本文內(nèi)容來(lái)自MIT_6.031_sp18: Software Construction課程的Readings部分，采用CC BY-SA 4.0協(xié)議。

由于我們學(xué)校（哈工大）大二軟件構(gòu)造課程的大部分素材取自此，也是推薦的閱讀材料之一，于是打算做一些翻譯工作，自己學(xué)習(xí)的同時(shí)也能幫到一些懶得看英文的朋友。另外，該課程的閱讀資料中有許多練習(xí)題，但是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，所給出的“正確答案”均為譯者所寫，有錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)指出。

（更新：從第10章開(kāi)始，只提供正確答案，不再翻譯錯(cuò)誤答案）

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譯者：李秋豪 江家偉

審校：李秋豪

V1.0 Thu Mar 29 00:41:23 CST 2018

本次課程的目標(biāo)

• 理解“抽象數(shù)據(jù)類型(ADT)”
• 理解“表示獨(dú)立”

在這篇閱讀中，我們將會(huì)講解一個(gè)重要的概念——抽象數(shù)據(jù)類型，它會(huì)幫助我們將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)分開(kāi)。

抽象數(shù)據(jù)類型解決了一個(gè)很危險(xiǎn)的問(wèn)題：使用者可能對(duì)類型的內(nèi)部表示做假設(shè)。我們?cè)诤竺鏁?huì)探討為什么這種假設(shè)是危險(xiǎn)的，以及如何避免它。我們也會(huì)討論操作符的分類和如何設(shè)計(jì)好的抽象數(shù)據(jù)類型。

Java中的訪問(wèn)控制

閱讀: Controlling Access to Members of a Class

閱讀小練習(xí)

閱讀以下代碼并回答問(wèn)題：

class Wallet {private int amount;public void loanTo(Wallet that) {// put all of this wallet's money into that wallet /*A*/ that.amount += this.amount; /*B*/ amount = 0;}public static void main(String[] args) { /*C*/ Wallet w = new Wallet(); /*D*/ w.amount = 100; /*E*/ w.loanTo(w);}}class Person {private Wallet w;public int getNetWorth() { /*F*/ return w.amount;}public boolean isBroke() { /*G*/ return Wallet.amount == 0;}}

假設(shè)程序在運(yùn)行 /*A*/ 語(yǔ)句后立即停止，上圖列出了此時(shí)的內(nèi)部狀態(tài)，請(qǐng)問(wèn)各個(gè)數(shù)字所標(biāo)出的方框內(nèi)應(yīng)該填上什么？

1 -> w

2 -> that

3 -> loanTo

4 -> 200

Access control A

關(guān)于語(yǔ)句 /*A*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

that.amount += this.amount;

• [x] 在Java中允許對(duì)this.amount的索引

• [x] 在Java中允許對(duì) that.amount 的索引

Access control B

關(guān)于語(yǔ)句 /*B*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

amount = 0;

• [x] 在Java中允許對(duì) amount 的索引

Access control C

關(guān)于語(yǔ)句 /*C*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

Wallet w = new Wallet();

• [x] 在Java中允許對(duì) Wallet() 構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用

Access control D

關(guān)于語(yǔ)句 /*D*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

w.amount = 100;

• [x] 在Java中允許對(duì) w.amount 的訪問(wèn)

Access control E

關(guān)于語(yǔ)句 /*E*/ ，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

w.loanTo(w);

• [x] 在Java中允許對(duì) loanTo() 的調(diào)用
• [x] 在這句代碼執(zhí)行之后，w指向的Wallet對(duì)象的金額將會(huì)是0

Access control F

關(guān)于語(yǔ)句 /*F*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

return w.amount;

• [x] 這里關(guān)于 w.amount 的索引不會(huì)被允許，因?yàn)?amount 是在另一個(gè)類中的私有區(qū)域

• [x] 這個(gè)非法訪問(wèn)會(huì)被靜態(tài)捕捉

Access control G

關(guān)于語(yǔ)句 /*G*/，以下哪一個(gè)說(shuō)法是正確的？

return Wallet.amount == 0;

• [x] 這里關(guān)于 Wallet.amount 的索引不會(huì)被允許，因?yàn)?amount 是一個(gè)私有地址
• [x] 這里關(guān)于 Wallet.amount 的索引不會(huì)被允許，因?yàn)?amount 是一個(gè)實(shí)例變量
• [x] 這個(gè)非法訪問(wèn)會(huì)被靜態(tài)捕捉

什么是抽象

抽象數(shù)據(jù)類型是軟件工程中一個(gè)普遍原則的實(shí)例，從它衍生出很多意思相近的名詞。這里列出了幾個(gè)能夠表達(dá)其中思想的詞：

• 抽象： 忽略底層的細(xì)節(jié)而在高層思考
• 模塊化：將系統(tǒng)分為一個(gè)模塊，每個(gè)模塊可以單獨(dú)的進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、推倒，并且在剩下的開(kāi)發(fā)中進(jìn)行復(fù)用。
• 封裝：在模塊的外部建立起一道“圍墻”，使它只對(duì)自己內(nèi)部的行為負(fù)責(zé)，并且系統(tǒng)別處的bug不會(huì)影響到它內(nèi)部的正確性。
• 信息隱藏：將模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏，使未來(lái)更改模塊內(nèi)部時(shí)不必改變外部代碼。
• 功能分離：一個(gè)模塊僅僅負(fù)責(zé)一個(gè)特性/功能，而不是將一個(gè)特性運(yùn)用在很多模塊上或一個(gè)模塊擁有很多特性。

作為一個(gè)軟件工程師，你應(yīng)該知道這些名詞，因?yàn)槟銜?huì)在以后的工作中經(jīng)常遇到它們。這些思想的本質(zhì)目的都是為了實(shí)現(xiàn)我們這門課的三個(gè)目標(biāo)：遠(yuǎn)離bug、易于理解、可改動(dòng)。

事實(shí)上，我們?cè)谥暗恼n程中已經(jīng)碰到過(guò)這些思想，特別是在設(shè)計(jì)方法和規(guī)格說(shuō)明的時(shí)候：

• 抽象：規(guī)格說(shuō)明使得使用者只需要弄懂規(guī)格說(shuō)明并遵守前置條件，而不是讓他們?nèi)ヅ讓拥拇a實(shí)現(xiàn)
• 模塊化：單元測(cè)試和規(guī)格說(shuō)明都幫助了將方法模塊化
• 封裝：方法中的局部變量都是被封裝的，因?yàn)樗麄儍H僅可以在方法內(nèi)部使用。與此相對(duì)的是全局變量和指向可變對(duì)象的別名，它們會(huì)對(duì)封裝帶來(lái)很大損害。
• 信息隱藏：規(guī)格說(shuō)明就是一種信息隱藏，它使得實(shí)現(xiàn)者可以自由的更改實(shí)現(xiàn)代碼。
• 功能分離：一個(gè)規(guī)格說(shuō)明應(yīng)該是邏輯明確的，即它不能有很多特性，而應(yīng)該完成好一個(gè)功能。

從今天的課程開(kāi)始，我們將跳出對(duì)方法的抽象，看看對(duì)數(shù)據(jù)的抽象。但是在我們描述數(shù)據(jù)抽象時(shí)方法也會(huì)扮演很重要的角色。

用戶定義類型

在早期的編程語(yǔ)言中，用戶只能自己定義方法，而所有的類型都是規(guī)定好的（例如整型、布爾型、字符串等等）。而現(xiàn)代編程語(yǔ)言允許用戶自己定義類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，這是軟件開(kāi)發(fā)中的一個(gè)巨大進(jìn)步。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象的核心思想就是類型是通過(guò)其對(duì)應(yīng)的操作來(lái)區(qū)分的：一個(gè)整型就是你能對(duì)它進(jìn)行加法和乘法的東西；一個(gè)布爾型就是你能對(duì)它進(jìn)行取反的東西；一個(gè)字符串就是你能對(duì)它進(jìn)行鏈接或者取子字符串的東西，等等。在一定意義上，用戶在以前的編程語(yǔ)言上似乎已經(jīng)能夠定義自己的類型了，例如定義一個(gè)名叫Date的結(jié)構(gòu)體，里面用int表示天數(shù)和年份。但是真正使得抽象類型變得新穎不同的是對(duì)操作的強(qiáng)調(diào)：用戶不用管這個(gè)類型里面的數(shù)據(jù)是怎么保存表示的，就好像是程序員不用管編譯器是怎么存儲(chǔ)整數(shù)一樣。起作用的只是類型對(duì)應(yīng)的操作。

和很多現(xiàn)代語(yǔ)言一樣，在Java中內(nèi)置類型和用戶定義類型之間的關(guān)系很模糊。例如在 java.lang中的類 Integer 和 Boolean 就是內(nèi)置的——Java標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定它們必須存在，但是它們的定義又是和用戶定義類型的方式一樣的。另外，Java中還保留了原始類型，它們不是類和對(duì)象，例如 int 和 boolean ，用戶無(wú)法對(duì)它們進(jìn)行繼承。

閱讀小練習(xí)

Abstract Data Types

思考抽象數(shù)據(jù)類型 Bool，它有如下操作：

true : Bool
false : Bool

and : Bool × Bool → Bool
or : Bool × Bool → Bool
not : Bool → Bool

頭兩個(gè)操作構(gòu)建了這個(gè)類型對(duì)應(yīng)的兩個(gè)值，后三個(gè)操作對(duì)應(yīng)邏輯操作 和、或、取非。

以下哪些選項(xiàng)可以是 Bool 具體的實(shí)現(xiàn)方法（并且滿足上面的操作符）？

• [x] 一個(gè)比特位，1代表true，0代表false
• [x] 一個(gè)int值，5代表true，8代表false
• [x] 一個(gè)對(duì)String對(duì)象的索引，"false"代表true， "true" 代表false
• [x] 一個(gè)int值，大于1的質(zhì)數(shù)代表true，其余的代表false

類型和操作的分類

對(duì)于類型，不管是內(nèi)置的還是用戶定義的，都可以被分為可改變 和 不可變兩種。其中可改變類型的對(duì)象能夠被改變：它們提供了改變對(duì)象內(nèi)容的操作，這樣的操作執(zhí)行后可以改變其他對(duì)該對(duì)象操作的返回值。所以 Date 就是可改變的，因?yàn)槟憧梢酝ㄟ^(guò)調(diào)用setMonth操作改變 getMonth 操作的返回值。但 String 就是不可改變的，因?yàn)樗牟僮鞣际莿?chuàng)建一個(gè)新的 String 對(duì)象而不是改變現(xiàn)有的這個(gè)。有時(shí)候一個(gè)類型會(huì)提供兩種形式，一種是可改變的一種是不可改變的。例如 StringBuilder就是一種可改變的字符串類型。

而抽象類型的操作符大致分類：

• 創(chuàng)建者creator：創(chuàng)建一個(gè)該類型的新對(duì)象。一個(gè)創(chuàng)建者可能會(huì)接受一個(gè)對(duì)象作為參數(shù)，但是這個(gè)對(duì)象的類型不能是它創(chuàng)建對(duì)象對(duì)應(yīng)的類型。
• 生產(chǎn)者producer：通過(guò)接受同類型的對(duì)象創(chuàng)建新的對(duì)象。例如， String類里面的 concat 方法就是一個(gè)生產(chǎn)者，它接受兩個(gè)字符串然后據(jù)此產(chǎn)生一個(gè)新的字符串。
• 觀察者observer：接受一個(gè)同類型的對(duì)象然后返回一個(gè)不同類型的對(duì)象/值。例如List的 size 方法，它返回一個(gè) int。
• 改造者mutator：改變對(duì)象的內(nèi)容，例如 List的 add 方法，它會(huì)在列表中添加一個(gè)元素。

我們可以將這種區(qū)別用映射來(lái)表示：

• creator : t* → T
• producer : T+, t* → T
• observer : T+, t* → t
• mutator : T+, t* → void | t | T

其中T代表抽象類型本身；t代表其他的類型；+代表這個(gè)參數(shù)可能出現(xiàn)一次或多次；*代表這個(gè)參數(shù)可能出現(xiàn)零次或多次。例如， String.concat() 這個(gè)接受兩個(gè)參數(shù)的生產(chǎn)者：

• concat : String × String → String

有些觀察者不會(huì)接受其他類型的參數(shù)，例如：

• size : List → int

而有些則會(huì)接受很多參數(shù)：

• regionMatches : String × boolean × int × String × int × int → boolean

構(gòu)造者通常都是用構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，例如 new ArrayList() ，但是有的構(gòu)造體是靜態(tài)方法（類方法），例如 Arrays.asList()和 String.valueOf ，這樣的靜態(tài)方法也稱為工廠方法。

改造者通常沒(méi)有返回值（void）。一個(gè)沒(méi)有返回值的方法一定有副作用 ，因?yàn)椴蝗贿@個(gè)方法就沒(méi)有任何意義了。但是不是所有的改造者都沒(méi)有返回值。例如Set.add() 會(huì)返回一個(gè)布爾值用來(lái)提示這個(gè)集合是否被改變了。在Java圖形庫(kù)接口中，Component.add() 會(huì)將它自己這個(gè)對(duì)象返回，因此add()可以被連續(xù)鏈?zhǔn)秸{(diào)用。

抽象數(shù)據(jù)類型的例子

int 是Java中的原始整數(shù)類型，它是不可變類型，沒(méi)有改造者。

• creators: 字面量 0, 1, 2, …
• producers: 算術(shù)符 +, -, *, /
• observers: 比較符號(hào) ==, !=, <, >
• mutators: 無(wú)

List 是Java中的列表類型，它是可更改類型。另外，List也是一個(gè)接口，所以對(duì)于它的實(shí)現(xiàn)可以有很多類，例如 ArrayList 和 LinkedList.

• creators: ArrayList 和 LinkedList 的構(gòu)造函數(shù), Collections.singletonList
• producers: Collections.unmodifiableList
• observers: size, get
• mutators: add, remove, addAll, Collections.sort

String 是Java中的字符串類型，它是不可變類型。

• creators: String 構(gòu)造函數(shù), valueOf 靜態(tài)方法（工廠方法）
• producers: concat, substring, toUpperCase
• observers: length, charAt
• mutators: 無(wú)

這個(gè)分類告訴了我們一些有用的術(shù)語(yǔ)，但它不是完美的。例如對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，有些操作可能既是生產(chǎn)者也是改造者。

閱讀小練習(xí)

Operations

下面都是我們從Java庫(kù)中選取的幾個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型的操作，試著通過(guò)閱讀文檔將這些操作分類。

提示：注意類型本身是不是參數(shù)或者返回值，同時(shí)記住實(shí)例方法（沒(méi)有static關(guān)鍵詞的）有一個(gè)隱式的參數(shù)。

Integer.valueOf()

creator

BigInteger.mod()

producer

List.addAll()

mutator

String.toUpperCase()

producer

Set.contains()

observer

Map.keySet()

observer

BufferedReader.readLine()

mutator

抽象類型是通過(guò)它的操作定義的

這一節(jié)的重要思想就是抽象類型是通過(guò)它的操作定義的.

對(duì)于類型T來(lái)說(shuō)，它的操作集合和規(guī)格說(shuō)明完全定義和構(gòu)造了它的特性。例如，當(dāng)我們談到List類型時(shí)，我們并沒(méi)有特指一個(gè)數(shù)組或者鏈接鏈表，而是一系列模糊的值——哪些對(duì)象可以是List類型——滿足該類型的規(guī)格說(shuō)明和操作規(guī)定，例如 get(), size(), 等等。

上一段說(shuō)到的“模糊的值”是指我們不能去檢查數(shù)據(jù)具體是在類型中怎么存儲(chǔ)的，而是要通過(guò)特定的操作去處理。例如上圖中畫(huà)出的，通過(guò)規(guī)格說(shuō)明這道“防火墻”，我們將類型中具體的實(shí)現(xiàn)和這些實(shí)現(xiàn)共享的私有數(shù)據(jù)封裝起來(lái)，而用戶只能看到和使用接口上的操作。

設(shè)計(jì)抽象類型

設(shè)計(jì)一個(gè)抽象類型包括選擇合適的操作以及它們對(duì)應(yīng)的行為，這里列出了幾個(gè)重要的規(guī)則。

設(shè)計(jì)少量，簡(jiǎn)單，可以組合實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能的操作而非設(shè)計(jì)很多復(fù)雜的操作。

每個(gè)操作都應(yīng)該有一個(gè)被明確定義的目的，并且應(yīng)該設(shè)計(jì)為對(duì)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有一致的行為，而不是針對(duì)某些特殊情況。例如，或許我們不應(yīng)該為L(zhǎng)ist類型添加一個(gè)sum操作。因?yàn)檫@雖然可能對(duì)想要操作一個(gè)整數(shù)列表的用戶有幫助，但是如果用戶想要操作一個(gè)字符串列表呢？或者一個(gè)嵌套的列表? 所有這些特殊情況都將會(huì)使得sum成為一個(gè)難以理解和使用的操作。

操作集合應(yīng)該充分地考慮到用戶的需求，也就是說(shuō)，用戶可以用這個(gè)操作集合做他們可能想做的計(jì)算。一個(gè)較好測(cè)試方法是檢查抽象類型的每個(gè)屬性是否都能被操作集提取出來(lái)。例如，如果沒(méi)有g(shù)et操作，我們就不能提取列表中的元素。抽象類型的基本信息的提取也不應(yīng)該特別困難。例如，size方法對(duì)于List并不是必須的，因?yàn)槲覀兛梢杂胓et增序遍歷整個(gè)列表，直到get執(zhí)行失敗，但是這既不高效，也不方便。

抽象類型可以是通用的：例如，列表、集合，或者圖。或者它可以是適用于特定領(lǐng)域的：一個(gè)街道的地圖，一個(gè)員工數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)電話簿等等。但是一個(gè)抽象類型不能兼有上述二者的特性。被設(shè)計(jì)用來(lái)代表一個(gè)紙牌序列的Deck類型不應(yīng)該有一個(gè)通用的add方法來(lái)向類型實(shí)例中添加任意對(duì)象，比如整型和字符串類型。反過(guò)來(lái)說(shuō)，對(duì)于像dealCards這樣的只對(duì)特定領(lǐng)域(譯者注：紙牌游戲)有效的方法，把它加入List這樣的通用類型中也是沒(méi)有意義的。

表示獨(dú)立

特別地，一個(gè)好的抽象數(shù)據(jù)類型應(yīng)該是表示獨(dú)立的。這意味著它的使用和它的內(nèi)部表示（實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)）無(wú)關(guān)，所以內(nèi)部表示的改變將對(duì)外部的代碼沒(méi)有影響。例如，List就是表示獨(dú)立的——它的使用與它是用數(shù)組還是連接鏈表實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)。

如果一個(gè)操作完全在規(guī)格說(shuō)明中定義了前置條件和后置條件，使用者就知道他應(yīng)該依賴什么，而你也可以安全的對(duì)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)進(jìn)行更改（遵循規(guī)格說(shuō)明）。

例子: 字符串的不同表示

讓我們先來(lái)看看一個(gè)表示獨(dú)立的例子，然后想想它為什么很有用。下面的 MyString抽象類型是我們舉出的例子，雖然它遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有Java中的String操作多，規(guī)格說(shuō)明也有些不同，但是還是有解釋力的。下面是規(guī)格說(shuō)明：

/** MyString represents an immutable sequence of characters. */ public class MyString { Example of a creator operation ////** @param b a boolean value* @return string representation of b, either "true" or "false" */public static MyString valueOf(boolean b) { ... }Examples of observer operations ////** @return number of characters in this string */public int length() { ... }/** @param i character position (requires 0 <= i < string length)* @return character at position i */public char charAt(int i) { ... }Example of a producer operation /// /** Get the substring between start (inclusive) and end (exclusive).* @param start starting index* @param end ending index. Requires 0 <= start <= end <= string length.* @return string consisting of charAt(start)...charAt(end-1) */public MyString substring(int start, int end) { ... } }

使用者只需要/只能知道這個(gè)類型的公共方法和規(guī)格說(shuō)明。

現(xiàn)在讓我們看一個(gè)MyString簡(jiǎn)單的表示方法，僅僅使用一個(gè)字符數(shù)組，而且它的大小剛好是字符串的長(zhǎng)度，沒(méi)有多余的空間：

private char[] a;

如果使用這種表示方法，我們對(duì)操作的實(shí)現(xiàn)可能就是這樣的：

public static MyString valueOf(boolean b) {MyString s = new MyString();s.a = b ? new char[] { 't', 'r', 'u', 'e' } : new char[] { 'f', 'a', 'l', 's', 'e' };return s; }public int length() {return a.length; }public char charAt(int i) {return a[i]; }public MyString substring(int start, int end) {MyString that = new MyString();that.a = new char[end - start];System.arraycopy(this.a, start, that.a, 0, end - start);return that; }

這里想一個(gè)問(wèn)題：為什么 charAt 和 substring 不去檢查參量在合法的范圍內(nèi)？你認(rèn)為這種類型的對(duì)象對(duì)于非法的輸入會(huì)有什么反應(yīng)？

下面的快照?qǐng)D展示了在使用者進(jìn)行substring操作后的數(shù)據(jù)狀態(tài)：

MyString s = MyString.valueOf(true); MyString t = s.substring(1,3);

這種實(shí)現(xiàn)有一個(gè)性能上的問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)類型是不可變的，那么 substring 實(shí)際上沒(méi)有必要真正去復(fù)制子字符串到一個(gè)新的數(shù)組中。它可以僅僅指向原來(lái)的 MyString 字符數(shù)組，并且記錄當(dāng)前的起始位置和終止位置。

為了實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)化，我們可以將內(nèi)部表示改為：

private char[] a; private int start; private int end;

通過(guò)這種新的表示方法，我們可以這樣實(shí)現(xiàn)操作：

public static MyString valueOf(boolean b) {MyString s = new MyString();s.a = b ? new char[] { 't', 'r', 'u', 'e' } : new char[] { 'f', 'a', 'l', 's', 'e' };s.start = 0;s.end = s.a.length;return s; }public int length() {return end - start; }public char charAt(int i) {return a[start + i]; }public MyString substring(int start, int end) {MyString that = new MyString();that.a = this.a;that.start = this.start + start;that.end = this.start + end;return that; }

現(xiàn)在進(jìn)行substring操作后的數(shù)據(jù)狀態(tài)：

MyString s = MyString.valueOf(true); MyString t = s.substring(1,3);

因?yàn)?MyString的使用者只使用到了它的公共方法和規(guī)格說(shuō)明（沒(méi)有使用私有的存儲(chǔ)表示），我們可以“私底下”完成這種優(yōu)化而不用擔(dān)心影響使用者的代碼。這就是表示獨(dú)立的力量。

閱讀小練習(xí)

Representation 1

思考下面這個(gè)抽象類型：

/*** Represents a family that lives in a household together.* A family always has at least one person in it.* Families are mutable.*/ class Family {// the people in the family, sorted from oldest to youngest, with no duplicates.public List<Person> people;/*** @return a list containing all the members of the family, with no duplicates.*/public List<Person> getMembers() {return people;} }

下面是一個(gè)使用者的代碼：

void client1(Family f) {// get youngest person in the familyPerson baby = f.people.get(f.people.size()-1);... }

假設(shè)所有的代碼都能順利運(yùn)行（ Family 和 client1）并通過(guò)測(cè)試。

現(xiàn)在 Family的數(shù)據(jù)表示從 List 變?yōu)榱?Set ：

/*** Represents a family that lives in a household together.* A family always has at least one person in it.* Families are mutable.*/ class Family {// the people in the familypublic Set<Person> people;/*** @return a list containing all the members of the family, with no duplicates.*/public List<Person> getMembers() {return new ArrayList<>(people);} }

以下哪一個(gè)選項(xiàng)是在 Family 更改后對(duì) client1 的影響？

• [x] client1 依賴于 Family的數(shù)據(jù)表示, 并且這種依賴會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)錯(cuò)誤。

Representation 2

原始版本:

/*** Represents a family that lives in a* household together. A family always* has at least one person in it.* Families are mutable. */ class Family {// the people in the family,// sorted from oldest to youngest,// with no duplicates.public List<Person> people;/** @return a list containing all* the members of the family,* with no duplicates. */public List<Person> getMembers() {return people;} }

新版本：

/*** Represents a family that lives in a* household together. A family always* has at least one person in it.* Families are mutable. */ class Family {// the people in the familypublic Set<Person> people;/*** @return a list containing all* the members of the family,* with no duplicates. */public List<Person> getMembers() {return new ArrayList<>(people);} }

使用者 client2的代碼：

void client2(Family f) {// get size of the familyint familySize = f.people.size();... }

以下哪一個(gè)選項(xiàng)是新版本對(duì) client2 的影響？

• [x] client2 依賴于 Family的表示，這種依賴不會(huì)被捕捉錯(cuò)誤但是會(huì)（幸運(yùn)地）得到正確答案。

Representation 3

原始版本：

/*** Represents a family that lives in a* household together. A family always* has at least one person in it.* Families are mutable. */ class Family {// the people in the family,// sorted from oldest to youngest,// with no duplicates.public List<Person> people;/** @return a list containing all* the members of the family,* with no duplicates. */public List<Person> getMembers() {return people;} }

新版本：

/*** Represents a family that lives in a* household together. A family always* has at least one person in it.* Families are mutable. */ class Family {// the people in the familypublic Set<Person> people;/*** @return a list containing all* the members of the family,* with no duplicates. */public List<Person> getMembers() {return new ArrayList<>(people);} }

使用者 client3的代碼：

void client3(Family f) {// get any person in the familyPerson anybody = f.getMembers().get(0);... }

以下哪一個(gè)選項(xiàng)是新版本對(duì) client3 的影響？

• [x] client3 獨(dú)立于 Family的數(shù)據(jù)表示, 所以它依然能正確的工作

Representation 4

對(duì)于上面的Family數(shù)據(jù)類型，對(duì)每行/段判斷他是規(guī)格說(shuō)明（specification）還是數(shù)據(jù)表示（representation）還是具體實(shí)現(xiàn)（implementation）？

/*** Represents a family that lives in a household together.* A family always has at least one person in it.* Families are mutable.*/

--> 規(guī)格說(shuō)明

public class Family {

--> 規(guī)格說(shuō)明

// the people in the family, sorted from oldest to youngest, with no duplicates.

--> 數(shù)據(jù)表示

private List<Person> people;

--> 數(shù)據(jù)表示

/*** @return a list containing all the members of the family, with no duplicates.*/

--> 規(guī)格說(shuō)明

public List<Person> getMembers() {

--> 規(guī)格說(shuō)明

return people;

--> 具體實(shí)現(xiàn)

抽象數(shù)據(jù)類型在Java中的實(shí)現(xiàn)

讓我們總結(jié)一下我們?cè)谶@篇文章中討論過(guò)的主要思想以及使用JAVA語(yǔ)言特性實(shí)現(xiàn)它們的具體方法，這些思想對(duì)于使用任何語(yǔ)言編程一般都是適用的。重點(diǎn)在于有很多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，很重要的一點(diǎn)是：既要對(duì)大概念（比如構(gòu)造操作：creator operation）有較好的理解，也要理解它們不同的實(shí)現(xiàn)方式。

ADT conceptWays to do it in JavaExamples

Abstract data type	Class	String
	Interface + class(es)	List and ArrayList
	Enum	DayOfWeek
Creator operation	Constructor	ArrayList()
	Static (factory) method	Collections.singletonList(), Arrays.asList()
	Constant	BigInteger.ZERO
Observer operation	Instance method	List.get()
	Instance method	Collections.max()
Producer operation	Instance method	String.trim()
	Static method	Collections.unmodifiableList()
Mutator operation	Instance method	List.add()
	Static method	Collections.copy()
Representation	private fields

這個(gè)表中有三項(xiàng)我們還沒(méi)有在之前的閱讀中講過(guò)：

使用接口來(lái)定義一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型。我們已經(jīng)看到 List 和 ArrayList 這些例子，并且我們將會(huì)在以后的閱讀中討論接口。

使用枚舉類型(enum)定義一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型。枚舉對(duì)于有固定取值集合的ADTs(例如一周中有周一、周二等等)來(lái)說(shuō),是很理想的類型。我們將會(huì)在以后的閱讀中討論枚舉。

用不變的對(duì)象作為構(gòu)造者操作。這種模式在不可變類型中很常見(jiàn)，在不可變類型中，最簡(jiǎn)單或者空（emptiest譯者：喵喵喵？）的值僅僅是一個(gè)屬性為public的不變量，基于這個(gè)不變量，生產(chǎn)者被用來(lái)從中構(gòu)造更復(fù)雜的值。

測(cè)試抽象數(shù)據(jù)類型

當(dāng)我們測(cè)試一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型的時(shí)候，我們分別測(cè)試它的各個(gè)操作。而這些測(cè)試不可避免的要互相交互：我們只能通過(guò)觀察者來(lái)判斷其他的操作的測(cè)試是否成功，而測(cè)試觀察者的唯一方法是創(chuàng)建對(duì)象然后使用觀察者。

下面是我們測(cè)試 MyString 類型時(shí)對(duì)輸入空間的一種可能劃分方案：

// testing strategy for each operation of MyString: // // valueOf(): // true, false // length(): // string len = 0, 1, n // string = produced by valueOf(), produced by substring() // charAt(): // string len = 1, n // i = 0, middle, len-1 // string = produced by valueOf(), produced by substring() // substring(): // string len = 0, 1, n // start = 0, middle, len // end = 0, middle, len // end-start = 0, n // string = produced by valueOf(), produced by substring()

現(xiàn)在我們?cè)囍脺y(cè)試用例覆蓋每一個(gè)分區(qū)。注意到 assertEquals 并不能直接應(yīng)用于 MyString對(duì)象，因?yàn)槲覀儧](méi)有在 MyString上定義判斷相等的操作，所以我們只能使用之前定義的 valueOf, length, charAt, 以及 substring，例如：

@Test public void testValueOfTrue() {MyString s = MyString.valueOf(true);assertEquals(4, s.length());assertEquals('t', s.charAt(0));assertEquals('r', s.charAt(1));assertEquals('u', s.charAt(2));assertEquals('e', s.charAt(3)); }@Test public void testValueOfFalse() {MyString s = MyString.valueOf(false);assertEquals(5, s.length());assertEquals('f', s.charAt(0));assertEquals('a', s.charAt(1));assertEquals('l', s.charAt(2));assertEquals('s', s.charAt(3));assertEquals('e', s.charAt(4)); }@Test public void testEndSubstring() {MyString s = MyString.valueOf(true).substring(2, 4);assertEquals(2, s.length());assertEquals('u', s.charAt(0));assertEquals('e', s.charAt(1)); }@Test public void testMiddleSubstring() {MyString s = MyString.valueOf(false).substring(1, 2);assertEquals(1, s.length());assertEquals('a', s.charAt(0)); }@Test public void testSubstringIsWholeString() {MyString s = MyString.valueOf(false).substring(0, 5);assertEquals(5, s.length());assertEquals('f', s.charAt(0));assertEquals('a', s.charAt(1));assertEquals('l', s.charAt(2));assertEquals('s', s.charAt(3));assertEquals('e', s.charAt(4)); }@Test public void testSubstringOfEmptySubstring() {MyString s = MyString.valueOf(false).substring(1, 1).substring(0, 0);assertEquals(0, s.length()); }

閱讀小練習(xí)

Partition covering

哪一個(gè)測(cè)試覆蓋了分區(qū)“charAt() 以及字符串長(zhǎng)度=1”？

• [x] testMiddleSubstring

哪一個(gè)測(cè)試覆蓋了分區(qū)“子字符串的子字符串”？

• [x] testSubstringOfEmptySubstring

哪一個(gè)測(cè)試覆蓋了分區(qū)“valueOf(true)”？

• [x] testValueOfTrue

• [x] testEndSubstring

Unit testing an ADT

testValueOfTrue測(cè)試的是哪一個(gè)“單元”？

• [x] valueOf 操作
• [x] length 操作
• [x] charAt 操作

總結(jié)

• 抽象數(shù)據(jù)類型(ADT)是通過(guò)它們對(duì)應(yīng)的操作區(qū)分的。
• 操作可以分類為創(chuàng)建者、生產(chǎn)者、觀察者、改造者。
• ADT的標(biāo)識(shí)由它的操作集合和規(guī)格說(shuō)明組成。
• 一個(gè)好的ADT應(yīng)該是簡(jiǎn)單，邏輯明確并且表示獨(dú)立的。
• 對(duì)于ADT的測(cè)試應(yīng)該對(duì)每一個(gè)操作進(jìn)行測(cè)試，并同時(shí)利用到創(chuàng)建者、生產(chǎn)者、觀察者、改造者。

T將本次閱讀的內(nèi)容和我們的三個(gè)目標(biāo)聯(lián)系起來(lái)：

• 遠(yuǎn)離bug. 一個(gè)好的ADT會(huì)在使用者和實(shí)現(xiàn)者之間建立“契約”，使用者知道應(yīng)該如何使用，而實(shí)現(xiàn)者有足夠的自由決定具體實(shí)現(xiàn)。
• 易于理解. 一個(gè)好的ADT會(huì)將其內(nèi)部的代碼和信息隱藏起來(lái)，而使用者只需要理解它的規(guī)格說(shuō)明和操作即可。
• 可改動(dòng). 表示獨(dú)立使得實(shí)現(xiàn)者可以在不通知使用者的情況下對(duì)ADT內(nèi)部進(jìn)行改動(dòng)。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/liqiuhao/p/8667447.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的麻省理工18年春软件构造课程阅读10“抽象数据类型”的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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