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第三章 类型与对象
Related to text book Chp. 7 (English book)
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• 对象与值
• 对象类型
• 基于元组的对象类型
• 实例
• 对象标识符
• 引用
• 对象类型扩展
• etc
目录
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类型与对象
• 基于Generic对象模型(GOM)• 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
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几种简单sort类型
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类型-续
• 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
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面向对象类型
• 对象系统强调的是对象状态的变化
• 对象生命周期中的某一瞬间是一个状态
（对象属性的某个值集）
• 当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
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面向对象类型-续
• 为了能识别不同状态下的对象，必须进行
标识 ——唯一性约束
• 对象状态转化时内部变化必须合理，因此
需要进行封装——完整性约束
• 对象O由（id#, Type, Rep)三元组表示
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GOM对象类型框架定义
• 对象类型名唯一
• 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
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对象结构
• 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)
–列表结构(list_structure)
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元组结构定义
Typei 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
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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操作（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
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举例
• 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.age （p.age+1)
13立方体对象模型的定义
• 定义“顶点”的对象类型 • 定义立方体的对象类型
• 定义原材料的对象类型
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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 说明对象变量
Var myCuboid :Cuboid；
– 第二步 执行赋值语句:
myCuboid:=Cuboid$create;
或 myCuboid.create;
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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
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图7.2 The Topological Representation Of a Cuboid
图7.3 The “Skeleton” of a New Cuboid Instance
y
x
V4
V8
V1
V3
V6
V7
V2
V5
myCuboid
mat：NULLvalue：0.0v1：NULLv2：NULLv3：NULLv4：NULLv5：NULLv6：NULLv7：NULLv8：NULL
id1 Cuboid
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对象标识
标识对象的三种方法：
– 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
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内容标识
• 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：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。
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地址标识
• 地址标识
– 用对象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。
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逻辑对象标识符 OID
• 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。
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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
• 对象的存储位置与OID值有唯一的映射
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共享子对象
• 标准的RDBMS：由于INF约束，不支持对象的引用
• 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
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共享子对象例子
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共享子对象的副作用
• 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
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Referencing
• 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。
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Dereferencing
• Dereferencing语义：引用语义沿着引用链
的传递。
• Dereferencing语义是通过“•”操作符的重
载，构造的引用链实现
• 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着引用链，导航
式地对逐个对象实例的查询
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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:id88value:39.99v1:id11…
name:”Carbon”specWeight:0.75…
id88
id1Cuboid
myCuboid
Material
someMaterial
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聚合类型 collection
• GOM模型提供body二种内嵌的聚合类型
的类型构造子：
– 集合（set）结构
– 列表（list）结构
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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 Element Type 可以是 sort 类型，也可以是对象类型，或用户定义类型
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type SetTypeName isPublic…body
{Element Type}…
end type SetTypeName;
type TelephoneNumbers is{int};
type TelephoneNumbers isPublic…body
{int}operations
…implementation
…end type TelephoneNumbers;
声明一个变量并赋值
var guidosTelephoneNumbers: TelephoneNumbers;…
(1) guidosTelephoneNumbers.create;(2) guidosTelephoneNumbers.insert(6082080);(3) guidosTelephoneNumbers.insert(28833);
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声明一个变量
var theGOM24HourSupportHotLine : guidosTelephoneNumbers;…
theGOM24HourSupportHotLine := guidosTelephoneNumbers;theGOM24HourSupportHotLine.insert (6083968);
{6082080,6083968,28833}
TelephoneNumbersid4711
guidosTelephoneNumbers theGOM24HourSupportHotLine
Fig. 7.7 Object Base Extension with a Shared Set Object
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var workPieceCuboids:CuboidSet;valuableCuboids:CuboidSet;…
workPieceCuboids.insert(myCuboid);…
valuableCuboids.insert(…);
type CuboidSet is{Cuboid};
…end type Cuboid;
type SetTypeName isPublic…body
{ElementType}…
end type SetTypeName;
集合结构的类型也可以是复杂类型
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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)；
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集合结构的对象类型特点-续
• 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
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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
id1
mat: id77value:39.99v1:id11 v2:id12v3:id13 v4:id14v5:id15 v6:id16v7:id17 v8:id18
id11x: 0.0y: 0.0z: 0.0
id3
mat: id99value:89.90v1:id31 v2:id32v3:id33 v4:id34v5:id35 v6:id36v7:id37 v8:id38
id2
mat: id77value:19.95v1:id21 v2:id22v3:id23 v4:id24v5:id25 v6:id26v7:id27 v8:id28
id18x: 0.0y: 1.0z: 1.0
id21x: 0.0y: 0.0z: 0.0
id28x: 0.0y: 2.0z: 2.0
id31x: 0.0y: 0.0z: 0.0
id38x: 0.0y: 3.0z: 3.0
… … …
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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 Cuboidwith extention is…end type Cuboid
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。
• 不允许任何显式地删除、插入等操作
• 利用扩展概念建立对象实例库
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列表结构对象类型
• 列表结构对象类型的特点– 列表中的元素是有序的
– 列表的数学概念是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>…
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mat: id77value: 250.00vertices: id899
id299 Cuboid2
<id111,id112,id113,id114,id115,id116,id117,id118>id899 VertexList
type VertexList isPublic…body
<vertex>operations
…implementation
…end type VertexList;
type Cuboid2 isPublic…body [mat: Material;
value: float;vertices:VertexList;]
operations…
implementation…
end type Cuboid2;
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类型安全
• 非类型安全数据类型：数据库的组成（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
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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
• 优点
– 类型安全
– 高效，在运行时无需作类型检查。
– 支持结构化设计
– 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。
– 强类型语言编译时检查表达式中类型的兼容性。
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type City isPublic…body [name: string;
mayor: Person;inhabitants: PersonSet;]
operations…
implementation…
end type City;
type Person isPublic…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,donald;Person;
…
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name: “Los Angeles”mayor: id188inhabitants: id115
id571City
cityOfLA
{id193,id188,id372}id115
PersonSet
name: “Mickey Mouse”age: 60spouse: id372livesIn: id571
Personid188
name: “Mini Mouse”age: 50spouse: id188livesIn: id571
Personid372
name: “Donald Duck”age: 45spouse: NULLlivesIn: id571
Personid193
donaldmickeyFig7.11 Person和City 的对象库
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vartotalAge,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;
intCity
PersonPerson
int
int
Person City
PersonSet
int int Person
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持久性
• 持久性Persistence ：当程序的执行终止
后，其创建的构件和数据仍然存在
• GOM中持久化构件
– 对象类型
– 对象实例
– 变量
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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
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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：
– 按类型持久：一个持久化类型的实例可以自动确认为持久
• 缺点：使用不方便，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
– 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
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对象的持久性-续
– 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
– 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
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GOM的对象持久化方法
• GOM采用创建持久和提供一个持久化操作两种方法：– GOM提供一个持久化操作子（persistence）
• 例如：aVertex.persistenceaVertex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不支持按引用声明持久方法，GOM不能确保持久对象不引用临时对象，带来的危险行为是:– 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
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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
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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支持名字法和通过OID或持久化指针
查找种方法
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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
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垃圾回收
• 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。
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垃圾回收-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
54
o
o2o1
55
• 习题
7.27.47.9
