第三部分 面向对象模型 GOM Generic Object Model

• 类型系统与对象系统• GOM 的结构定义

• 元组结构 • 聚集结构

• 对象的标识• 子对象的共享• 对象的持久性• Sort 类型上的复合结构

第七章 对象类型的结构

7.1 类型系统与对象系统• 类型系统（ sort type ）的发展

– 类型： < 类型名， { 值域 } ， { 操作 }>– 早期语言只提供简单类型– 进一步复杂类型 － > 简单类型、结构类型、串、指针 ...– Ada 提出抽象数据类型 ADT （ abstract data

type ）• 用户自己定义结构、操作• 系统提供打包功能• 以类型方式提供使用

几种简单 sort 类型

类型的使用、特点、局限• 变量说明：指明一个变量的类型• 变量赋值：类型的实例化操作

– 实例化结果：指定一个值– 在实例的整个生命周期，值是不变的，因此类

型的实例无需标识，值就是其本身的标识– 变量的重新赋值是重新实例化过程，原实例已

消亡。• 类型系统的问题：无法描述实例的状态变化，即

不同的值代表了某个实例在不同时刻的不同状态• 数据库的应用是最突出的不协调

面向对象类型• 对象系统强调的是对象状态的变化• 对象的生命周期种的某一瞬间是一个状态（对象

属性的某个值集）• 但对象属性值被修改时，表明该对象由一个状态

转化为另一个状态• 为了能识别不同状态下的对象，必须进行标识。

——唯一性约束• 对象状态的转化时内部变化，因此必须进行封装

——完整性约束• 对象 O 由（ id#, Type, Rep) 三元组表示

7.2 GOM 对象类型框架定义• 对象类型名唯一，超类型

名可选。• Public 子句提供外部说明• Body 子句描述结构主体• 操作子句描述接口说明

– 操作名（唯一性）– 参数说明

• 操作实现子句——描述操作体

7.3 元组结构的对象类型

• 结构主体由三种基本结构及其组合而成– 元组结构 (tupe_structure)

– 集合结构 (set_structure)

– 表结构 (list_structure)

元组结构定义

Type i 可以是• 简单 sort ； 组合 sort ；• 对象类型；混合类

型；集合类型；表类型；直接递归类型等

内嵌的属性值读写操作• VCO 操作（ Value receiving operation ） 值接收操作

Declare attri:->type i;

读取当前第 i 个属性状态• VTO 擦作（ Value returning operation ） 值返回操作

Declare attri:<-type i;

将类型为 Type i 的状态写入第 i 个属性中

示例 ( 一 )

• 直接递归示例

• 维护 person 的对象实例状态的操作 Var p:person … p.age:=p.age+1 (p.agep.age->+1)

示例（二）• 立方体对象模型的正文：

* 定义“点”的对象类型

* 定义原材料的对象类型

* 定义立方体的对象类型

7.4 GOM 类型的实例化• 一个对象类型框架可产生一系列对象实例• 内嵌的创建对象操作——“ create”• GOM 类型的实例化过程

– 第一步 * Var myCuboid :Cuboid ； / 说明对象变量– 第二步 * 执行赋值语句 :

（ 1 ） myCuboid:=Cuboid$create;

或（ 2 ） myCuboid.create;

赋值语句的作用（ 1 ）产生了一个初始化的空壳实例；（ 2 ）对该空壳实例赋予了一个对象标记 OID ；（ 3 ）将 OID （或实例地址）赋给变量 myCuboid ；（ 4 ）将空壳属性值初始化为： Int ： 0 ； float ： 0.0 ； char ：’ \0’ ； bool ： false ；

复杂对象类型： NULL ；（ 5 ）当前该 OID 还仅是逻辑表示，不能被用户访问。

* 产生了一个仅仅与 OID 相联系的一个空对象。 －第三步：对空对象的每个属性进行实际值的

初始化工作

示例

y

x

V4

V8

V1

V3

V6

V7

V2

V5

图 7.2 The Topological Representation Of a Cuboid

myCuboid

图 7.3 The “Skeleton” of a New Cuboid Instance

mat ： NULLvalue ： 0.0v1 ： NULLv2 ： NULLv3 ： NULLv4 ： NULLv5 ： NULLv6 ： NULLv7 ： NULLv8 ： NULL

id1 Cuboid

7.5 对象标识

• 表示对象的三种方法：– 内容标识—关键字标识符– 地址标识—物理对象标识符– 逻辑对象标识符

• 内容标识的问题（内容依赖）– 概念的混淆：将两对象相等与两对象内容相等混为一谈。– 一致性管理的困难。例 1 ：对大商场中，同一商品在不同柜组有不同售价，商品

的主 key 为（商品号 +柜组号）。例 2 ：若主 key 为（人名 + 地址），当搬家而修改库时，给

完整性维护带来困难。

地址标识• 地址标识 — 用对象所分配的地址空间表示对象。• 地址标识问题（地址依赖）

– 存储空间的重用导致引用错误且无法查找。例如新对象占用已删除对象空间。

– 分布式系统中对象经常被移动位置。– DB 性能调整时常常需要重构硬盘存储区。

逻辑对象标识符 OIDLogical Object Identity

对于 GOM ，每个对象可以描述为下述三元组O = （ id# ， Type ， Rep ）

• Id# ：系统产生的对象 O 的逻辑标识符• Type ：对象 O 的类型• Rep ：对象的内部状态，即属性的当前值。

OID 的特点• 对象实例初始化时，系统产生一个唯一的 OID• 一个对象的 OID 在整个生命周期都永远保持• 当对象删除后，其 OID 值永不复用

7.6 共享的队象Share Subject

• 标准的 RDBMS ：由于 INF 约束，不支持队象的引用

• 扩展的 INF2 的 RDBMS ，只能支持层次结构，不支持网状结构

• 从需求而言，复杂 DB 应用要求支持网络结构• O-O 模型中，一个对象模型可以不受限制地引

用其他对象，同时也可以被其他对象引用－－构造出网状拓扑结构

• GOM 模型通过多对象共享机制，支持网络结构应用

共享子对象示例

共享子对象的副作用－修改可见

• 对象的状态变化会被其他引用对象可见• 例：一个对 Material 对象的修改：

anotherCuboid.mat.name = ”Copper”;

anotherCuboid.mat.SpecWeight = 0.90

• 会被 myCuboid所指 id1 可见

7.7 引用和重引用Referencing and Dereferencing

• 复制（ copy ）语义：将一个值真实地复制到一个sort 类型的变量或属性中。

• 引用（ referencing ）语义：赋值语句处理的是一个对象时，只将该对象的 OID 赋值到相应的变量或属性中。

• 引用语句与 C 中的指针赋值相似，是一个间址操作。• 重引用（ Dereferencing ）语义：引用语义沿着引用链的传递。

• 重引用语义是通过“•”操作符的重载，构造的引用链实现的

• 整个对象结构可以通过引用语义构成一个网状结构• 一个引用查找的实现是沿引用链，导航式地对逐个对

象实例的查询。

Var someMaterial:Material;

w:float;

muCuboid:Cuboid;

…

(1)someMaterial.create;

(2)someMaterial.name:=“Carbon”;

(3)someMaterial.specWeight:=0.75;

(4)myCuboid.mat:=someMaterial;

(5)w:=myCuboid.mat.specWeight;

mat:id88

value:39.99v1:id11

…

name:”Carbon”specWeight:0.75

…

Materialid88

id1Cuboid

myCuboid

someMaterial

7.8 聚合类型 collection

• GOM 模型提供 body 的二种内嵌的聚集类型的类型构造子：

— 集合结构— 表结构

集合结构的对象类型

• 集合结构的对象类型是一个集合对象表达如下：

Type set typeName ispublic …body {Element type}…end

• 集合元素类型 ElementType 可以是 sort 类型，也可以是对象类型

type SetTypeName is

Public…

body

{ElementType}

…

end type SetTypeName;

type TelephoneNumbers is

{int};

type TelephoneNumbers is

Public…

body

{int}

operations

…

implementation

…

end type TelephoneNumbers;

声明一个变量var guidosTelephoneNumbers: TelephoneNumbers;

…

(1) guidosTelephoneNumbers.create;

(2) guidosTelephoneNumbers.insert(6082080);

(3) guidosTelephoneNumbers.insert(6082080);

集合结构的对象类型特点• 需要定义一个元素 Element 的类型• 集合对象类型本身可以用于定义对象属性的类型• 集合对象类型支持数学上的 Set 概念，即不允许有相

同元素存在。（ GOM要作唯一性检查）• 当 Element 是 sort 类型时，插入概念是复制语义，插

入值；当 Element 是对象类型时，插入概念是引用语义，插入 OID

• 集合对象允许共享，当有共享发生时，为共享子对象。• 共享概念的引入，使集合对象的概念可以作为对象库

概念。• 共享的副作用 — 修改可见

对象类型的扩展• GOM通过 with extension 子句隐式地产生并维护一个特定对

象类型的集合对象类型，用以管理该类型实例化的对象集合。• 例 type Cuboid is

with extention is…end type Cuboid

则系统自动产生一个 set Cuboid 对象类型 Cuboids 。并将所有 Cuboid 的实例化对象自动插入到 Cuboids 中。

• Cuboids 类型只允许用户使用 ext (Cuboid) 进行访问。• 不允许任何显式地修改、删除、插入等操作• 利用扩展概念建立对象实例库

type CuboidSet is

{Cuboid};

var workPieceCuboids:CuboidSet;

valuableCuboids:CuboidSet;

…

workPieceCuboids.insert(myCuboid);

…

valuableCuboids.insert(…);

type CuboidSet

with extension is

…

end type Cuboid;

表结构对象类型• 表结构对象类型的特点

— 列表中的元素是有序的— 类标的数学概念是 bag ，即允许相同的元素在表中不同位置多次出现— 列表中元素的类型可以是 sort type 或 object type

• 表结构对象类型的定义方式type Name ispublic …body <Element type> …

CuboidSetid59

workPiece Cuboids

{id1,id2,id3} {id3}

name:”Iron”specWeight:0.89

name:”Gold”specWeight:1.32

valuable Cuboids

id60 CuboidSet

id77id99

Cuboid

Material

Vertex

id1mat: id77

value:39.99v1:id11 v2:id12

v3:id13 v4:id14

v5:id15 v6:id16

v7:id17 v8:id18

id11

x: 0.0y: 0.0z: 0.0

id1mat: id99

value:89.90v1:id31 v2:id32

v3:id33 v4:id34

v5:id35 v6:id36

v7:id37 v8:id38

id2mat: id77

value:19.95v1:id21 v2:id22

v3:id23 v4:id24

v5:id25 v6:id26

v7:id27 v8:id28

id18

x: 0.0y: 1.0z: 1.0

id21

x: 0.0y: 0.0z: 0.0

id28

x: 0.0y: 2.0z: 2.0

id31

x: 0.0y: 0.0z: 0.0

id38

x: 0.0y: 3.0z: 3.0

mat: id77

value: 250.00vertices: id899

Cuboid2id299

<id111,id112,id113,id114,id115,id116,id117,id118>

id899 VertexList

type VertexList is

Public…

body

<vertex>

operations

…

implementation

…

end type VertexList;

type Cuboid2 is

Public…

body [mat: Material;

value: float;

vertices:VertexList;]

operations

…

implementation

…

end type Cuboid2;

7.9 类型安全• 非类型安全数据类型：数据库的组件

（属性，变量，集合元素等），并不限制为一个特定的类型（不需要类型说明），即编译时不对它们进行类型检查，好处是使用灵活。

• 问题：大量的错误只能在运行时被检测出来

类型安全（续）• 类型安全数据类型：对所有构件均限制了数据类

型。— 强类型语言— GOM 为强类型的

• 优点1. 类型安全2. 高效，在运行时无需作类型检查。3. 支持结构化设计4. 类型约束的组件为：属性、变量、操作参数、

表和集合类型的元素。5. 强类型语言编译时检查表达式中类型的兼容

性。

type City is

Public…

body [name: string;

mayor: Person;

inhabitants: PersonSet;]

operations

…

implementation

…

end type City;

type Person is

Public…

body [name: string;

age: int;

spouse:Person;

livesIn: City;]

operations

…

implementation

…

end type Person; type PersonSet is

Public…

body {Person}

operations

…

implementation

…

end type PersonSet;

Var cityOfLA: City;

mickey,mini,dinald;Person;

…

name: “Los Angeles”mayor: id188

inhabitants: id115

id571City

cityOfLA

{id193,id188,id372}

id115PersonSet

name: “Mickey Mouse”age: 60spouse: id372

livesIn: id571

Personid188

name: “Mini Mouse”age: 50spouse: id188

livesIn: id571

Personid372

name: “Donald Duck”age: 45spouse: NULLlivesIn: id571

Personid193

donaldmickey

var totalAge,ageOfSomeBody:int;

anyBody:Person;

name:string;

…

(1) ageOfSomeBody:=cityOfLA.mayor.spouse.age;

(2) foreach(anyBody in cityOfLA.inhabitants)

totalAge:=totalAge+anyBody.age;

foreach(anyBody in cityOfLA.inhabitants)

totalAge:=totalAge+anyBody.age;

ageOfSomeBody:=cityOfLA. mayor. spouse. age;

int City

Person

Person

int

int

Person City

PersonSet

int int Person

7.10 持久性 Persistence

• 持久性：当程序的执行终止后，其创建的构件和数据仍然存在。

• 需进行持久化构件— 持久化对象类型— 持久化对象实例— 持久化变量

• 处理持久化数据采用的方式— 嵌入式 SQL 语言— 持久化程序设计语言

• 嵌入式 SQL 语言：持久性数据的存取操作，必须由设计者显式地用 SQL 提供的语句进行 DB 读写。

持久化程序设计语言—查询语言与宿主语言完全无缝联接

• 优点— 对象在 DB 中的创建、存储无需任何格式联接。— 用户对持久化数据的操纵与一般数据一样，无需 进行显式的读 / 写。

• 缺点— 由于宿主语言过强，对 DB 数据的一致性维护更加 困难。— 由于语言的复杂性，数据查询的优化处理变得更 困难。— 与 SQL 的无缝联接目前作的并不理想。

GOM 持久性构件—类型的持久化

• 类型的持久化：类型的持久性由 Persistence 定义符说明。例： Persistence Type Vertex is其中，持久性类型名称不能被重定义

• 持久性类型的依赖关系— 在元组结构类型中，持久化类型的所有属性都 必须是持久的。— 在聚合结构类型中，其元素类型也必须持久。— 在继承的 is-a层次内部，一个持久类型的超类型 （祖先）必须是持久的。

对象的持久性一个对象实例的持久化可以采用以下几种途径：

1. 按类型持久：一个持久化类型的实例可以自动确认为持久的。缺点：使用极不方便，在需要持久和临时共存时，操作困难。有的系统采用持久意向概念，即持久类型实例化的对象可能潜在变为持久。

2. 按创建持久—将持久操作与初始化操作绑定，即将持久对象与临时对象采用不同的初始化子。

对象的持久性（续）3. 提供一个持久化操作，即用显式的持久化操

作将对象持久化。即将持久化声明延迟到对象创建之后。

4. 按引用声明持久：仅对一个（或多个）对象显式的声明为持久对象（根对象）。其他对象的持久化定义为沿着根对象的引用链进行持久化扩展。优点：持久化定义简洁。缺点：系统确定持久化对象的代价较大。

GOM 的对象持久化方法• GOM采用 2 ， 3 两种方法：

– GOM 提供一个持久化操作子（ persistence ）• 例如： aVertex.persistence• aVertex 在持久化操作之前仍然是临时对象

– GOM 提供初始化阶段的持久化操作• GOM 不支持第 4 种方法，带来的危险行为

– 当用户从一个持久化对象中引用了一个临时对象时，会导致浮动引用

持久对象的实现方法• 地址依赖方法：

– 当声明一个对象持久化时，系统初始化一特定的外存区域，并提供一个持久化地址指针

• OID 持久方法：– 对持久化对象的标识进行持久化

持久对象的存储和访问• 有三种访问策略：

– 名字法：在持久化区域内按名字查找——不适合有大量对象的情况

– 通过 OID 或持久化指针查找– 系统对每一个持久类型提供一个持久性容器

——其区间存放同类型的持久对象• GOM支持 2 ， 3 种方法

变量的持久化• 变量的持久化声明：

– Persistence var myVertices:Vertexset;» aVertex:Vertex ；

– 使用要求：• 变量名必须保持唯一性，无二义性• 变量类型必须已定义为持久性

– 持久性变量由系统管理：它的值在定义它的程序结束后，仍然有定义

– 问题：系统不能保证持久性变量引用一个临时对象，因此会产生悬空引用，即它的值在再次赋值前是未定义的

7.11 垃圾回收（ Garbage Collection ）• 对于不再被使用的对象，应当及时从 DB

库中删除，• 删除的复杂性由以下原因引起：

– 对象的共享– 不可及对象的检查困难

• 对象 O既不是任何集合或列表的成员，又不被任何属性或变量引用；

• 对无递归引用的对象，一般采用引用计数器法；• 对递归引用，采用 Garbage算法。

删除的复杂性由以下原因引起（续）

– 提供一个对象的显示删除操作，该操作需要不但能删除最外层的对象，也能删除它的引用对象

– 因此 delete 操作需定义一个重载操作进行引用链的捆绑删除

问题：显示删除容易造成共享对象的悬空访问

o

o2o1

7.12 sort 类型的复合定义• Sort 类型的基本类型是简单类型• Sort 类型可以组合定义构成抽象类型

ADT

• Sort 类型的体有三种类型：– 元组类型 [ ]– 集合类型 { }– 表类型 〈 〉

Sort 类型的特点• Sort 类型的成员可以是对象类型• Sort 类型的实例化是一个值，因此，它是复制语义 例： sort data is [ day : int; month : int; year : int ] . .Var d1: data ; ---- 系统分配给 d1 一个 data 类型的空间 d1.day=1; d1.month=1,d1.year=2002;当 d2=d1 时， d2也获得一个值当 d1.day=d1.day+1 时， d2 不变• Sort 类型不允许递归定义

sort data is

[day: int;

month: int;

year: int;];

var d1: date;

d1.day := 1;

d1.month := 1;

d1.year := 1980;

d2 := d1

d1.day := d1.day +1;

type Car is

[creationDate:data;

chassis:Chassis;];

sort s is [a: u;];

sort t is [b: s;];

sort u is [c: t;];

sort s is [a: u;];

type T is [b: s;];

sort u is [c: T;];

sort childSet is {Person};

type Person is [age:int;spouse:Person;children:childSet;];