Abstraction Functions and Rep Invariants

2024-06-12 11:12:44

参考链接：http://web.mit.edu/6.031/www/fa19/classes/11-abstraction-functions-rep-invariants/#reading_11_abstraction_functions_rep_invariants

1.Invariants(不变量)

不变量：程序在任何时间总是true的性质。一旦创建，不变性对象在其整个生命周期中都应始终代表相同的值。
Immutability就是一个典型的不变量

1.1.为什么需要不变量

①当ADT保留自己的不变量时，对代码的推理就变得容易得多。可以依靠String永远不会改变的事实，则可以在调试使用String的代码时或尝试为使用String的另一个ADT建立不变量时排除这种可能性。将其与可变的字符串类型进行对比，该可变的字符串类型可以由任何有权访问它的代码进行突变。要推断出涉及可变字符串的错误或不变式，您必须检查代码中可能使用该字符串的所有位置

②如果没有这个不变量，那么在所有使用String的地方，都要检查其是否改变了。

1.2.Immutability as a type of Invariants

表示泄露：不仅影响不变量，也影响力独立性：无法在不影响客户端的情况下改变其内部表示。

1.3.How to solve it ? --defensive copying (防御性拷贝）

①但是，当复制代价很高时，不得不这么做，由此引发的潜在的bug也很多。
②除非迫不得已，否则不要把希望寄托于客户端上，ADT 有责任保证自
己的invariants ，并避免“表示泄露”。
③最好的办法就是使用immutable

1.4.保持不变量

1.在对象的初始状态不变量为true，在对象发生变化时，不变量也要为true
2.构造器和生产器在创建对象时要确保不变量为true
3.变值器和观察器在执行时必须保持不变性。
4.在每个方法return之前，用checkRep()检查不变量是否得以保持。

2.Rep Invariant and Abstraction Function

表示值构成的空间：实现者看到和使用的值
抽象值构成的空间：client 看到和使用的值
ADT 开发者关注表示空间R ，client 关注抽象空间A

Abstraction Function

抽象函数：R 和A 之间映射关系的函数，即如何将R 中的每一个值解释为A 中的每一个值。
AF : R → A
AF ：满射、非单射、未必双射
R 中的部分值并非合法的，在A中无映射值

Rep Invariant: another important ADT invariants

▪ 表示不变性RI ：某个具体的“表示”是否是“合法的”
▪ 也可将RI 看作：所有表示值的一个子集，包含了所有合法的表示值
▪ 也可将RI看作：一个条件，描述了什么是“合法”的表示值

What determine AF and RI?

不同的内部表示，需要设计不同的AF和RI
选择某种特定的表示方式R，进而指定某个子集是“合法”的(RI)，并为该子集中的每个值做出“解释”(AF)——即如何映射到抽象空间中的值。

①同样的表示空间R ，可以有不同的RI

②即使是同样的R 、同样的RI ，也可能有不同的AF ，即“解释不同”。

3.Checking the Rep Invariant 随时检查RI是否满足

在所有可能改变rep 的方法内都要检查
Observer 方法可以不用，但建议也要检查，以防止你的“万一”

4.Documenting the AF, RI, and Safety from Rep Exposure

在代码中用注释形式记录AF和RI
要精确的记录RI：rep中的所有fields何为有效
要精确记录AF：如何解释每一个R值

给出理由，证明代码并未对外泄露其内部表示—— 自证清白

5.What an ADT spec may talk about

1.ADT的规约里也不应谈及任何内部表示的细节，以及R空间中的任何值
2.ADT的内部表示(私有属性)对外部都应严格不可见
3.故在代码中以注释的形式写出AF和RI而不能在Javadoc文档中，防止被外部看到而破坏表示独立性/信息隐藏

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