paradigmas de linguagens de programação - tipos abstratos de dados

Prof. Adriano Teixeira de Souza

Um Tipo Abstrato de Dados é caracterizado por

◦ Um conjunto de valores

◦ Um conjunto de operações

Não é caracterizado pela sua representação interna de dados


Os dados internos de um TAD são privativos

◦ Código da aplicação não consegue manipular

◦ Manipulável apenas pelas operações definidas em um TAD

A representação de dados é intercambiável, sem afetar o código da aplicação

◦ Apenas as operações precisam ser recodificadas


Um TAD deve possuir um contrato que

◦ Especifique o seu conjunto de atributos

◦ Especifique a assinatura de suas operações (i.e., nome da operação, tipos de parâmetros, tipos de resultados e comportamento observável)

O contrato não especifica a representação dos dados nem os algoritmos necessários para as operações


O comportamento observável de uma operação é o seu efeito da forma que é ‘observado’ pelo código da aplicação

◦ Exemplo de um comportamento observável: busca em um array

◦ Exemplos de algoritmos com um comportamento: busca linear, busca binária


A implementação de um TAD deve seguir rigorosamente aquilo que foi especificado no seu contrato

A implementação de um programa deve utilizar um TAD apenas na forma como suas operações são definidas no contrato

Separação de Interesses (Separation of Concerns) ◦ A implementação de um TAD não se preocupa com os

programas que irão utilizá-lo ◦ A implementação de um programa não se preocupa em

como um TAD foi implementado ◦ Propriedade fundamental para o projeto, implementação

e manutenção de grandes sistemas


Requisitos: ◦ Os valores armazenados podem ser datas do

passado, do presente ou do futuro

◦ Deve ser possível:

construir uma data a partir de um ano a, mês m, e dia-no-mês d.

comparar datas

fornecer uma data no formato “a-m-d”

avançar uma data por n dias


Possível contrato, expresso na forma de um esquema de declaração de classe


public class Date { // Cada valor de Date é uma data atual, do passado ou do futuro private ...; public Date (int a, int m, int d); // Constrói uma data com ano a, mês m, dia do mês d public int compareTo (Date that); // retorna -1 se é anterior a este, // ou 0 se a data é igual a este, // ou +1 se data é posterior a este public String toString (); // retorna a data no formato “a-m-d” public void advance (int n); // Avança a data de n dias (onde n >= 0) }

Código de aplicação válido


Date hoje = …; Date pascoa = new Date(2001, 4, 15); hoje.advance(16); if (hoje.compareTo(pascoa) < 0) System.out.println(hoje.toString());

Código de aplicação inválido

hoje.d += 16; System.out.println(hoje.a + '-' + hoje.m + '-' + hoje.d);

Uma implementação de um TAD inclui: ◦ A escolha de uma representação de dados ◦ A escolha de um algoritmo para cada operação

A representação dos dados deve ser privativa

(private)

A representação de dados deve cobrir todos os valores possíveis

Os algoritmos devem ser consistentes com a representação de dados



public class Date { // Cada instância de Date corresponde a uma data presente, do // passado ou do futuro. // A data é representada pelo número do ano a, pelo mês m, e // um dia-no-mês d private int a, m, d; public Date (int a, int m, int d) { // Construtor this.a = a; this.m = m; this.d = d; ...


public int compareTo (Date that) { return (this.y < that.y ? -1 : this.y > that.y ? +1 : this.m < that.m ? -1 : this.m > that.m ? +1 : this.d < that.d ? -1 : this.d > that.d ? +1 : 0); }


public String toString () { // retorna a data no formato “a-m-d” return (this.a + '-' + this.m + '-‘ + this.d); } public void advance (int n) { // Avança a data de n dias (onde n >= 0) // omitido } }


public class Date { // Esta data é representada por um número inteiro (data em época) // (onde 0 representa 1º de janeiro de 2000): private int d; public Date (int a, int m, int d) { …; this.d = …; }

2ª Implementação de Date


public int compareTo (Date that) { return (this.d < that.d ? -1 : this.d > that.d ? +1 : 0); } public String toString () { int a, m, d; …; return (a + '-' + m + '-' + d); } public void advance (int n) { this.d += n; } }

As operações são suficientes se conseguem atender todos os requisitos de um TAD

◦ Pode uma aplicação ser escrita inteiramente em

termos das chamadas a estas operações?

Uma operação é necessária se é essencial para atender os requisitos do TAD

◦ Pode ser omitida?

Um TAD bem projetado provê operações que são necessárias e suficientes para os seus requisitos


São necessárias e suficientes?


public class Date { private …; public Date (int a, int m, int d); public int compareTo (Date that); public String toString (); public void advance (int n); }


public class Date { private …; public Date (int a, int m, int d); public int getYear (); public int getMonth (); public int getDay (); }


public class Date { private …; public Date (int a, int m, int d); public int compareTo (Date that); public String toString (); public void advance (int n); public void advance1Day (); }

Construção de TADs a partir de outros existentes

◦ Exemplo: TAD Person

◦ Birthday é uma instância de Date



public class Person { // Cada valor de Person possui nome, endereço e data de nascimento private ...; private Date birthday; public Date (int a, int m, int d); // Constrói uma data com ano a, mês m, dia do mês d public int compareTo (Date that); // retorna -1 se é anterior a este, // ou 0 se a data é igual a este, // ou +1 se data é posterior a este public String toString (); // retorna a data no formato “a-m-d” public void advance (int n); // Avança a data de n dias (onde n >= 0) }

Importação de tipo externo

Interface java.util.List permite listas.

Interface java.util.Set permite conjuntos.

Interface java.util.Map permite mapeamentos

Pacotes java.awt, java.io, java.util, etc., permitem vários TADs


Em Java, o conceito de Interface é a maneira natural de se especificar um TAD

Interface: conteúdo vazio – apenas uma interface pública para um tipo


Distinção entre tipos de dados e tipos abstratos de dados ◦ TADs não possuem representação, apenas valores e

operações

TADs ◦ Contrato/especificação ◦ Implementação

Critérios para projetar um TAD

Exemplos de TADs disponíveis em Java


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