研究生课程程序语言设计原理教程第08章.ppt

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2sub1-sub10,数据4sub22-sub28,数据1sub11-sub15,数据3sub16-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，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 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 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）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,-,*,+,NumberLEX,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 GENERIC_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 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)return 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(Float，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；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(1.STKLEN)of Integer；-整数堆栈体 TOS:Integer range 1.STKLEN；,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 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；char*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(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,