Блинков Ю.А., Месянжин В.В. (сост) Основы объектно-ориетнированного программирования. Саратовский Государственный университет, механико-математический факультет

Подождите немного. Документ загружается.

предусловий

функций

типов

аксиом

3. В описании АТД функции разделяются на следующие категории

команды

ответы

запросы

конструкторы

4. При описании АТД можно?

указывать родовые параметры

задавать родительский класс

задавать реализацию функций

задавать представление данных

5. Распределитель - это?

специальный вид контейнера данных, в котором клиент управляет размещением элементов

специальный вид контейнера данных, в котором размещение элементов определяется внут-

ренней дисциплиной

системный администратор, распределяющий задания между исполнителями

6. В основе спецификации должно лежать

набор интерфейсов для работы пользователя с объектами

конкретное представление данных

набор функций, заданных их сигнатурой и их формальными свойствами

реализация функций, выполняемых над данными

7. Какие определения, связанные с понятием класс, являются корректными?

класс называется отложенным, если его реализация задана лишь частично

класс называется абстрактным, если его реализация задана лишь частично

класс - это абстрактный тип данных, снабженный некоторой (возможно частичной) реализа-

цией

класс называется эффективным, если при его реализации используются эффективные алго-

ритмы

8. Стек может быть представлен?

односвязным списком

набором простых переменных

массивом, растущим вверх

массивом, растущим вниз

9. Спецификация

задает множество правильно построенных выражений

может быть противоречивой

выражения, строящиеся на основе АТД, могут быть некорректными

может быть неполной

10. АТД, классы и скрытие информации

все, что входит в АТД, никогда не скрывается и представляет интерфейс класса

реализация данных обычно скрывается

представление данных никогда не скрывается

аксиомы АТД всегда скрываются

11. Чтобы АТД превратить в эффективный класс необходимо?

в соответствии с выбранным представлением задать реализацию компонентов, удовлетворя-

ющую аксиомам

отобразить множество функций АТД в компоненты класса

провести формальное доказательство соответствия реализации и аксиом АТД

выбрать представление данных

12. Отметьте истинные высказывания

система представляет собой совокупность классов, без выделения какого-либо главного или

ответственного класса или головной программы

для получения эффективного класса требуется предусмотреть все детали реализации

описание АТД основано на описании функций, применяемых к данным

конструирование ОО ПО – это построение программной системы как структурированной

совокупности реализаций (возможно частичных) абстрактных типов данных

13. Отметьте истинные высказывания

задание реализаций функций соответствует этапу реализации системы

задание представлений соответствует этапу проектирования системы

для конструирования программ нужны не сами по себе АТД (как математическое понятие),

а реализации АТД – программистское понятие

задание спецификаций соответствует этапу анализа системы

14. Отметьте истинные высказывания

АТД не может быть родовым

ОО-система – это совокупность классов. Каждый класс основан на некотором абстрактном

типе данных и задает частичную или полную реализацию этого АТД

класс является эффективным, если он полностью реализован, в противном случае он назы-

вается отложенным

спецификация абстрактного типа данных является текстом программы

Набрано баллов

7 Статические структуры

7.1 Классы, а не объекты - предмет обсуждения

Какова центральная концепция объектной технологии? Необходимо дважды подумать, прежде чем

ответить "объект". Объекты полезны, но в них нет ничего нового.

С тех пор, как структуры используются в Cobol, с тех пор, как в Pascal существуют записи, с

тех пор как программист написал на C первое определение структуры, человечество располагает

объектами.

Объекты важны при описании выполнения ОО-систем. Но базовым понятием объектной тех-

нологии является класс. Обратимся вновь к его определению. (Детальное обсуждение объектов

содержится в следующей лекции.)

Определение класса:

Класс - это абстрактный тип данных, поставляемый с возможно частичной реализацией.

Абстрактные типы данных (АТД) являются математическим понятием, пригодным на этапе под-

готовки спецификации - в процессе анализа. Понятие класса, предусматривая частичную или пол-

ную реализацию, обеспечивает необходимую связь с разработкой ПО на этапах проектирования и

программирования. Напомним, класс называется эффективным, если его реализация полна, и отло-

женным - при частичной реализации.

Аналогично АТД, класс это тип, описывающий множество возможных структур данных, назы-

ваемых экземплярами (instances) класса. Экземпляры АТД являются абстракциями - элементами

математического множества. Экземпляр класса конкретен - это структура данных, размещаемая в

памяти компьютера и обрабатываемая программой.

Например, если определить класс STACK, взяв за основу спецификацию АТД из предыдущей лек-

ции и добавив информацию, необходимую для адекватного представления, то экземплярами класса

будут структуры данных - конкретные стеки. Другим примером является класс POINT, моделиру-

ющий точку на плоскости. Если для представления точки выбрана декартова система координат,

то каждый экземпляр POINT представляет собой запись с полями x, y - абсциссой точки и ее

ординатой.

Термин "объект"появляется как побочный продукт определения "класса". Объект это просто эк-

земпляр некоторого класса.

Программные тексты, описывающие создаваемую систему, содержат определения классов. Объек-

ты создаются только в процессе выполнения программ.

Настоящая лекция посвящена основным приемам создания программных элементов и объединения

их в системы, именно поэтому в центре внимания - классы. В следующей лекции будут рассмотре-

ны структуры периода выполнения, порождаемые ОО-системой, что потребует изучения некоторых

особенностей реализации и более детального рассмотрения природы объектов.

7.2 Роль классов

Затратив немного времени на устранение абсурдных, но распространенных и вредных заблуждений,

можно вернуться к рассмотрению центральных свойств классов и выяснить, в частности, почему

они столь важны в объектной технологии.

Метакласс - это класс, экземпляры которого сами являются классами

Для понимания ОО-подхода необходимо ясно представлять, что классы выполняют две функции,

которые до появления ОО-технологий всегда были разделены. Класс одновременно является модулем

и типом.

Модули и типы

Средства, используемые при разработке ПО, - языки программирования, проектирования, специфи-

каций, графические системы обозначений для анализа, - всегда включали в себя как возможность

применения модулей, так и систему типов.

Модули - это структурные единицы, из которых состоит программа. Различаются виды модулей,

такие как подпрограммы и пакеты. Независимо от конкретного выбора той или иной модульной

структуры, модуль всегда рассматривается как синтаксическая концепция. Отсюда следует, что раз-

биение на модули влияет лишь на форму записи исходных текстов программ, но не определяет

их функциональность. В самом деле, принципиально можно написать программу Ada в виде един-

ственного пакета, или программу Pascal как единую основную программу. Безусловно, такой подход

не рекомендуется, и любой компетентный программист будет использовать модульные возможности

языка для деления программы на обозримые и управляемые части. Но если взять существующую

программу, например на Паскале, то всегда можно собрать воедино все модули и получить работо-

способную программу с эквивалентной семантикой. (Присутствие рекурсивных подпрограмм делает

этот процесс менее тривиальным, но не оказывает принципиального влияния на данную дискуссию.)

Таким образом, деление на модули диктуется принципами управления проектами, а не внутренней

необходимостью.

Концепция типов на первый взгляд совершенно иная. Тип является статическим описанием вполне

определенных динамических объектов - элементов данных, которые обрабатываются во время вы-

полнения программной системы. Набор типов обычно содержит предопределенные типы, такие как

INTEGER или CHARACTER, а также пользовательские типы: записи (структуры), указатели, мно-

жества (в Pascal), массивы и другие. Понятие типа является семантической концепцией, и каждый

тип непосредственно влияет на выполнение программной системы, так как описывает форму объек-

тов, которые система создает и которыми она манипулирует.

Класс как модуль и как тип

В не ОО-подходах концепции модуля и типа существуют независимо друг от друга. Наиболее за-

мечательным свойством класса является одновременное использование обеих концепций в рамках

единой лингвистической конструкции. Класс является модулем или единицей программной деком-

позиции, но одновременно класс это тип (или шаблон типа в тех случаях, когда поддерживается

параметризация).

Мощь ОО-метода, во многом, следствие этого отождествления. Наследование, в частности, может

быть полностью понято, только при рассмотрении его как модульного расширения, так и, одновре-

менно, уточнения специализации типа.

Как практически соединить две столь различные на первый взгляд концепции? Последующая

дискуссия и примеры позволят ответить на этот вопрос.

7.3 Унифицированная система типов

Важным аспектом ОО-подхода является простота и универсальность системы типов, которая стро-

ится на основе фундаментального принципа.

Объектный принцип:

Каждый объект является экземпляром некоторого класса

Объектный принцип будет распространяться не только на составные объекты, определяемые раз-

работчиками (такие как структуры данных, содержащие несколько полей), но и на базовые объек-

ты - целые и действительные числа, булевы значения и символы, которые будут рассматриваться

как экземпляры предопределенных библиотечных классов (INTEGER, REAL, DOUBLE, BOOLEAN,

CHARACTER).

На первый взгляд подобное стремление превратить любое сколь угодно простое значение в экзем-

пляр некоторого класса может показаться преувеличенным и даже экстравагантным. В конце концов,

математики и инженеры в течение многих лет успешно используют целые и действительные числа,

не подозревая о том, что они работают с экземплярами классов. Однако настойчивое требование к

унификации вполне окупается по ряду причин.

• Всегда желательно иметь простую и универсальную схему, нежели множество частных случа-

ев. Предлагаемая система типов полностью опирается на понятие класса.

• Описание базовых типов как абстрактных структур данных и далее как классов является

простым и естественным. Нетрудно представить, например, определение класса INTEGER с

функциональностью включающей арифметические операции, такие как "+ операции сравнения,

такие как ="и ассоциированные свойства, следующие из соответствующих математических

аксиом.

• Определение базовых типов как классов позволяет использовать все возможности ОО, главным

образом наследование и родовые средства. Если базовые типы не будут классами, то придется

вводить ряд ограничений и рассматривать частные случаи.

Рис. 7.1: Точка и ее координаты

7.4 Простой класс

Что представляет собой класс можно выяснить, изучая простой, но типичный пример, который

демонстрирует фундаментальные свойства, применимые практически ко всем классам.

Компоненты

Пример использует представление точки в двумерной графической системе:

Для определения типа POINT как абстрактного типа данных потребуется четыре функции-запроса:

x, y, ρ, θ. (В текстах подпрограмм для двух последних функций будут использоваться имена rho и

theta). Функция x возвращает абсциссу точки (горизонтальную координату), y - ординату (вер-

тикальную координату), ρ - расстояние от начала координат, θ - полярный угол, отсчитываемый от

горизонтальной оси. Значения x и y являются декартовыми, а ρ и θ - полярными координатами точки.

Другой полезной функцией является distance, возвращающая расстояние между двумя точками.

Далее спецификация АТД будет содержать такие команды, как translate (перемещение точки на

заданное расстояние по горизонтали и вертикали), rotate (поворот на определенный угол вокруг