 封裝：圍繞模塊構建牆，以便模塊負責自身的內部行爲，而且系統其餘部分的錯誤不會損壞其完整性。
- 信息隱藏：從系統其他部分隱藏模塊實現的細節，以便稍後能夠更改這些細節，而無需更改系統的其餘部分。
- 關注點分離：一個功能只是單個模塊的責任，而不跨越多個模塊。
與傳統類型定義的差異：
- 傳統的類型定義：關注數據的具體表示。
- 抽象類型：強調「做用於數據上的操做」，程序員和client無需關心數據如何具體存儲的，只需設計/使用操做便可。
ADT是由操做定義的，與其內部如何實現無關！編程

【ADT的四種類型】編程語言

前置定義：mutable and immutable types
- 可變類型的對象：提供了可改變其內部數據的值的操做。Date
- 不變數據類型：其操做不改變內部值，而是構造新的對象。String
  - - Creators（構造器）：
      - 建立某個類型的新對象，⼀個建立者可能會接受⼀個對象做爲參數，可是這個對象的類型不能是它建立對象對應的類型。可能實現爲構造函數或靜態函數。（一般稱爲工廠方法）
      - t* -> T
      - 栗子：Integer.valueOf( )
    - Producers（生產器）：
      - 經過接受同類型的對象建立新的對象。
      - T+ , t* -> T
      - 栗子：String.concat( )
    - Observers（觀察器）：
      - 獲取抽象類型的對象而後返回一個不一樣類型的對象/值。
      - T+ , t* -> t
      - 栗子：List.size( ) ；
    - Mutators（變值器）：
      - 改變對象屬性的方法，
      - 變值器一般返回void，若爲void，則必然意味着它改變了對象的某些內部狀態；固然，也可能返回非空類型
      - T+ , t* -> t || T || void
      - 栗子：List.add( )
    - 解釋：T是ADT自己；t是其餘類型；+ 表示這個類型可能出現一次或屢次；* 表示可能出現0次或屢次。

【設計一個好的ADT】模塊化

設計好的ADT，靠「經驗法則」，提供一組操做，設計其行爲規約 spec函數

原則 1：設計簡潔、一致的操做。
- 最好有一些簡單的操做，它們能夠以強大的方式組合，而不是不少複雜的操做。
- 每一個操做應該有明確的目的，而且應該有一致的行爲而不是一連串的特殊狀況。
原則 2：要足以支持用戶對數據所作的全部操做須要，且用操做知足用戶須要的難度要低。
- 提供get()操做以得到list內部數據
- 提供size()操做獲取list的長度
原則 3：要麼抽象、要麼具體，不要混合 —— 要麼針對抽象設計，要麼針對具體應用的設計。

【測試ADT】性能

測試creators, producers, and mutators：調用observers來觀察這些 operations的結果是否知足spec；
測試observers：調用creators, producers, and mutators等方法產生或改變對象，來看結果是否正確。

## OOP的基本概念

【對象】測試

對象是類的一個實例，有狀態和行爲。
例如，一條狗是一個對象，它的狀態有：顏色、名字、品種；行爲有：搖尾巴、叫、吃等。
概念：一個對象是一堆狀態和行爲的集合。
- 狀態是包含在對象中的數據，在Java中，它們是對象的fields。
- 行爲是對象支持的操做，在Java中，它們稱爲methods。

【類】設計

類是一個模板，它描述一類對象的行爲和狀態。
每一個對象都有一個類
類定義了屬性類型（type）和行爲實現（implementation）
簡單地說，類的方法是它的應用程序編程接口（API）。
類成員變量(class variable)又叫靜態變量；類方法(class method)又叫靜態方法：
實例變量(instance variable)和實例方法(instance method)是不用static形容的實例和方法；
兩者有如下的區別：
- 類方法是屬於整個類，而不屬於某個對象。
- 類方法只能訪問類成員變量（方法），不能訪問實例變量（方法），而實例方法能夠訪問類成員變量（方法）和實例變量（方法）。
- 類方法的調用能夠經過類名.類方法和對象.類方法，而實例方法只能經過對象.實例方法訪問。
- 類方法不能被覆蓋，實例方法能夠被覆蓋。
- 當類的字節碼文件被加載到內存時，類的實例方法不會被分配入口地址當該類建立對象後，類中的實例方法才分配入口地址，從而實例方法能夠被類建立的任何對象調用執行。
- 類方法在該類被加載到內存時，就分配了相應的入口地址。從而類方法不只能夠被類建立的任何對象調用執行，也能夠直接經過類名調用。類方法的入口地址直到程序退出時才被取消。
注意：
- 當咱們建立第一個對象時，類中的實例方法就分配了入口地址，當再建立對象時，再也不分配入口地址。
- 也就是說，方法的入口地址被全部的對象共享，當全部的對象都不存在時，方法的入口地址才被取消。
總結：
- 類變量和類方法與類相關聯，而且每一個類都會出現一次。使用它們不須要建立對象。
- 實例方法和變量會在每一個類的實例中出現一次。

【接口】指針

概念：接口在JAVA編程語言中是一個抽象類型，用於設計和表達ADT的語言機制，其是抽象方法的集合，接口一般以interface來聲明。
一個類經過繼承接口的方式，從而來繼承接口的抽象方法。
接口並非類，編寫接口的方式和類很類似，可是它們屬於不一樣的概念。類描述對象的屬性和方法。接口則包含類要實現的方法。
一個接口能夠擴展其餘接口，一個類能夠實現多個接口；一個接口也能夠有多重實現
除非實現接口的類是抽象類，不然該類要定義接口中的全部方法。
接口沒法被實例化，可是能夠被實現。一個實現接口的類，必須實現接口內所描述的全部方法，不然就必須聲明爲抽象類。另外，在 Java 中，接口類型可用來聲明一個變量，他們能夠成爲一個空指針，或是被綁定在一個以此接口實現的對象。

總結：接口的好處code

Safe from bugs
ADT是由其操做定義的，接口就是這樣作的。
當客戶端使用接口類型時，靜態檢查確保他們只使用由接口定義的方法。
若是實現類公開其餘方法，或者更糟糕的是，具備可見的表示，客戶端不會意外地看到或依賴它們。
當咱們有一個數據類型的多個實現時，接口提供方法簽名的靜態檢查。
Easy to understand
客戶和維護人員確切知道在哪裏查找ADT的規約。
因爲接口不包含實例字段或實例方法的實現，所以更容易將實現的細節保留在規範以外。
Ready for change
經過添加實現接口的類，咱們能夠輕鬆地添加新類型的實現。
若是咱們避免使用靜態工廠方法的構造函數，客戶端將只能看到該接口。
這意味着咱們能夠切換客戶端正在使用的實現類，而無需更改其代碼。