Introducción a los tipos de datos abstractos (TAD)

SINTAXIS Y SEMÁNTICA DEL LENGUAJE

Prof. Lic. Ma. Gabriela Cerra

Definición de abstracción

Abstracción: idea general que se concentrasobre las cualidades o aspectos esenciales dealgún objeto del mundo real e ignora laspropiedades accidentales.

La abstracción es la capacidad de encapsular yaislar la información del diseño, de laimplementación y de la ejecución.

Tipos de Abstracción

Procedural

De datos

Abstracción Procedural

Un programa es un modelo o abstracción de larealidad y los lenguajes de programación sonlas herramientas a través de las cuales seimplementan esos modelos abstractos.

Abstracción Procedural

A través del diseño descendente separticiona un programa en subprogramas omódulos.

Esa descomposición divide el problema Pteniendo en cuenta qué es lo que hace cadamódulo (qué tarea lleva a cabo),independientemente de cómo.

Abstracción de datos

En una abstracción de datos se piensa enqué se puede hacer con una colección dedatos independientemente de cómo se llevaa cabo.

Evolución hacia el concepto de TAD

Lenguaje de máquina datos son cadenas de

bits + op. de desplazamiento (pto.flot)

Fortran, Cobol y Algol 60 definen tipos de datos standard: entero – real- bool – carácter

Algol 68 define constructores de tipos o tipos definidos por el usuario: alumno, curso

Comparación entre tipos

Semejanzas entre tipos estándar y def. por usuario:

Ambos tienen estructura interna

Entero: es una cadena de bits

Alumno: es un registro

Curso: vector

Ambos tienen operaciones asociadas

Entero: +, -, *, /

Alumno: asignar valor a cada campo- imprimir campos

Comparación entre tipos

Diferencias:

Los tipos estándar ocultan su representacióninterna al programador (no se puedemanipular)

Los tipos definidos por el usuario exigen elegirla representación interna al programador ypermiten manipularla para asignar valor ymodificarlo.

Comparación entre tipos

Diferencias:

Un tipo de dato estándar NO permite modificarsu representación interna al programador

En un tipo definido por el usuario elprogramador puede cambiar la estructurainterna del mismo, lo que obliga a modificartambién las operaciones

Combinando características nacen los TAD’s

Si definimos nuevos tipos de datos peroocultando tanto su representación internacomo la implementación de sus operacionesmediante un mecanismo de encapsulamiento,obtenemos un

TIPO ABSTRACTO DE DATOS.

TAD’s

De esta forma el usuario solo conoce

para qué sirve el nuevo TAD,

qué operaciones puede aplicarle y

qué valores puede almacenar

pero no conoce cómo lo hace: no tiene acceso al almacenamiento ni a la implementación de las operaciones

Definición

Un TAD es una colección de datos acompañada de un conjunto de operaciones para manipularlos, de forma tal que queden ocultas la representación interna del nuevo tipo y la implementación de las operaciones, para todas las unidades de programa que lo utilice.

TAD’s

Un TAD se compone de:

Una interfaz de usuario, pública

Especifica para qué sirve el TAD

Especifica qué hace cada operación

Una implementación, privada

Detalla la estructura de datos que soporta el almacenamiento de datos

Codifica la implementación de cada operación

Características de los TAD’s

Ocultamiento de la información

El usuario desconoce la estructura interna elegida por el diseñador ni cómo se implementan las operaciones

El acceso a los datos almacenados solo se puede hacer mediante las operaciones

Características de los TAD’s

Encapsulamiento

Tanto la representación interna como la implementación de las operaciones se ubican en un lugar particular

Generalización

El programador puede definir un TAD cuyos elementos a almacenar sean de tipos genéricos

Características de los TAD’s

Ventajas:

Mejor modelización del problema

Clasifica los objetos basados en su estructura y su comportamiento

Separa especificación de implementación

Reduce los efectos laterales

Permite llevar mejor control de los cambios

Facilita la extensibilidad del código y el mantenimiento

Diseño de TAD’s

Pasos en la creación de un nuevo TAD

1°- Especificación (sintáctica y semántica)

2°- Diseño de la Representación Interna

3°- Implementación de las Operaciones

Especificación sintáctica

Se elige el nombre del TAD

Se definen las operaciones que actúan sobre lasinstancias del TAD: Se indican los nombres, tipos y parámetros de dichas

operaciones.

Especificación sintáctica

Tipos de operaciones

Creación (vacía o inicializada- reserva espacio)

Asignación de valor

Modificación de valor

Consulta de valor

Destrucción (libera memoria, no siempre se define)

Especificación semántica

Se explica cuál es la utilidad del TAD en la vidareal

Se detalla mediante un comentario para qué sirvecada operación del mismo (qué efecto tiene, quédatos recibe y qué datos retorna)

Representación Interna

Elegir la estructura interna de la entidad en base a las estructuras o tipos de datos disponibles en el lenguaje de programación de alto nivel elegido

Implementación

Desarrollar los algoritmos correspondientes a las operaciones, en el código del lenguaje elegido y de acuerdo a la representación interna definida en el paso previo

Ejemplo:Especificación TAD Producto

TAD Producto: sirve para almacenar el código, nombre, marca, precio y stock de un producto particular

Operaciones:

Cargar datos del producto

Modificar datos del producto

Consultar datos del producto

Copiar datos de un producto en otro

Especificación

Procedure Cargar (var P: producto; nom: string[20]; mar:string[20]; codi: integer; pre:real; st:integer);

{retorna un producto P con todos sus datos cargados}

Procedure ModNom(var P: producto; nom: string[20]);

{retorna un producto P con su nombre modificado}

Procedure ModCod(var P: producto; codi: integer);

{retorna un producto P con su código modificado}

Especificación

Procedure ModPre(var P: producto; pre: real);

{retorna un producto P con su precio modificado}

Procedure ModMar(var P: producto; mar: string[20]);{retorna un producto P con su marca modificada}

Procedure ModStock(var P: producto; st: integer);

{retorna un producto P con su stock modificado}

Procedure copiar(var P1: producto; P2: producto);

{copia en P1 todos los datos de P2 }

Especificación

Function VerNom(P: producto): string[20];

{retorna el nombre de P}

Funtion verCod(P: producto): integer;

{retorna el código de P}

Funtion verPre(P: producto):real;

{retorna el precio de P}

Especificación

Function VerMar(P: producto): string[20];

{retorna la marca de P}

Funtion verStock(P: producto): integer;

{retorna el stock de P}

Uso del TAD - APLICACIÓN

Ejercicio: Sin terminar el diseño, es decir, SIN SABER CUÁL SERÁ LA IMPLEMENTACIÓN NI LA EST. INTERNA, vamos a desarrollar una aplicación que cree dos productos y determine de cuál hay más stock

Representación interna

Volviendo al diseño:

Qué estructura de datos nos es más conveniente para almacenar un producto en Pascal??

Se define en type

Representación interna

type

cad: string[20];

prod=record

nom: cad;

marca: cad;

prec: real;

stock: integer;

cod: integer

end;

Implementación

Se codifica en Pascal cada operación especificada, respetando la estructura de datos elegida

En Pascal un TAD se implementa con una UNIT

UNIT Pascal

Unit nombre;

Interface

{parte pública lleva estructura interna +

especificación de las operaciones}

Implementation

{parte privada implementación de cada op}

Initialization {opcional}

Begin

….

end.

TAD Compuesto

Se construye un nuevo Tad en base a otro pre existente. Se pueden tener TAD’s dobles, triples, etc.

Ejercicio: vamos a diseñar el Tad Supercomo colección de productos. (taddoble)

TAD Super- Especificación

Procedure CrearSup( var S: super);

{crea un supermercado S vacío}

Procedure Agregar(var S:super; P: producto);

{agrega el producto P al super S ordenado por codigo}

Procedure Eliminar(var S:super; cod:integer);

{elimina el producto de código cod del super S }

TAD Super- Especificación

Procedure Recuperar( S: super; I:integer; var P:producto);

{retorna en P el producto iésimo de S}

Function Cant( S:super): integer, {retorna la cantidad de

productos del super S}

Function Existe( S:super; cod:integer): boolean;

{retorna true si el producto de código cod existe en S, falso en

c.c. }

Uso del TAD - APLICACIÓN

Ejercicio: vamos a desarrollar una aplicación que cargue el supermercado con productos y luego imprima un listado de los códigos de aquellos productos con stock nulo.

TAD triple

TAD fecha- Tad producto con fecha de vencimiento – Tad Super

Ejercicio: vamos a desarrollar una aplicación que cargue el supermercado con productos y luego imprima un listado de los códigos de aquellos productos vencidos

ADA

Todo programa en ADA tiene 4 partes:

- Especificación de contexto (uso de librerías ej.

with ada_io);

- Especificación del programa (encabezado)

- Parte declarativa

- Cuerpo

Ejemplo

1)

with ada_io;

use ada_io;

procedure Doble is

x, y: integer;

Begin

get(x);

y:=x+2;

put(y);

End Doble;

2)

use ada_io;

Function pepe (n:integer) return integer is

z: integer;

Begin

z:= 2 + n

return z

End pepe;

Parámetros en ADA

- Por defecto siempre in copia

- Pueden ser out resultado

- Pueden ser in out valor resultado si es un

tipo primitivo o referencia si no lo es

TAD’s en ADA

Encapsula mediante paquetes.

Los paquetes se definen en archivos fuentes separados de la aplicación que los usa.

El paquete tiene dos partes:

Especificación – pública nombre+protocolo+

estruc. interna privada.

Cuerpo o body- privada contiene la

implementación de las operaciones

TAD’s en ADA

La parte visible o pública del TAD es leída por el compilador cuando se compila la aplicación que lo usa

La parte privada NO.

Para usar un TAD debo incluirlo en la aplicación con with (calificado) o use.

Ejemplo

package Tpersona is

type cadena is string(1..30);

type persona is private;

function vernom(p:persona) return cadena;

function veredad(p:persona) return integer;

procedure modedad(p: in out persona; nue:integer);

procedure modnom(p: in out persona; otro: cadena);

private

type persona is record Esto se compila y genera un

nom: cadena; archivo Tpersona.ads

edad: integer;

endrecord;

End Tpersona;

package body Tpersona is

function vernom (p:persona) return cadena is

begin

return p.nom;

end;

function veredad(p:persona) return integer is

begin

return p.edad;

end;

procedure modedad(p: in out persona; nue: integer) is

begin

p.edad:= nue

end;

……

end Tpersona; Se compila y genera un arch Tpersona.adb

Ejemplo

use Tpersona;

Procedure Main is

p1, p2:persona;

e: integer;

begin

----

----

e:=veredad(p1);

put( e);

end;

Características particulares:

En la parte pública de la especificación se pueden declarar tipos públicos, privados y limitados privados

A los datos privados solo los accedo por operaciones del TAD pero admiten asignación directa, comparación y desigualdad

Si el dato es limitado-privado solo se accede por operaciones del TAD.

TAD’s genéricos

Permite definir un parámetro o elemento genérico que se instancia en ejecución con un tipo de dato específico

Pueden ser uno o varios parámetros genéricos

Generic

type elemento is private;

package Tpila is

type pila is private;

function vacia(p:pila) return boolean;

procedure crear(p:in out pila);

procedure apilar(p: in out pila; e:elemento);

procedure desapilar(p: in out pila; e: in out elemento);

Private

type pila is record

datos: array[1..30] of elemento;

tope: integer;

endrecord;

end Tpila;

Package body Tpila is

function vacia(p:pila) return boolean is

begin

if p.tope=0 then return true

else return false

end;

…….

end Tpila;

declare

package PilaEnt is new Tpila(integer);

package PilaReal is new Tpila(float);

…..

use PilaEnt;

Procedure Main is

p1: pila;

……….