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1、第8章 抽象与封装,函数和过程是封装的程序实体，它有数据和操作， 规格说明（型构）和过程体，一体使于人们控制复杂性 Pascal统一的嵌套结构不造于大型程序,数据2 sub1- sub10,数据4 sub22 -sub28,数据1 sub11- sub15,数据3 sub16 -sub21,main,续,将相关的数据和操作封装成大模块（若干类型，若干过程/函数） 结构上形成包package或模块 Modula 包是可分别编译。随时连接软件资源，是解决复杂系统的有力手段 包的规格说明和包体显式分开。语义上正好是“作什麽”，“怎麽做”,8.1 模块和包,规格说明和体在表示结构上的分离。有利于修改，
2、维护 封装实现数据隐藏，有利于安全 规格说明是程序包的抽象，有利于复杂系统简化,模块（包）封装数据与操作，它有可控界面，外界不能操纵私有数据引出公有（public包的使用者可见）、私有（private本包所有操作可访问，包外不可见）、保护（protected,包外不可见，但本包的子包可见）概念 包只是以封装手段,可有/可没有逻辑语义 -只有数据无操作，数据块BLOCK DATA（FORTRAN） -只有操作无共享数据如函数包，数学库 -有数据有操作，一口对外可模拟自动机 -有数据有操作，模拟客观世界对象增加程序表达能力 -封装的包可实现复杂的数据类型ADT,Ada 的复数程序包 package
3、 COMPLEX is type NUMBER is record REAL_PART:FLOAT； IMAG_PART:FLOAT； end record; function “+“(A，B: in NUMBER) return NUMBER； function “-“(A，B: in NUMBER) return NUMBER； function “*“(A，B: in NUMBER) return NUMBER； end COMPLEX； package body COMPLEX is endCOMPLEX;,有了这个程序包我们可以编出复数应用程序： with COMPLEX； use
4、COMPLEX； procedure MAIN is COMP_1: NUMBER = (1.0，2.0)；-1+2i COMP_2: NUMBER : =(3.0，4.0)； - 3+4i W， X，Z: NUMBER； begin W = COMP_1 + COMP_2； -W = 4+6i X = COMP_2 - COMP_1； -X = 2+6i Z = COMP_1 * COMP_2； -Z = -5+10i end MAIN；,8.2 抽象数据类型,数据抽象,数据抽象是抽象数据类型的方法学 定义一组数据集V，以及其上的操作集Op，构成 ADT（Abstract Data Type
5、） T=( V , Op ) -什么和怎么做分开(规格说明和体) -实现数据隐藏（体中声明的数据和操作外界不可见） -分别开发分别编译（可做大程序） -简化复杂性便于调试（利用抽象实现分治） -构造新类型，计算直观方便（面向对象的基础）,构造新类型,Swith COMPLEY use COMPLEY; Procedure MAIN is C1:NUMBER is =(1.0,2.0); C2:NUMBER is =(3.0,4.0); W ,X, Z :NUMBER; begin W:=C1+C2; X :=C2-C1; Z :=C1*C2; end MAIN,-,*,+,Number LEX
6、,COMP,构造函数和析构函数,变量类型 V : integer；以类型指明程序对象 变量抽象数据类型, 声明时要指明如何构造 C：NUMBER：=（1.0,2.0) 较简单可用赋初值办法，复杂在运行中由构造函数（constructor)完成 C = ADT_Name(） 构造函数（constructor) 和ADT同名 不再使用的程序对象，用析构函数（destructor)显式删除 一般形式是： ADT_Name() 和ADT同名 ADT_Name( ),C语言以文件实现抽象数据类型,C语言4种文件 -头文件“modules.h” 定义宏和类型声明 -主模块“name.c” 给出新类型的数据
7、和操作定义 -其它模块“other.c” 实现头文件中声明 -通过makefile指明各文件关系 make SOMETYPE SOMETYPE：name.o other.o /连续两模块的目标码 文件取名SOMETYPE CC_o SOMETYPE name.o other.o /编译并连成为 SOMETYPE的目标文件 name.o : name.c modules.h /两源文件连成为name.o CC_o name.o name.c /源文件编译后形成目标文件 other.o : other.c modules.h CC_o other.o other.c /SOMETYPE 如预定义的
8、了,8.3 类属,函数是表达式集的抽象、过程是命令集的抽象，类属(generic)是声明集的抽象。 即声明的变量、类型、子程序都是参数化的。 Ada类属子程序： generic type ELEMENT is pravite； -类属类型参数 procedure EXCHANGE (FIRST， SECOND：in out ELEMENT)； TEMP：ELEMENT； -程序中用类属形参 begin TEMP = FIRST； FIRST = SECOND； SECOND = FIRST； end EXCHANGE； 关键字procedure换成package即为类属包,参数化类型与实际类型
9、结合。由类属设例指明： procedure INT_EXCHANGE is new EXCHANGE (Integer)； 实在的Integer与ELEMENT匹配， 即在procedure中任何出现ELEMENT的地方以Integer代，等于有了整数的 EXCHANGE 如同 样板，可以写出多个过程： procedure CHAR_EXCHANGE is new EXCHANGE ( Character)； procedure SMALLINT_EXCHANGE is new EXCHANGE (MY_INT)；,8.3.1 类属定义一般形式,generic | | | package GE
10、NERIC_PKG is -用类属参数的包 . . . end GENERIC_PKG； 类属实例化是在有了实在参数以后作实例声明： package INS_PKG is new GENERIC_PKG()； 类属形实参数的个数、 次序要匹配。,类属参数,原则上声明中的所有程序对象都可以参数化，其实现机制如同子程序中参数结合， 类属值一般是复制机制， 类属对象(变量)、类型、子程序用引用机制。 取决于实现。 类属声明是 in 模式变量 可换值 inout模式变量 可换变量 类属类型private 私有 可以和任何类型匹配 () 枚举 可以和任何枚举类型匹配 range 整 可以和任何整型匹配
11、delta 定点 可以和任何定点类型匹配 digits 浮点 可以和任何浮点类型匹配 类属子程序with procedure() 可以和任何过程匹配，同时类型参数例化, Ada的类属程序包的例子 程序包中封装一分类和归并程序。被分数据按数组类型设计， 它的元素类型，按升序还是降序，数组下标，都参数化： generic type ITEM is private -数组元素类型参数化 type SEQUENCE is array (Integer range ) of ITEM； -数组类型参数化。ITEM马上就用了 with function PRECEDES (x，y:ITEM ) retur
12、n Boolean； -参数化操作未定升降序 package SORTING is procedure SORT (S: in SEQUENCE)； procedure MERGE (S1， S2: in SEQUENCE； S: out SEQUENCE)； end SORTING；,有两个实在函数： function “=“ (X，Y: Float) return Boolean； 那么就可以作以下设例声明： type FLPAT_SEQUENCE is array (Integer range ) of Float； package ASCENDING is new SORTING(Fl
13、oat，FLOAT_SEQUENCE，“=“)； 这样， 就有了一个升序， 一个降序的两个程序包。,续,类属动态实现问题,类属程序是抽象程序可以编译，但不可执行，每次执行的是实例程序。其编译执行如同C语言之宏替换，也就是参数静态束定于实参，强类型语言可以做到。 类属程序只有一个，运行时动态束定就不需要显式设例。 因此，动态设例的程序表达能力更强，程序易于扩充。,8.4 类和对象,包充作程序对象 with SYSTEM； package STACK is function PUSH (k:Integer) return Boolean； function POP return Integer；
14、function TOP return Integer；-返回栈顶元素 end STACK； package body STACK is STKLEN : constant:=10； -堆栈有十元素 STK:array (1STKLEN) of Integer； -整数堆栈体 TOS: Integer range 1STKLEN；,function PUSH (k:Integer) is begin if TOS 0 then return STK(TOS)； else return SYSTEM.MIN_INT； -交SYSTEM包处理 endif； end TOP,function POP
15、 return Integer is ANS:Integer； -工作变量局部量 begin ANS:= TOS； TOS:= TOS - 1； return ANS； end POP； begin -程序包是资源，以下执行代码在装入后， TOS:=0 -程序运行时首先执行，为了初始化。 end STACK； 这个对象是实例对象，可以对它施行堆栈操作 stack.PUSH(N); stack.pop; stack.top; 包名充作实例对象名。,类对象生成实例对象,C+的类定义 class char_stack /以下是该类的私有部分 int size； char * tos， *end； c
16、har * s； public： /以下是该类公共部分 char_stack(int sz) s = new char size = sz； tos = s； end = tos + (size - 1)； char_stack( ) delete s； int push (char c) return (tos s ？ * - tos:)； char top( )； /top的声明 ； /类定义结束 char char_stack:top( ) /top的定义 return (tos s ？ * tos : )； ,相应主程序 main( ) char c； char_stack stk1(
17、100)；/构造子，形同类型说明 char_stack stk2(10)； stk3 = new char_stack (20)； stk1.push ( #)； /向Stk1发push消息 stk2.push (%)； c = stk2.pop( )； ,续,.类、类型、抽象数据类型 同异 -都是（A，Op)值集和值上的操作集，在这个意义上， 它们通用 C+ 按此处理 -类型和抽象数据类型都是类型。如同人和黑人 都是人，类型沿用历史理解是基元类型+简单结构类型 （预定义）抽象数据类型类型是用户可以用基本类型构造 复杂类型（用户定义） -类和抽象数据类型都是在类型体系结构上定义操作集， 类是用户定义的程序对象的概括抽象。程序对象是封装的 自主的，主动实施类中定义的操作，加工私有数据。抽象 数据类型只说明程序对象的类型，被动地接受该类型允许 的操作。 . ADT:V 抽象数据类型的变量（名） C:V 类的实例对象（名） .() OP1（V） V是该类型值的引用 V.OP1 V是实例对象名，不涉及值 -类/类型和子类/子类形差异更大 子类是类的特化内涵增加 子类型是类型的子集内涵所小，外延都减小,