哈工大软件构造第4章笔记

4 数据类型和类型检验 4.1数据类型基本知识，静态/动态类型检查 Java中的数据类型：

分为基本数据类型和对象数据类型两种，根据Java的约定，基本类型是小写开头，而对象类型以大写字母开头

Java中的内存管理机制：

• 栈：栈是一片内存区域，存储的是局部变量，凡是定义在方法中的都是局部变量（方法外的是全局变量）；for循环内部定义的也是局部变量；只有先加载函数才能进行局部变量的定义，所以方法先进栈，然后再定义变量，变量有自己的作用域，一旦离开作用域，变量就会被释放。
• 堆：存储的是数组和对象（数组也是对象），凡是new建立的都是在堆中，堆中存放的都是实体（对象），实体用于封装数据，而且是封装多个（实体的多个属性），如果一个数据消失，这个实体也没有消失，还可以用，所以堆是不会随时释放的。虽然不会被释放，但是如果没有指针指向某个对象，它会被当成垃圾，由垃圾回收机制不定时的收取。
• 垃圾回收机制：Java中有独有的垃圾回收机制，可以回收不再被引用的对象。

对象类型形成层次结构：

子父类的继承关系，最大的父类是Object类

Boxed primitives：

• 将基本数据类型包装成对象数据类型，： Boolean, Integer, Short, Long, Character, Float, Double

• 通常是在定义容器类型的时候使用它们（容器类型 *** 作的元素要求是对象类型，所以需要对基本数据类型进行包装，转换为对象类型）如List，Map，Set等

• 一般情况下可以和对应的基本数据类型自动转换，但会降低性能，尽量避免使用

运算符

• +，-，*，/，（）……
• 字符串可以通过+相连
• 基本数据类型直接使用运算符；对象可以通过调用相应方法来使用运算符；某些静态方法也可以执行运算（如Math库中的方法）

4.2静态和动态检查

静态类型语言：所有变量的类型在编译时已知，编译器可以推导表达式类型，可以在编译阶段进行类型检查

动态类型语言：变量类型在编译时未知或不需要知道，在运行阶段进行类型检查

一种语言可以提供3种检查：

• 静态检查：在编译之前进行检查，包括：语法错误、类名/函数名错误、参数数目错误、参数类型错误、返回值类型错误等。针对动态类型的语言会检查除类型以外的其他语法错误，主要关于“类型”的检查（如a是int，b是int，则得出a/b也是int）

• 动态检查：在运行过程中进行检查，检查非法的参数值，非法的返回值、越界、空指针等。主要关于“值”的检查（接上例，如a = 1,b = 0,执行时发现除0错误）

• 无检查：不进行检查

静态检查>动态检查>无检查

有些问题静态检查和动态检查都无法检测出来，如整数除法（截断整数）、整数溢出、浮点数的特殊类型：NaN，POSITIVE_INFINITY,NEGATIVE_INFINITY

4.3易变性和不变性

改变一个变量：将变量指向另一个存储空间

改变一个变量的值：将该变量当前指向的存储空间写入一个新值

4.3.1不变性（重要设计原则）

数据类型一旦被创建，其值不能改变；引用类型一旦确定其指向的对象，不能再给变其指向其他对象

Java中使用关键字“final”来标记：

• final类无法派生自己的子类
• final变量无法改变值/引用
• final方法无法被子类重写

编译器进行静态类型检查时，如判断final变量首次赋值后发生了改变，会提示错误。

尽量使用final变量作为方法的输入参数，作为局部变量

4.3.2 可变性

不变对象：一旦被创建，始终指向同一个值/引用
可变对象：拥有方法可以修改自己的值/引用

eg： String是不可变类型，StringBuilder是可变数据类型

4.3.3 易变性与不变性

二者区别：

当只有一个引用指向该对象时，二者没有区别；当有多个引用的时候，有差异

优缺点：

• 使用不可变类型，对齐频繁修改会产生大量的临时拷贝，性能较差，但更“安全”，在其他质量指标上表现更好；

• 可变数据类型最小化拷贝，可以提高效率，性能更高，也适合在多个模块之间共享数据。但可变性使得难以理解程序正在做什么，更难满足方法的规约。

• 所以，折中，具体情况具体分析。

4.3.4 危险示例

1. 传递可变对象：传递可变对象是一个潜在的错误源泉，一旦被无意中改变，则这种错误非常难于跟踪和发现

   eg：在列表示例中，列表（sum和sumAbsolute）和myData（main）指向相同的列表。一位程序员（sumAbsolute的）认为可以修改列表；另一位程序员（main的）希望列表保持不变。因为调用顺序和别名使用，main的程序员会输。

2. 返回可变值：由于值可变，则可以在外部对值进行修改，导致内部引用该值的指针的值也发生变化，这样就有可能在其他地方出错。

   eg：在Date示例中，，groundhogAnswer和partyDate两个变量名都指向Date对象。这些别名位于代码的完全不同部分，由不同的程序员控制，他们可能不知道另一个在做什么。

4.3.5如何改进代码

• 进行防御式拷贝（但由于大部分时候该拷贝不会被修改，可能造成大量的内存浪费）
• 使用不可变类型，防止被修改，此时也不需要防御式拷贝

一个类可能包含一些方法，使得自己的内部参数被改变，这样调用者可以轻而易举的破坏掉封装，危害很大，这种时候就需要防御性拷贝。

防御性拷贝的关键就在于不把原本类中的对象提供给调用者，而是创建一个跟封装的类中相同的对象返回给调用者，这样，你对这个参数进行修改的时候跟封装类内部的相关参数无关，也就不会改变类中的参数。这就是防御性拷贝。

别名使可变类型具有风险，如果在一个方法中完全局部地使用可变对象，并且只对该对象进行一次引用，那么可以使用可变对象。如果有多个引用（别名），使用可变类型就会变得非常不安全

4.4代码级、运行时和时刻视图的快照图

我们使用快照图表示程序在运行时的内部状态——其堆栈（正在进行的方法及其局部变量）和堆（当前存在的对象），来理解程序现在的运行状况。

快找图的优点：

• 便于程序员之间的交流
• 便于刻画各类变量随时间变化
• 便于解释设计思路
• 便于为后续课程中更丰富的设计符号铺平道路

基本数据类型和对象数据类型在快照图中的表示

基本数据类型：

• 基本数据类型由裸常量表示，传入箭头是对变量或对象字段中的值的引用。

对象数据类型：

• 一个对象数据类型是按其类型标记的圆，在里面写下字段名，用箭头指向它们的值。要了解更多详细信息，字段可以包括其声明的类型。

• 不可变对象用双线椭圆表示，区别于可变对象

• 可变和不可变的引用：后者用双线箭头表示

对可变值（例如：final StringBuilder sb）的不可变引用，即使我们指向同一个对象，其值也可以更改。

对不可变值（如String s）的可变引用，其中变量的值也可以更改，因为它可以重新指向不同的对象。

4.5 复杂数据类型：数组和集合 数组和列表

数组是一种类型为T的固定长度序列。分为定长数组和可变数组两种。定长数组就是普通的数组，变长数组用List进行表示，list是一个接口，保存的是对象。

int [] a = new int [3];//长度为3的定长数组
List<Integer> list = new Arraylist<Integer>();//变长数组

数组的遍历：

int max = 0;
for(int i = 0;i < arrry.lenth;i++)
{
    max = Math.max(array[i],max);
}

for(int x:list)
{
    max = Math.max(x,max);
}

list有两个实现类：ArrayList和LinkedList，分别代表数组和链表

Set

集合：无序、不可重复，与list有区别

方法：

s.contains(e);
s.containsAll(s2);
s.removeAll(s2)

Map

字典数据类型，将两组对象匹配（映射）

方法：

map.put(key,a1);//建立映射key->a1
map.get(key);//得到key对应的值
map.containsKey(key)//判断是否含有key
map.remove(key)//删除某个匹配

容器

Java 中容器框架的内容可以分为三层： 接口（模型）， 模板和具体实现。

在开发中使用容器正常的流程是，首先根据需求确定使用何种容器模型，然后选择一个符合性能要求的容器实现类或者自己实现一个容器类。

list，set，map都是容器中的接口，都需要具体的实现类，但需要指定类型，不可混用，如list的实现类有arraylist和linkedlist；set的实现类有hashset；map的实现类hashmap。

接口

• 它们定义了这些类型的工作方式，但不提供实现代码
• 优点：用户有权在不同情况下选择不同的实现

迭代器

迭代器是一个对象，遍历一组元素并逐个返回元素。

for(A：B)形式的遍历，调用的是被遍历对象所实现的迭代器。

一个迭代器有两个方法：next()：返回集合中下一个元素 ，hasnext()：判断迭代器是否到达集合末尾。

迭代器的例子

自己定义的一个迭代器

使用自己写的迭代器遍历数组，并删除以6开头的课程，结果出错

分析快照图可知，出错原因在于在删除第一个元素之后，index和迭代器同时+1，漏掉了中间的第二个元素。

如果使用java自带的迭代器删除会报错：

因此，推荐使用的方法是使用迭代器的删除 *** 作。

在迭代器遍历集合过程中，不可以使用集合的方法来增删元素，这里使用的subjects.remove()就是集合的方法，会破坏迭代器的结构从而抛出ConcurrentModificationException异常，应该使用迭代器的remove()方法来删除next()获取的元素，即iter.remove()

4.6有用的不可变数据类型

基本类型及其封装类型都不可变，日期类型Date是可变的

Java集合类型（列表、集合、映射）的常见实现（arraylist、hashmap）都是可变的，也必须可变，因为需要进行元素的增删改等功能，但是如果需要在两种方法之间传递整个集合，这可以使用防御式拷贝（缺点是造成空间的浪费），或者下面的方法：

不可修改的包装

Collections实用程序类具有获取这些可变集合的不可修改视图的方法

这种包装器的结果是不可变的，不能修改，否则会抛出异常，但是这种“不可变”是在进行阶段获得的，编译阶段无法进行静态检查。

不可修改的包装器通过截获所有将修改集合的 *** 作并抛出UnsupportedOperationException，剥夺了修改集合的能力

“2”的意思是指如果去掉那一句，则listCopy的大小会变为2。这是因为listCopy和list指向的是同一块内存空间。所以在使用不可变的包装时要防止用户绕过listcopy直接对list进行 *** 作，同时要保证不可变的对象一旦被创建就不可修改。