Chapter 11 – 추상 자료형

1. Chapter 11 – 추상 자료형 Outline 11.1 소개 11.2 Ada의 추상 자료형 11.3 C++의 추상 자료형 11.4 Java의 추상 자료형 11.5 수학적 추상화 명세

2. 11.1 소개 • 자료추상화, 자료캡슐화 • 자료를 연산과 함께 선언 • 정보 은닉 개념 도입(readability 증가) • 구현종류 : class, cluster, flavor, form, modula, package, structure... • 추상화 • 일부 속성만으로 작업/객체들을 필요한 정도만 묘사하는 방법 • 필수적인 속성만 표현(나머지는 숨기거나 삭제) • 유사성만 표현, 차이점 삭제 관련된 사항을 묶어 하나로 표현 • procedure - algorithm abstraction 연산추상화 제공(what, not how) • 목적 - 추상화는 기계에서 일이 수행되는 구체적이고 상세한 것을 모르고도 컴퓨터의 수행작업을 쉽게 이해하도록 해줌

3. 11.1 소개 • 자료형 • 객체들의 집합 + 객체에 작용하는 연산집합 • 연산집합 : 실체화, 구축, 소멸, 분리 연산 • 자료추상화(Data abstraction) • (자료형 표현 + 연산들) : 캡슐화 • 추상 자료형(Abstract data type)

4. 11.1 소개 • 캡슐화(Encapsulation) 은닉형, 캡슐형(encapsulated type) • 부적당한 사용을 배제하기 위한 보호막 • 창문(windows) 제공 캡슐화된 정보 사용 가능 • 구성 • 공용부(public part), 가시부(visible part) : 창문 활용 방출 • 전용부(private part) : 벽으로 보호 • 방출(export) • 창문 활용한공개 행위 • 도입(import) • 방출된 객체를 사용할 수 있도록 연결하는 행위 사용 예) Modula, Euclid(module), Ada(package), Simula(class, 최초), CLU(cluster), ALPHARD(form)

5. 11.1 소개 • 추상화 예) Queue 구조 structure queue = operations ADDQ, DELETEQ, ISEMPTYQ representation ... end rep procedure ADDQ(...) . . . end ADDQ procedure DELETEQ(...) . . . end DELETEQ procedure ISEMPTYQ(...) . . . end ISEMPTYQ procedure NEXT(...) . . . end NEXT begin initialization code end end queue • <queue 구조> • 구성 • 1) 연산 이름 • 2) 자료형 표현 • 3) 연산 구현 • 4) 초기화 • operations • - 방출된 연산 : ADDQ, • DELETEQ, ISEMPTYQ • - 방출되지 않은 연산 : NEXT • representation … end rep • - 큐의 표현 정의 • <queue 형 변수 선언> • var x: queue

6. 11.1 소개 • 완성된 queue의 정의 Procedure DELETEQ(q:queue) returns item :integer; if ISEMFTYQ(q) then QUEUEEMPTY else NEXT(front) item := q(front) endif end DELETEQ; procedure ISEMPTYQ(q：queue) returns flag : boolean; flag := front = rear end ISEMPTYQ; begin front := rear := 1 end; end queue structure queue = operations DDQ, DELETEQ, ISEMPTYQ; representation integer array q(0:99); integer front, rear; end rep procedure NEXT(I:integer); i := (i + 1) mod 100 end NEXT; procedure ADDQ(p:queue, item:integer)； NEXT(rear) if front = rear then QUEUFULL else q(rear) := item endif end ADDQ;

7. 11.1 소개 • 자료 추상화 제공 시 고려 사항 • 자료추상화 구문 형태는 ? • 영역 규칙과 생성된 객체의 생존기간은 ? • 초기화 또는 최종 마무리할 코드 세그먼트 허용 여부 • 추상 자료형을 선언하여 여러 개의 실체 생성 여부 • 추상 자료형 정의에 매개 변수화 사용 여부 • 생성된 실체들 사이에 자료 공유 사용 여부

8. 11.2 Ada의 추상 자료형 • Ada의 단위 프로그램 종류 • Subprogram (procedure, function) • package자료추상화 지원 • task • Package • 구성 • 명세부 ① 가시부 - 자료 방출 with : 다른 package의 방출 자료 도입 use : 도입된 이름의 한정자 생략 ② 전용부 - 자료 방출 불허용 • 몸체부 - 연산(부프로그램) 구현 • 참고 명세부, 몸체부의 변수 <= own 변수 개념 (가시부의 부프로그램 호출 시 변수의 이전 값이 남아 있음)

9. 11.2 Ada의 추상 자료형 < package BSTREES 몸체부> • 이진 트리 package 명세부, 몸체부 • <package BSTREES 명세 선언> packagebodyBSTREESis functionHAS(I：ITEM,P：BSTREEPTR) returnBOOLEAN is Q：BSTREEPTR； begin Q := P； loop ifQ=null thenreturnFALSE； elsifI < Q.DATA thenQ := Q.LEFTCHILD； elsifI > Q.DATA thenQ := Q.RIGHTCHILD； else returnTRUE； endif； end loop； end HAS； procedureINSERT(I：ITEM,in outP：BSTREEPTR)； --프로시저 INSERT의 기술 function CBSTREE(I : ITEM) returnBSTREEPTR; P : BSTREEPTR; P := newBSTREE(I, null, null) ; return P ; end CBSTREE; functionEQUAL(P,Q：BSTREEPTR) returnBOOLEAN； ifP = null andQ = null thenreturnTRUE； elsifP = null orQ = null thenreturnFALSE； elsifP.DATA= Q.DATA then ifEQUAL (P.LEFTCHILD,Q.LEFTCHILD) then return EQUAL (P.RIGHTCHILD,Q.RIGHTCHILD)； elsereturnFALSE； endif； else returnFALSE； end if； endBSTREES； packageBSTREESis typeBSTREEPTRisprivate； functionHAS(I：ITEM,P：BSTREEPTR) return BOOLEAN； procedure INSERT(I : ITEM,in outP：BSTREEPTR)； functionEQUAL(P,Q：BSTREEPTR)return BOOLEAN； functionCBSTREE(I : ITEM) returnBSTREEPTR; private typeBSTREEPTR； typeBSTREEis record DATA：ITEM； LEFTCHILD：BSTREESPTR； RIGHTCHILD：BSTREEPTR； endrecord； typeBSTREEPTRisaccessBSTREE； end；

10. 11.2 Ada의 추상 자료형 <BSTREES 패키지 호출> withBSTREES; declare useBSTREES； P,Q：BSTREEPTR； begin P := CBSTREE('A') ; INSERT('B',P)； INSERT('Z',P)； INSERT('H',P)； end；

11. 11.2 Ada의 추상 자료형 • 포괄 패키지 generic SIZE：INTEGER; type ELEM is private; package STACKS is type STACK is limited private; procedure PUSH(S：in out STACK; E：in ELEM); procedure POP(S：in out STACK; E：out ELEM); OVERFLOW, UNDERFLOW : exception; private type STACK is record SPACE：array(1 .. SIZE) of ELEM; INDEX：INTEGER range 0 .. SIZE := 0; end record; end; package body STACKS is procedure PUSH(S:inout STACK; E:in ELEM) is begin if S.INDEX = SIZE then raise OVERFLOW; endif; S.INDEX := S.INDEX + 1; S.SPACE(S.INDEX) := E; end PUSH; procedure POP(S:inout STACK; E:out ELEM) is begin if S.INDEX = 0 then raise UNDERFLOW; endif; E := S.SPACE(S.INDEX); S.INDEX：= S.INDEX - 1; end POP; end STACKS; • 포괄 패키지(STACK 구현) • - 스택 크기와 원소형 매개변수화 • 연산 • PUSH(), POP() • 예외조건 • OVERFLOW, UNDERFLOW • 실체화 (크기가 100인 정수형 스택 package 생성) • package INTSTACK is new • STACKS(SIZE =>100, ELEM=>INTEGER); • 생성된 package사용 • With INTSTACK • declare • use INTSTACK; • X, Y：STACK; • ... • begin • PUSH(X, 175); • PUSH(Y, 82); • POP(X, I); • POP(Y, J); • end;

12. 11.3 C++의 추상 자료형 • 객체 지향 프로그래밍 지원 • 추상 자료형 지원 : 클래스(class) 제공 • cf) C++의 클래스 : 자료형, Ada의 패키지, Modula-2의 모듈 : 자료형 X • 클래스 개념 • 멤버 함수 • 함수의 헤더(첫번째 줄)와 몸체부(함수가 하는 일을 정의한 문장들)로 구성 • 클래스내에서 인라인(inline)됨 • 생성자 (constructor) • 객체를 생성할 때 필요한 매개 변수의 제공과 초기화 기능 • 소멸자 (destructor) • 클래스 이름 앞에 ~ 기호를 붙여서 사용 • 클래스 실체 소멸시 묵시적으로 호출 • 할당된 힙 기억 장소 해제

13. 11.3 C++의 추상 자료형 #include <iostream.h> class stack { private : int*stack_ptr； /* 클래스 데이터 멤버(스택할당) */ int max_len； /* 클래스 데이터 멤버(스택할당) */ int top_ptr； /* 클래스 데이터 멤버(스택할당) */ public : stack( ) {stack_ptr = new int [100]； /* 힙 할당 */ max_len = 99； top_ptr = -1；} ~stack( ) {delete [ ] stack_ptr；}； void push (int number) { if (top_ptr == max_len) cout << "Error in push-stack is full\n"； else stack_ptr[++top_ptr] = number； } void pop( ) { if (top_ptr == -1) cout << "Error in pop-stack is empty\n"； else top_ptr--； } int top( ) {return (stack_ptr[top_ptr])；} int empty( ) {return (top_ptr == -1)；} }

14. 11.3 C++의 추상 자료형 #include <iostream.h> template <class Type> classstack { private: Type * stack_ptr; intmax_len; int top_ptr; public: stack() { stack_ptr = new Type[100]; max_len = 99; top_ptr = -1; } stack (intsize) { stack_ptr = newType[size]; max_len = size-1; top = -1; } ~stack() {delete stack_ptr;}; void push (Type number) { if(top_ptr == max_len) cout << “Error in push-stack is full\n”; else stack_ptr[++top_ptr]=number; } voidpop() { if(top_ptr == -1) cout << “Error in pop-stack is empty\n”; else top_ptr--; } Type top() {return (stack_ptr[top_ptr]);} int empty() {return (top_ptr == -1);} }

15. 11.4 Java의 추상 자료형 • Java의 추상 자료형 • C++의 추상 자료형과 매우 유사 • C++과의 차이점 • 모든 객체들은 힙에 할당 -> 참조형 변수를 통하여 접근 Cf) C++ : 스택에 할당(멤버 데이타) • 부프로그램 -> 클래스 내에서만 정의(메소드) • 패키지 • 클래스 상위 수준에 두 번째 캡슐화 구조인 패키지가 존재 • 한 개 이상의 클래스 정의를 가짐 • 패키지 내에서 각 클래스는 다른 클래스의 부분 프렌드

16. 11.4 Java의 추상 자료형 < 스택 클래스 예제 > import java.io.*; class Stack_class { private int [] stack_ref; private int max_len, top_index; public Stack_class() { // A Constructor stack_ref = new int [100]; max_len = 99; top_index = -1; } publicvoid push(int number) { if (top_index == max_len) System.out.println("Error in push stack is full"); else stack_ref [++top_index] = number; } public void pop() { if (top_index == -1) System.out.println("Error in pop-stack is empty"); else --top_index; } public int top() { return (stack_ref[top_index]); } public boolean empty() { return (top_index == -1); } }

17. 11.4 Java의 추상 자료형 < 스택 클래스 사용 예제 > publicclass Tst_Stack { public static void main(String[] args) { Stack_class myStack = new Stack_class(); myStack.push(42); myStack.push(17); System.out.println(" 17 is: " + myStack.top()); myStack.pop(); System.out.println(" 42 is: " + myStack.top()); myStack.pop(); myStack.pop(); // produces an error message } }

18. 11.5 수학적 추상화 명세 • 자료의 이상적인 추상화 기술 기법 • 현존 언어에는 미 제공 • 구현보다 설계에 유용 • 새로운 언어 개발에 고무적 • 자료형에 대한 일반적 형태의 정의 • 속성(attribute)을 갖는 여러 클래스들로 구성(서로 구별) • 한 클래스 : 정의하고자 하는 자료형의 객체 표현을 위한 속성들 • 다른 클래스들 : 이 자료형에 필요한 연산 구현을 위한 속성들 • 다른 객체 이용 가능 • 예) 스택 • 한 클래스 : 스택 자료형 표현(배열) • 다른 클래스 : 스택 연산 구현(push, pop 등) • 또 다른 클래스 - 스택 연산과 관련된 특성 기술(last in first out 등)

19. 11.5 수학적 추상화 명세 • 자료 추상화 특징 • 강 자료형(strongly typing) 지원 • 객체들에 적용되는 연산들의 타당성 검증 • 안전한 호출보장과 비밀보장(hiding) • 수학적 명세(algebraic specification) - Guttag • 자료형의 일반적 형태의 정의 지원 • 구문 명세 - 자료형 이름, 연산, 연산의 매개 변수형 열거 • 의미 명세 - 연산 특성기술(대수 방정식) : 자료 표현과 독립적 • 제한 명세 - 연산 적용 전후의 조건들 간결성 (판독성 증가, 언어 사용 용이) • 수학적 명세 사용 언어 구성 (5개의 기본 요소) • 함수적 구성(function composition) • 동등 관계 • 논리 상수(true, false) • 무한개의 자유 변수 ∴새로운 자료형 정의(기본 요소 이용) 언어 확장

20. 11.5 수학적 추상화 명세 < 자료형 스택의 수학적 추상화 명세> <함수 ifthenelse() 정의> structure stack; (구문명세 ) newstack( ) → stack push(stack, item) → stack pop(stack) → stack top(stack) → item isnew(stack) → boolean declare stk：stack, i：item; (의미명세) pop(push(stk, i) = stk top(push(stk, i) = i isnew(newstack( )) = true isnew(push(stk, i) = false restrictions (제한명세) pop(newstack( )) = error top(newstack( )) = error ifthenelse(p, q, r) 의 의미 ifthenelse(true, q, r) = q ifthenelse(false, q, r) = r if p then q else r Infix 형태

21. 11.5 수학적 추상화 명세 < 자료형 queue의 수학적 추상화 명세> structure queue； newq( ) → queue addq(queue, item) → queue deleteq(queue) → queue frontq(queue) → item isnewq(queue) → boolean declare q, r：queue, i：item； isnewq(newq) = true isnewq(add(q, i)) = false deleteq(newq) = newq deleteq(addq(q, i)) = if isnewq(q) then newq else addq(deleteq(q) , i) frontq(addq(q, i) = if isnewq(q) then i else fromtq(q) restrictions frontq(newq) = error

22. 슬라이드 쇼가 끝났습니다.

23. 용 어 정리

24. 추상 자료형 (abstract data type)

25. 은닉형 (encapsulated type)

26. 전용부 (private part)

27. 가시부(visible part)