了解抽象数据类型

 

  抽象数据类型(Abstract Data Type 简称ADT)是指一个数学模型以及定义在此数学模型上的一组操作。抽象数据类型需要通过固有数据类型（高级编程语言中已实现的数据类型）来实现。抽象数据类型是与表示无关的数据类型，是一个数据模型及定义在该模型上的一组运算。对一个抽象数据类型进行定义时，必须给出它的名字及各运算的运算符名，即函数名，并且规定这些函数的参数性质。一旦定义了一个抽象数据类型及具体实现，程序设计中就可以像使用基本数据类型那样，十分方便地使用抽象数据类型。

在早期的编程语⾔中，⽤户只能⾃⼰定义⽅法，⽽所有的类型都是规定好的（例如int、boolean、String等等）。 ⽽现代编程语⾔允许⽤户⾃⼰定义类型对数据进⾏抽象，这是软件开发中的⼀个巨⼤进步。

对数据进⾏抽象的核⼼思想就是类型是通过其对应的操作来区分的：⼀个整型就是你能对它进⾏加法和乘法的东 ⻄；⼀个布尔型就是你能对它进⾏取反的东⻄；⼀个字符串就是你能对它进⾏链接或者取⼦字符串的东⻄，等等。 在⼀定意义上，⽤户在以前的编程语⾔上似乎已经能够定义⾃⼰的类型了，例如定义⼀个名叫Date的结构体，⾥⾯ ⽤int表⽰天数和年份。但是真正使得抽象类型变得新颖不同的是对操作的强调：⽤户不⽤管这个类型⾥⾯的数据是 怎么保存表⽰的，就好像是程序员不⽤管编译器是怎么存储整数⼀样。起作⽤的只是类型对应的操作。

和很多现代语⾔⼀样，在Java中内置类型和⽤户定义类型之间的关系很模糊。例如在 java.lang 中的类 Integer 和 Boolean 就是内置的——Java标准中规定它们必须存在，但是它们的定义⼜是和⽤户定义类型的⽅ 式⼀样的。另外，Java中还保留了原始类型，它们不是类和对象，例如 int 和 boolean ，⽤户⽆法对它们进⾏ 继承。

对于类型，不管是内置的还是⽤户定义的，都可以被分为可改变 和 不可变两种。其中可改变类型的对象能够被改 变：它们提供了改变对象内容的操作，这样的操作执⾏后可以改变其他对该对象操作的返回值。所以 Date 就是 可改变的，因为你可以通过调⽤ setMonth 操作改变 getMonth 操作的返回值。但 String 就是不可改变的， 因为它的操作符都是创建⼀个新的 String 对象⽽不是改变现有的这个。有时候⼀个类型会提供两种形式，⼀种是可改变的⼀种是不可改变的。例如 StringBuilder 就是⼀种可改变的字符串类型。

 抽象类型是通过它的操作定义的. 对于类型T来说，它的操作集合和规格说明完全定义和构造了它的特性。例如，当我们谈到 List 类型时，我们并 没有特指⼀个数组或者链接链表，⽽是⼀系列模糊的值——哪些对象可以是 List 类型——满⾜该类型的规格说明 和操作规定，例如 get() , size() , 等等。

  那么，如何设计抽象类型呢？

  设计⼀个抽象类型包括选择合适的操作以及它们对应的⾏为，有⼏个重要的规则。

1.设计少量，简单，可以组合实现强⼤功能的操作⽽⾮设计很多复杂的操作。

2.每个操作都应该有⼀个被明确定义的⽬的，并且应该设计为对不同的数据结构有⼀致的⾏为，⽽不是针对某些特殊 情况。例如，或许我们不应该为 List 类型添加⼀个 sum 操作。因为这虽然可能对想要操作⼀个整数列表的⽤户 有帮助，但是如果⽤户想要操作⼀个字符串列表呢？或者⼀个嵌套的列表? 所有这些特殊情况都将会使得 sum 成为 ⼀个难以理解和使⽤的操作。

3.操作集合应该充分地考虑到⽤户的需求，也就是说，⽤户可以⽤这个操作集合做他们可能想做的计算。⼀个较好测 试⽅法是检查抽象类型的每个属性是否都能被操作集提取出来。例如，如果没有 get 操作，我们就不能提取列表 中的元素。抽象类型的基本信息的提取也不应该特别困难。例如， size ⽅法对于 List 并不是必须的，因为我们 可以⽤ get 增序遍历整个列表，直到 get 执⾏失败，但是这既不⾼效，也不⽅便。

4.抽象类型可以是通⽤的：例如，列表、集合，或者图。或者它可以是适⽤于特定领域的：⼀个街道的地图，⼀个员 ⼯数据库，⼀个电话簿等等。但是⼀个抽象类型不能兼有上述⼆者的特性。被设计⽤来代表⼀个纸牌序列的 Deck 类型不应该有⼀个通⽤的 add ⽅法来向类型实例中添加任意对象，⽐如整型和字符串类型。反过来说，对于像 dealCards 这样的只对特定领域(译者注：纸牌游戏)有效的⽅法，把它加⼊ List 这样的通⽤类型中也是没有意义的。

 

 

毫无疑问，抽象数据类型大大的扩大了我们所能操做的变量的范围。通过抽象数据类型，我们拥有了定义属于自己的变量的机会，并能根据我们的所需向其中添加任何的属性以及函数。抽象数据类型毫无疑问地大大降低了我们地编程难度，能够更自由简单地使用各种功能，仅仅只需要通过变量本身便能实现很多操做。抽象数据类型让我们地编程更加得心应手，也更加地有趣。