北航研究生課程-程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)原理教程-第08章

1、 第8章 抽象與封裝 函數(shù)和過(guò)程是封裝的程序?qū)嶓w，它有數(shù)據(jù)和操作，規(guī)格說(shuō)明（型構(gòu)）和過(guò)程體，一體使于人們控制復(fù)雜性 Pascal統(tǒng)一的嵌套結(jié)構(gòu)不造于大型程序數(shù)據(jù)2sub1-sub10數(shù)據(jù)4sub22-sub28數(shù)據(jù)1sub11-sub15數(shù)據(jù)3sub16-sub21main續(xù) 將相關(guān)的數(shù)據(jù)和操作封裝成大模塊（若干類型，若干過(guò)程/函數(shù)） 結(jié)構(gòu)上形成包package或模塊 Modula包是可分別編譯。隨時(shí)連接軟件資源，是解決復(fù)雜系統(tǒng)的有力手段包的規(guī)格說(shuō)明和包體顯式分開(kāi)。語(yǔ)義上正好是“作什麼”，“怎麼做” 8.1 模塊和包 規(guī)格說(shuō)明和體在表示結(jié)構(gòu)上的分離。有利于修改，維護(hù) 封裝實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏，有利于安

2、全 規(guī)格說(shuō)明是程序包的抽象，有利于復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)化 模塊（包）封裝數(shù)據(jù)與操作，它有可控界面，外界不能操縱私有數(shù)據(jù)引出公有（public包的使用者可見(jiàn)）、私有（private本包所有操作可訪問(wèn)，包外不可見(jiàn)）、保護(hù)（protected,包外不可見(jiàn)，但本包的子包可見(jiàn)）概念 包只是以封裝手段,可有/可沒(méi)有邏輯語(yǔ)義-只有數(shù)據(jù)無(wú)操作，數(shù)據(jù)塊BLOCK DATA（FORTRAN）-只有操作無(wú)共享數(shù)據(jù)如函數(shù)包，數(shù)學(xué)庫(kù)-有數(shù)據(jù)有操作，一口對(duì)外可模擬自動(dòng)機(jī)-有數(shù)據(jù)有操作，模擬客觀世界對(duì)象增加程序表達(dá)能力-封裝的包可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型ADT Ada 的復(fù)數(shù)程序包 package COMPLEX is type NUMB

3、ER 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; 有了這個(gè)程序包我們可以編出復(fù)數(shù)應(yīng)用程序： with COMPLEX； use COMPLEX； procedure MAIN is

4、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 抽象數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)抽象數(shù)據(jù)抽象是抽象數(shù)據(jù)類型的方法學(xué)定義一組數(shù)據(jù)集V，以及其上的操作集Op，構(gòu)成ADT（Abstract Data Type） T=( V , Op )-什么和怎么做分開(kāi)(規(guī)格說(shuō)明和體)

5、-實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏（體中聲明的數(shù)據(jù)和操作外界不可見(jiàn)）-分別開(kāi)發(fā)分別編譯（可做大程序）-簡(jiǎn)化復(fù)雜性便于調(diào)試（利用抽象實(shí)現(xiàn)分治）-構(gòu)造新類型，計(jì)算直觀方便（面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)）構(gòu)造新類型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-*+NumberLEXCOMP 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)變量類型 V : integer；以類型指明程序?qū)ο笞兞砍橄髷?shù)據(jù)

6、類型, 聲明時(shí)要指明如何構(gòu)造C：NUMBER：=（1.0,2.0) 較簡(jiǎn)單可用賦初值辦法，復(fù)雜在運(yùn)行中由構(gòu)造函數(shù)（constructor)完成 C = ADT_Name(） 構(gòu)造函數(shù)（constructor) 和ADT同名不再使用的程序?qū)ο?，用析?gòu)函數(shù)（destructor)顯式刪除一般形式是：ADT_Name() 和ADT同名 ADT_Name( ) C語(yǔ)言以文件實(shí)現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)類型 C語(yǔ)言4種文件 -頭文件“modules.h” 定義宏和類型聲明 -主模塊“name.c” 給出新類型的數(shù)據(jù)和操作定義 -其它模塊“other.c” 實(shí)現(xiàn)頭文件中聲明 -通過(guò)makefile指明各文件關(guān)系 make

7、 SOMETYPE SOMETYPE：name.o other.o /連續(xù)兩模塊的目標(biāo)碼 文件取名SOMETYPE CC_o SOMETYPE name.o other.o /編譯并連成為 SOMETYPE的目標(biāo)文件 name.o : name.c modules.h /兩源文件連成為name.o CC_o name.o name.c /源文件編譯后形成目標(biāo)文件 other.o : other.c modules.h CC_o other.o other.c /SOMETYPE 如預(yù)定義的了8.3 類屬 函數(shù)是表達(dá)式集的抽象、過(guò)程是命令集的抽象，類屬(generic)是聲明集的抽象。 即聲明的

8、變量、類型、子程序都是參數(shù)化的。 Ada類屬子程序： generic type ELEMENT is pravite； -類屬類型參數(shù) procedure EXCHANGE (FIRST， SECOND：in out ELEMENT)； TEMP：ELEMENT； -程序中用類屬形參 begin TEMP = FIRST； FIRST = SECOND； SECOND = FIRST； end EXCHANGE； 關(guān)鍵字procedure換成package即為類屬包 參數(shù)化類型與實(shí)際類型結(jié)合。由類屬設(shè)例指明：procedure INT_EXCHANGE is new EXCHANGE (Int

9、eger)；實(shí)在的Integer與ELEMENT匹配， 即在procedure中任何出現(xiàn)ELEMENT的地方以Integer代，等于有了整數(shù)的 EXCHANGE 如同樣板，可以寫(xiě)出多個(gè)過(guò)程： procedure CHAR_EXCHANGE is new EXCHANGE ( Character)； procedure SMALLINT_EXCHANGE is new EXCHANGE (MY_INT)；8.3.1 類屬定義一般形式 generic | | | package GENERIC_PKG is -用類屬參數(shù)的包 . . . end GENERIC_PKG； 類屬實(shí)例化是在有了實(shí)在參數(shù)

10、以后作實(shí)例聲明： package INS_PKG is new GENERIC_PKG()； 類屬形實(shí)參數(shù)的個(gè)數(shù)、 次序要匹配。類屬參數(shù) 原則上聲明中的所有程序?qū)ο蠖伎梢詤?shù)化，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制如同子程序中參數(shù)結(jié)合， 類屬值一般是復(fù)制機(jī)制， 類屬對(duì)象(變量)、類型、子程序用引用機(jī)制。 取決于實(shí)現(xiàn)。類屬聲明是 in 模式變量 可換值 inout模式變量 可換變量類屬類型private 私有 可以和任何類型匹配 () 枚舉 可以和任何枚舉類型匹配 range 整 可以和任何整型匹配 delta 定點(diǎn) 可以和任何定點(diǎn)類型匹配 digits 浮點(diǎn) 可以和任何浮點(diǎn)類型匹配類屬子程序with procedure

11、() 可以和任何過(guò)程匹配，同時(shí)類型參數(shù)例化 Ada的類屬程序包的例子 程序包中封裝一分類和歸并程序。被分?jǐn)?shù)據(jù)按數(shù)組類型設(shè)計(jì)，它的元素類型，按升序還是降序，數(shù)組下標(biāo)，都參數(shù)化： generic type ITEM is private -數(shù)組元素類型參數(shù)化 type SEQUENCE is array (Integer range ) of ITEM； -數(shù)組類型參數(shù)化。ITEM馬上就用了 with function PRECEDES (x，y:ITEM ) return Boolean； -參數(shù)化操作未定升降序 package SORTING is procedure SORT (S: in

12、SEQUENCE)； procedure MERGE (S1， S2: in SEQUENCE； S: out SEQUENCE)； end SORTING；有兩個(gè)實(shí)在函數(shù)： function = (X，Y: Float) return Boolean； 那么就可以作以下設(shè)例聲明： type FLPAT_SEQUENCE is array (Integer range ) of Float； package ASCENDING is new SORTING(Float，F(xiàn)LOAT_SEQUENCE，=)； 這樣， 就有了一個(gè)升序， 一個(gè)降序的兩個(gè)程序包。續(xù)類屬動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題類屬程序是抽象程序可以

13、編譯，但不可執(zhí)行，每次執(zhí)行的是實(shí)例程序。其編譯執(zhí)行如同C語(yǔ)言之宏替換，也就是參數(shù)靜態(tài)束定于實(shí)參，強(qiáng)類型語(yǔ)言可以做到。類屬程序只有一個(gè)，運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)束定就不需要顯式設(shè)例。 因此，動(dòng)態(tài)設(shè)例的程序表達(dá)能力更強(qiáng)，程序易于擴(kuò)充。8.4 類和對(duì)象包充作程序?qū)ο體ith SYSTEM； package STACK is function PUSH (k:Integer) return Boolean； function POP return Integer； function TOP return Integer；-返回棧頂元素end STACK； package body STACK is STKLEN :

14、 constant:=10； -堆棧有十元素 STK:array (1.STKLEN) of Integer； -整數(shù)堆棧體 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包處理 endif； end TOPfunction POP return Integer is ANS:Integer； -工作變量局部量 begin ANS:= TOS； TOS:= TOS - 1； ret

15、urn ANS； end POP；begin -程序包是資源，以下執(zhí)行代碼在裝入后， TOS:=0 -程序運(yùn)行時(shí)首先執(zhí)行，為了初始化。end STACK； 這個(gè)對(duì)象是實(shí)例對(duì)象，可以對(duì)它施行堆棧操作 stack.PUSH(N); stack.pop; stack.top;包名充作實(shí)例對(duì)象名。類對(duì)象生成實(shí)例對(duì)象 C+的類定義 class char_stack /以下是該類的私有部分 int size； char * tos， *end； char * s； public： /以下是該類公共部分 char_stack(int sz) s = new char size = sz； tos = s；

16、end = tos + (size - 1)； char_stack( ) delete s； int push (char c) return (tos s ？ * - tos:)； char top( )； /top的聲明 ； /類定義結(jié)束 char char_stack:top( ) /top的定義 return (tos s ？ * tos : )； 相應(yīng)主程序main( ) char c； char_stack stk1(100)；/構(gòu)造子，形同類型說(shuō)明 char_stack stk2(10)； stk3 = new char_stack (20)； stk1.push ( #)； /向Stk1發(fā)push消息 stk2.push (%)； c = stk2.pop( )； 續(xù) .類、類型、抽象數(shù)據(jù)類型 同異-都是（A，Op)值集和值上的操作集，在這個(gè)意義上， 它們通用 C+ 按此處理-類型和抽象數(shù)據(jù)類型都是類型。如同人和黑人 都是人，類型沿用歷史理解是基元類型+簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)類型 （預(yù)定義）抽象數(shù)