数据结构—抽象数据类型

首先我们回顾一下在程序设计语言中出现的各种数据类型。

数据类型


数据类型是和数据结构密切相关的一个概念。它最早出现在高级程序设计语言中,用以刻划程序中操作对象的特性。在用高级语言编写的程序中,每个变量、常量或表达式都有一个它所属的确定的数据类型。类型显式地或隐含地规定了在程序执行期间变量或表达式所有可能的取值范围,以及在这些值上允许进行的操作。因此,数据类型(Data Type)是一个值的集合和定义在这个值集上的一组操作的总称。

在高级程序设计语言中,数据类型可分为两类:一类是原子类型,另一类则是结构类型。原子类型的值是不可分解的。如C 语言中整型、字符型、浮点型、双精度型等基本类型,分别用保留字int、char、float、double 标识。而结构类型的值是由若干成分按某种结构组成的,因此是可分解的,并且它的成分可以是非结构的,也可以是结构的。例如,数组的值由若干分量组成,每个分量可以是整数,也可以是数组等。在某种意义上,数据结构可以看成是“一组具有相同结构的值”,而数据类型则可被看成是由一种数据结构和定义在其上的一组操作所组成的。

抽象数据类型


抽象数据类型(Abstruct Data Type,简称ADT)是指一个数学模型以及定义在该模型上的一组操作。抽象数据类型的定义取决于它的一组逻辑特性,而与其在计算机内部如何表示和实现无关。即不论其内部结构如何变化,只要它的数学特性不变,都不影响其外部的使用。

抽象数据类型和数据类型实质上是一个概念。例如,各种计算机都拥有的整数类型就是一个抽象数据类型,尽管它们在不同处理器上的实现方法可以不同,但由于其定义的数学特性相同,在用户看来都是相同的。因此,“抽象”的意义在于数据类型的数学抽象特性。

但在另一方面,抽象数据类型的范畴更广,它不再局限于前述各处理器中已定义并实现的数据类型,还包括用户在设计软件系统时自己定义的数据类型。为了提高软件的重用性,在近代程序设计方法学中,要求在构成软件系统的每个相对独立的模块上,定义一组数据和施于这些数据上的一组操作,并在模块的内部给出这些数据的表示及其操作的细节,而在模块的外部使用的只是抽象的数据及抽象的操作。这也就是面向对象的程序设计方法。

抽象数据类型的定义可以由一种数据结构和定义在其上的一组操作组成,而数据结构又包括数据元素及元素间的关系,因此抽象数据类型一般可以由元素、关系及操作三种要
素来定义。抽象数据类型的特征是使用与实现相分离,实行封装和信息隐蔽。就是说,在抽象数据类型设计时,把类型的定义与其实现分离开来。

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