抽象数据类型

1、一个程序员定义的数据类型。 2、一组在该类型对象上的抽象操作。 3、该类型对象的封装。新类型的用户只能通 过定义的操作来操纵那些对象。

数据抽象是程序设计的基础部分，涉及 抽象数据对象及其操作的定义。
类型定义与封装

类型定义使得变量的声明简单化，只需在声明 中写入类型名。但是，该类型的数据对象的内 部结构不能对外封装。

不同大小的整数栈的声明：
Stk1: IntStackType.Stack(100); NewStk: IntStackType.Stack(20);
类属抽象类型定义的实例化

类属类型AnyStackType可以用不同的参数值 多次实例化，每次实例化均产生包中类型名 Stack的另一个定义。这样当栈在声明中被引 用时，有可能是含混的。
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类属抽象数据类型

语言固有的基本数据类型经常允许程序 员声明一类新的数据对象的基本类型， 然后规约数据对象的几个属性。这是简 单的多态形式。

如，PASCAL提供了基本的数组类型，但也 留下了用户可以进一步定义的部分，如下标 范围。

Type Vect = array [1..10] of real;



类属抽象数据类型通常有直接的实现。实例化 时，必须给出参数，编译器使用类属定义为模 板，插入参数值，然后编译该定义。 在程序执行过程中，只有数据对象和子程序出 现。包定义仅仅作为限制数据对象和子程序可 见性的设备，包本身并不出现在运行时。 如果类属类型定义被多次实例化，则该直接实 现可能过于低效，需要考虑避免产生过多的子 程序拷贝及重复编译。
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7.3 多态


多态是指单个操作或子程序名可指向一 组函数定义，具体定义的选择依赖于参 数和结果的数据类型。 多态的几种形式：



重定义－－一名多用 重载－－固有重载和虚函数重载 包含多态－－由于继承机制的存在 语义多态－－类型作为参数，函数作为参数
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多态的创建

通常，可以通过构造参数化的对象来创建真正的多态，例如对象 的堆栈： Y: stack(int, 10) 最多 10 整数 Z: stack(float, 20) 最多 20 个实数 对于那些不支持多态的语言，可以用“宏”来模拟多态。例如， 在 Pascal 中： sum(int,A,B) 可以用一个宏来实现，在宏中，根据参数 的不同类型，可以从四种执行序列中选择一种： trunc(A)+B A+trunc(B) A+B trunc(A)+trunc(B)

Ada中的两种实现策略： 图b的直接封装的变体可以为：
Package A is Type MyStack is record Top: integer; A: array (1..100) of integer; End record; ….


在此情形，激活记录组织和直接封装一样，但是，所有名字均在B中可 见。 这也是在不提供封装机制的语言中常用的方式。

Ada、C++、Smalltalk等语言提供了 抽象类型定义机制。 Ada中的Package是抽象数据类型定义 的形式。

Private部分指出外界不能访问的内部结构。 在包中定义的子程序才可以访问私有数据。
Ad a中 抽 象 数 据 类 型 定 义
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抽象数据类型：实现

实现封装数据对象的两个模型。

多态的实现

对于静态类型语言（如C++)，多态很容易实现：只 要在编译器的符号表中，记住函数的参数类型即可。
第七章 继承

抽象：

数据 处理（或方法） 抽象数据类型 自动推导数据对象的操作—继承 操作的多态

自动封装：



Smalltalk简介
7.1 抽象数据类型回顾

数据抽象类型

基本概念，及与类型定义的区别 实现 基本概念 实例化 实现

类属抽象数据类型

抽象数据类型

ADT是程序员定义的新数据类型，包括：
类属抽象数据类型

Ada 中 类 属 栈 抽 象 例 子
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类属抽象类型定义的实例化

一个类属包定义表示了一个模板，可用于创建 特殊的抽象数据类型。这个创建过程称为实例 化，通过一组参数的代入。

例：前图类属栈类型定义的实例化：
package IntStackType is new AnyStackType(elem=> integer); package SetStackType is new AnyStackType(elem=> Section);

任意一个可以声明某类型变量的子程序均可以访问 该类型表示的任意分量。任何这样的子程序均可以 旁路数据对象上定义的操作，而直接访问和操作该 数据对象的部件。

封装的意图是要使得这样的访问不可能。仅仅 那些知道数据对象的内部表示的子程序是该类 型上的操作，且被定义为类型的一部分。
抽象数据类型：例子

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抽象类

有时人们希望类定义仅仅用作类的模板，而不允许用 来声明对象。从而引出抽象超类和mixin继承的概念。

抽象超类：考虑前面的具有虚方法MyType的类ElemStack， 我们不能在程序中作如下的声明：

ElemStack x； 然而，我们可将ElemStack用作超类模板，而所有使用该类定 义的对象均来自其派生类。任意派生类为了创建实例，必须重定 义虚函数。

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继承的原则

继承提供了对象间传递信息的机制：




特殊化：最常见的继承形式，允许派生类得到比其 父类更精确的信息。相反的概念是“一般化”。 分解：将一个抽象分成若干部件。相反的概念是 “聚合”。 实例化：创建类的一个实例。本质上是一个拷贝操 作。相反的概念是“分类”。 个性化：与“特殊化”相关，但它将对象按功能而 不是按结构来分开。相反的概念是“成（编）组”。 例如，堆栈和集合都有一个数组和一个索引指针， 但它们的功能不能。
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7.2 继承


在程序中某个地方的信息经常需要在程序的另 一地方使用。如：子程序调用的数据传递机制 实现从实参到形参的传递。 继承提供了从一个数据对象向另一个数据对象 自动传递信息的手段。

面向对象中的继承概念 继承的分类 继承的形式：派生类、方法继承、抽象类 继承的原则
继承

继承的早期形式可在块结构数据的作用域规则中找到。 使用于内层的名字可以从外层继承。如：

这个例子用类来封装数据：



关键词private和public控制了被继承对 象的可见性。C++中还使用protected来 表示：名字对基类型的任何派生类均可见， 但不为类定义层次的外界所知。Leabharlann 派生类：实现



实现类并不会给翻译器增加太多的工作量。在某派生类中，只有 从基类继承的名字被加入到派生类的局部名空间，而且仅仅是公 共的名字对外可见。被定义对象的实际存储表示可以通过类定义 中的数据声明静态地确定。 如果在类定义中有构造子存在，则翻译器必须在遇到新的对象声 明时调用该构造函数，例，在块的入口。 对方法调用，翻译器需要将信息传向的对象考虑为隐含的第一参 数，如：x.push(i)处理为push(x, i)。存储管理和标准C相同。 类的每个实例有自己的数据存储，包括数据和到方法的指针。对 派生类，采用拷贝方法来实现继承。对象的存储包含所有实现细 节。 另外一种方法称为代理方法，派生类对象将使用基类对象的数据 存储。这种方法需要数据共享，并传播变化。
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继承

继承分单继承和多继承。
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导出（派生）类

OO语言中的类是和封装概念紧密地联系在一起的。典 型地，类有一部分可被另一个类继承，有一部分被内 部使用并对外隐藏。C++中整数栈的定义为：
class intstack { public: intstack() {size=0;} void push(int i) {size=size+1; storage[size]=i;} int pop… private: int size; int storage(100); }

唯一的问题是：方法MyType仍然 打印相同的内容。解决方法有二：


1、简单地重定义MyType方法。当所 需修改太多时，这是一项烦琐的工作。 2、使用虚函数。将函数的绑定推迟到
方法继承：实现


虚方法可按类似于激活记录的中心环境 表的方式实现。 派生类中每个虚方法保留一个槽，由构 造函数在创建对象时填充。


Ada中需要将包名放在类型名前作前缀，如： IntStackType.stack或SetStackType.stack 在C++中，用模板来定义类属类： template <class type_name> class classname class_definition
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类属抽象数据类型：实现


在间接封装中，ADT的 实现独立于其使用，A 的内部修改不影响B。 直接封装中：和上面情形相反， 但运行时间花销大。 间接封装（图（a）） 对P的访问会省时间，但如抽 抽象数据类型的结构包A中不仅有对象P的定义，对象P的实 象对象的表示改变，所有它的 际存储在A的激活记录中维护。包 B中声明和使用对象P，运 行时激活记录必须包含一个到实际数据存储的指针。 使用的实例需重编译。时间花 直接封装（图（b）） 销在编译过程中。