Книга: Основы объектно-ориентированного программирования

Назад к абстрактным типам данных

Назад к абстрактным типам данных

Насыщенные утверждениями отложенные классы хорошо подходят для представления АТД. Прекрасный пример - отложенный класс для стеков. Мы уже описывали процедуру put, сейчас приведем возможную версию полного описания этого класса.

indexing
description:
"Стеки (распределительные структуры с дисциплиной Last-in, First-Out), %
%не зависящие от выбора представления"
deferred class
STACK [G]
feature -- Доступ
count: INTEGER is
-- Число элементов.
deferred
end
item: G is
-- Последний вставленный элемент.
require
not_empty: not empty
deferred
end
feature - Отчет о статусе
empty: BOOLEAN is
-- Стек пустой?
do
Result := (count = 0)
end
full: BOOLEAN is
-- Стек заполнен?
deferred
end
feature - Изменение элемента
put (x: G) is
-- Втолкнуть x на вершину.
require
not full
deferred
ensure
not_empty: not empty
pushed_is_top: item = x
one_more: count = old count + 1
end
remove is
-- Вытолкнуть верхний элемент.
require
not empty
deferred
ensure
not_full: not full
one_less: count = old count - 1
end
change_top (x: T) is
-- Заменить верхний элемент на x
require
not_empty: not empty
do
remove; put (x)
ensure
not_empty: not empty
new_top: item = x
same_number_of_items: count = old count
end
wipe_out is
-- Удалить все элементы.
deferred
ensure
no_more_elements: empty
end
invariant
non_negative_count: count >= 0
empty_count: empty = (count = 0)
end

Этот класс показывает, как можно реализовать эффективную процедуру, используя отложенные: например, процедура change_top реализована в виде последовательных вызовов процедур remove и put. (Такая реализация для некоторых представлений, например, для массивов, может оказаться не самой лучшей, но эффективные потомки класса STACK могут ее переопределить.)

Если сравнить класс STACK со спецификацией соответствующего АТД, приведенной в лекции 6, то обнаружится удивительное сходство. Подчеркнем, в частности, соответствие между функциями АТД и компонентами класса, и между пунктом PRECONDITIONS и предусловиями процедур. Аксиомы представлены в постусловиях процедур и в инварианте класса.

Добавление операций change_top, count и wipe_out в данном случае несущественно, так как они легко могут быть включены в спецификацию АТД (см. упражнение У6.8). Отсутствие явного эквивалента функции new из АТД также несущественно, так как созданием объектов будут заниматься процедуры-конструкторы в эффективных потомках этого класса. Остаются три существенных отличия.

Первое из них - это введение функции full, рассчитанной на реализации с ограниченным числом элементов стека, например, на реализацию массивами. Это типичный пример ограничения, которое несущественно на уровне спецификации, но необходимо для разработки практических систем. Отметим однако, что это отличие между АТД и отложенным классом можно легко устранить, включив в спецификацию АТД средства для охвата ограниченных стеков. При этом общность не будет потеряна, так как некоторые реализации (например, с помощью списков) могут реализовывать full тривиальными процедурами, всегда возвращающими ложь.

Второе отличие, отмеченное при обсуждении разработки по контракту, состоит в том, что спецификация АТД полностью аппликативна (функциональна), она включает функции без побочных эффектов. А отложенный класс, несмотря на его абстрактность, является императивным (процедурным), например put определена как процедура, изменяющая стек, а не как функция, которая берет в качестве аргумента один стек и возвращает другой.

Наконец, как тоже уже отмечалось, механизм утверждений недостаточно выразителен для некоторых аксиом АТД. Из четырех аксиом стеков

Для всех x: G, s: STACK [G],

1

item (put (s, x)) = x

2

remove (put (s, x)) = s

3

empty (new)

4

not empty (put (s, x))

все, кроме (2), имеют прямые эквиваленты среди утверждений. (Мы предполагаем, что для (3) процедуры-конструкторы у потомков обеспечат выполнение условия empty). Причины таких ограничений уже были объяснены и были намечены возможные пути их преодоления - языки формальных спецификаций IFL.

Оглавление книги