Представление типа

Абстрактные типы данных

На самом деле, оба термина, употребленные в названии раздела, плохо отражают суть соответствующего понятия. Термин " абстрактные типы" плох тем, что реально ничего абстрактного в этой категории типов нет. Термин " определяемые пользователями типы" не точно отражает специфику, поскольку все типы, обсуждавшиеся выше, кроме встроенных в языки программирования, так или иначе определяются пользователями. Тем не менее, в силу привычки, мы будем использовать в этом разделе словосочетание " абстрактные типы данных" (АТД).

Не обращая больше внимания на ущербность терминологии, займемся содержанием понятия АТД. Как мы видели, наличие перечисляемых, уточняемых и конструируемых типов данных в сочетании со средствами выделения динамической памяти позволяет конструировать и использовать структуры данных, достаточные для создания произвольно сложных программ. Ограниченность этих средств состоит в том, что при определении типов и создании структур невозможно зафиксировать правила их использования. Например, если определен структурный тип с полями salary, commissions и total в предположении, что для любой переменной этого типа поле total всегда будет содержать общую сумму выплат, то ничто не мешает по ошибке нарушить это условие (с точки зрения компилятора никакой ошибки нет) и получить неверные результаты работы программы.

Основной идеей АТД является то, что при его определении специфицируется не только структура значений типа, но и набор допустимых операций над переменными и значениями этого типа. В наиболее сильном случае доступ к внутренней структуре типа доступен только через его операции. В число операций обязаны входить один или несколько конструкторов значений типа.

Имеется много разновидностей языков с АТД, языковые средства которых весьма различаются. Кроме того, к этому семейству языков примыкают языки объектно-ориентированного программирования. По поводу них одни авторы (к числу которых относится и автор этой книги) полагают, что для них термин " язык объектно-ориентированного программирования" является модной заменой старого термина " язык с АТД". Другие находят между этими языковыми семействами много тонких отличий, часть которых считают серьезными. Мы не будем глубоко анализировать эти дискуссии, а обсудим некоторые базовые концепции, общие для обоих семейств.

Представление типа

При программировании с использованием АТД возможны три подхода (они могут быть смешаны): (1) перед началом написания основной программы полностью определить все требуемые типы данных; (2) определить только те характеристики АТД, которые требуются для написания программы и проверки ее синтаксической корректности; (3) воспользоваться готовыми библиотечными определениями. В каждом из этих подходов имеются свои достоинства и недостатки, но их объединяет то, что при написании программы известны по меньшей мере внешние характеристики всех типов данных. В некотором смысле это означает, что расширен язык программирования.

Подобная внешняя характеристика АТД называется его представлением или спецификацией. Представление включает имя АТД и набор спецификаций доступных пользователю операций со значениями этого типа. Со своей стороны, спецификация операции состоит из имени и типов параметров (в последнее время такие спецификации принято называть сигнатурами операций). Для однозначного определения компилятором того, какая реально функция или процедура должна быть вызвана при обращении к операции, обычно требуют, чтобы сигнатуры всех операций всех АТД, используемых в программе, были различны (мы еще вернемся к этой теме ниже при обсуждении возможностей полиморфизма).

Переменные, используемые для внутреннего представления значений типа называются переменными состояния, а их совокупность состоянием значений.

Иногда исходя из соображений эффективности допускается прямой доступ к некоторым переменным состояния значений типа (путем использования обычных предопределенных операций чтения и записи). В этом случае переменные состояния, доступные в таком режиме, также специфицируются во внешнем представлении типа.