結構化開發方法

• 基本思想：自頂向下，逐步求精，過程抽象，模塊化技術
• 概念：
  • 結構化程式設計：按照一定的原則與原理，組織編寫正確且易讀的程式的軟體技術。
  • 結構化分析設計：數據流圖、數據字典、模塊結構圖。
• 優勢：合理性（管理複雜性的有效手段：分解，抽象，層次）、正確性（依據規約，完成任務）

程式 & 抽象

程式：

• 程式運行：在某個數據體上施以某些操作。
• 兩個要素：
  1. 操作（功能）Functions/Operations/Actions；
  2. 客體（對象）Objects/Data；
• 兩種抽象方法：
  1. 從操作/功能入手，形成：基於過程的抽象；
  2. 從客體/對象入手，形成：基於數據的抽象；

過程抽象 & 數據抽象：

• 過程抽象：指任何一個明確定義功能的操作都可以被使用者看作單個的實體，儘管這個操作實際上可能由一系列更低級的操作完成。
• 數據抽象：
  • 概念：定義了數據類型和施加於該類型對象上的操作，並限定了對象的值只能通過使用這些操作修改和觀察，包含兩個概念：1. 模塊封裝；2. 信息隱蔽。
  • 意義：數據抽象提供了面向對象計算的起點：系統應該被分解為概念上的實體，實體的內部細節應該被隱藏。
  • 發展歷程：
    1. 第一階段：從無類型的二進位到基本數據類型；
    2. 第二階段：從基本類型到用戶自定義類型；
    3. 第三階段：從用戶自定義類型到抽象數據類型（Abstract Data Types）-面向對象

面向對象的軟體構造（OOSC）

• 面向對象的分解好在何處：
  • 復用性（Reusability）：數據（結構）及其上之操作的整體復用，而非僅僅復用操作功能；
  • 可拓展性（Extendibility），連續性（Continuity）：對象更直接對應問題空間的概念，因而較“功能”更穩定；
• 含義：
  • OOSC乃是基於系統所操作之對象類型（而非系統需實現之功能）來架構系統的途徑。
  • OOSC乃是將系統構造為抽象數據類型實現（可能是部分實現）的結構化組合。（這個“抽象數據類型的實現”就是類（class））
• 對象刻畫（註重外部視圖，而非內部視圖）：
  • 主要方法：
    • 考慮一類具有相似屬性的對象而不是單個對象。
    • 定義對象的類型不是通過定義對象的物理表述，而是通過定義它們的行為：即它們提供給外部的服務。
  • 主要標準：1. 完整的（Completely）；2. 無歧義的（Unambiguously）；3. 不過分描述的（Without overspecifying）-記住信息隱藏；

抽象數據類型（ADT，Abstract Data Type）

• 定義：
  • 數據類型：由一個對象集合（值集合）以及在該集合上定義的若幹合法運算所組成的運算集合組成。
  • 抽象數據類型：
    • 在設計階段，採用與具體實現無關的模型描述。
    • 用“數學方法”定義對象集合和運算集合，僅通過運算的性質刻畫數據對象，而獨立於電腦中可能的表示方法。
• ADT規約方法：
  1. 代數方法
  2. 模型方法（C.A.R.Hoare的前後斷言方法：通過已定義的（抽象）數據類型來給出要定義的新類型的抽象模型）

代數規範

• 構成：
  • 語法部分：
    1. ADT名；
    2. 運算（函數）的定義域和值域；
  • 公理部分：
    1. 給出一組刻畫各運算之間相互關係的方程來定義各運算的含義；
    2. 語義正確性：相應代數滿足規約中公理部分的所有公理；
• ADT函數分類：一個ADT \(T\) 中可有三種函數（運算元）：
  1. Creators（構造運算元）：\(\text{OTHER} \rightarrow T\)。eg. new
  2. Queries（觀察運算元）：\(T\times \dots \rightarrow \text{OTHER}\)。eg. item, empty
  3. Commands（運算運算元）：\(T\times \dots \rightarrow T\)。eg. put, remove

Reminder: Partial functions

• A partial function, identified here by \(\nrightarrow\), is a function that may not be defined for all possible arguments.

• 實例：