8. Абстрактные типы данных

Переменные, которые мы определяем в программе могут принимать только значения из множества значений данного типа данных. Например, переменные типа char это все буквы и специальные символы. Иногда количество элементов составляющих множество значений бывает очень большим, например, множество чисел типа int или даже double, но все равно это конечные множества, т.е. число ходящих в них элементов конечно. Иначе говоря если объявить переменную любого типа то она может принимать конечное число определенных значений. Но понятие тип данных это более широкое понятие чем просто множество. Каждый тип данных состоит из множества значений и множества операций, определенных для данного типа. Если программисты использующие этот тип данных не имеют доступа к деталям значений данных и операциям, то такой тип называется абстрактным типом данных (АТД). Все известные нам базовые типы данных являются абстрактными. Так, например, после объявления переменной типа int мы не знаем деталей присвоения конкретных значений и выполнения арифметических операций. Часто АТД сравнивают с «черным ящиком», т.е. с неким аппаратом устройство которого неизвестно.

Создаваемые программистом данные такие как структура и класс не являются автоматически АТД, но их можно сделать таковыми. Естественно возникает вопрос, а зачем это нужно? Чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим некий пример. Представим себе, что мы создали класс у которого в двумерном массиве хранятся фамилии, имена, даты рождения и адреса о некоторых лицах, причем фамилии записаны в именительном падеже. В классе есть функция, предназначенная для поиска лиц по некоторому критерию. В определенное время, например, накануне дня рождения (поиск по дате) или праздника (без поиска) мы печатаем поздравительное письмо, в котором в адресе получателя автоматически вставляются фамилии в дательном падеже, т.е. Иванову И.П., Петрову С.С. и т.д. Для фамилий с обычными для России окончаниями легко придумать правило замены окончания. Например, если две последние буквы фамилии «ов» то в конце следует допечатать «у», если фамилия заканчивается на «о», например Ивченко, то ничего допечатывать не нужно, если фамилия оканчивается на «ев», например Ивлиев, то в конце добавляется «у», и т.п. Но представим себе, что в списке появился человек с нехарактерной для России фамилией Лев. Она заканчивается на «ев», но правило изменения окончания здесь иное. Если это мужчина, то нужно писать Льву, если женщина, то фамилия не склоняется. Таким образом, в списке фамилий следует указать пол получателя, то есть ввести новую колонку в массив. Иногда такого рода изменения чреваты опасными последствиями. Так, например, функция поиска фамилий брала их из первой колонки массива. Если теперь в первой колонке будет храниться пол, то фамилия получателя вообще не определится. То есть программу печати адресов нужно будет переделать. Вы скажите, что пол следует поместить в последнюю колонку. Возможно это выход, но возможно также, что где-то есть цикл, в котором уже учтен размер массива.

Таких примеров можно привести очень много. Часто желание ввести небольшие изменения в класс приводят к тому, что программы, которые используют этот класс, перестают работать. Поэтому код класса должен быть дополнен новыми операторами, как только в системе появляется новая необычная фамилия. Плохо то, что после определения новой фамилии нужно проверить и, возможно, изменить все старые операции класса. Требуется достаточно высокая квалификация, чтобы справиться с этой задачей, но все равно могут появиться ошибки в уже отлаженных частях программы, работающих со старыми фамилиями. Для того, чтобы избавиться от подобных ситуаций используются абстрактные классы.

Абстрактный класс это класс в котором:

1. Все переменные-члены закрыты.

2. Все необходимые для других программ функции-члены открыты. Обычно они детально описываются в комментариях.

3. Все вспомогательные функции-члены являются закрытыми.