第三部分 面向对象模型 GOM Generic Object Model 类型系统与对象系统 GOM 的结构定义 元组结构 聚集结构 对象的标识 子对象的共享 对象的持久性 Sort 类型上的复合结构 第七章 对象类型的结构

7.1 类型系统与对象系统 类型系统（ sort type ）的发展 – 类型： – 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

几种简单 sort 类型

类型的使用、特点、局限 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 数据库的应用是最突出的不协调

面向对象类型 对象系统强调的是对象状态的变化 对象的生命周期种的某一瞬间是一个状 态（对象属性的某个值集） 但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 为了能识别不同状态下的对象，必须进 行标识。 —— 唯一性约束 对象状态的转化时内部变化，因此必须 进行封装 —— 完整性约束 对象 O 由（ id#, Type, Rep) 三元组表示

7.2 GOM 对象类型框架定义 对象类型名唯一，超类 型名可选。 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

7.3 元组结构的对象类型 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) – 表结构 (list_structure)

元组结构定义 Type i 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

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 擦作（ 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

示例 ( 一 ) 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)

示例（二） 立方体对象模型的正文： * 定义 “ 点 ” 的对象类型 * 定义原材料的对象类型 * 定义立方体的对象类型

7.4 GOM 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 * Var myCuboid :Cuboid ； / 说明对象变量 – 第二步 * 执行赋值语句 : （ 1 ） myCuboid:=Cuboid$create; 或（ 2 ） myCuboid.create;

赋值语句的作用 （ 1 ）产生了一个初始化的空壳实例； （ 2 ）对该空壳实例赋予了一个对象标记 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

示例 y x V4 V8 V1 V3 V6 V7 V2 V5 图 7.2 The Topological Representation Of a Cuboid myCuboid 图 7.3 The “Skeleton” of a New Cuboid Instance mat ： NULL value ： 0.0 v1 ： NULL v2 ： NULL v3 ： NULL v4 ： NULL v5 ： NULL v6 ： NULL v7 ： NULL v8 ： NULL id1Cuboid

7.5 对象标识 表示对象的三种方法： – 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 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 ：对大商场中，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。

地址标识 — 用对象所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。

逻辑对象标识符 OID Logical Object Identity 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。 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

7.6 共享的队象 Share Subject 标准的 RDBMS ：由于 INF 约束，不支持队象的 引用 扩展的 INF 2 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

共享子对象示例

共享子对象的副作用－修改可见 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

7.7 引用和重引用 Referencing and Dereferencing 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。 重引用（ Dereferencing ）语义：引用语义沿着引用链 的传递。 重引用语义是通过 “” 操作符的重载，构造的引用链 实现的 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引用链，导航式地对逐个对 象实例的查询。

Var someMaterial:Material; w:float; muCuboid:Cuboid; … (1)someMaterial.create; (2)someMaterial.name:= “ Carbo n ” ; (3)someMaterial.specWeight:=0. 75; (4)myCuboid.mat:=someMateria l; (5)w:=myCuboid.mat.specWeigh t; mat:id 88 value:39.99 v1:id 11 … name: ” Carbon ” specWeight:0.75 … Materialid 88 id 1 Cuboid myCuboid someMaterial

7.8 聚合类型 collection GOM 模型提供 body 的二种内嵌的聚集类 型的类型构造子： — 集合结构 — 表结构

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 is public … body {Element type} … end 集合元素类型 ElementType 可以是 sort 类型，也可以 是对象类型

type SetTypeName is Public … body {ElementType} … end type SetTypeName; type TelephoneNumbers is {int}; type TelephoneNumbers is Public … body {int} operations … implementation … end type TelephoneNumbers; 声明一个变量 var guidosTelephoneNumbers: TelephoneNumbers; … (1) guidosTelephoneNumbers.create; (2) guidosTelephoneNumbers.insert( ); (3) guidosTelephoneNumbers.insert( );

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； 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

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 Cuboid is with extention is … end type Cuboid 则系统自动产生一个 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。 不允许任何显式地修改、删除、插入等操作 利用扩展概念建立对象实例库

type CuboidSet is {Cuboid}; var workPieceCuboids:CuboidSet; valuableCuboids:CuboidSet; … workPieceCuboids.insert(myCuboid); … valuableCuboids.insert( … ); type CuboidSet with extension is … end type Cuboid;

表结构对象类型 表结构对象类型的特点 — 列表中的元素是有序的 — 类标的数学概念是 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 is public … body …

CuboidSetid 59 workPiece Cuboids {id 1,id 2,id 3 } {id 3 } name: ” Iron ” specWeight:0.89 name: ” Gold ” specWeight:1.32 valuable Cuboids id 60 CuboidSet id 77 id 99 Cuboid Material Vertex id 1 mat: id 77 value:39.99 v1:id 11 v2:id 12 v3:id 13 v4:id 14 v5:id 15 v6:id 16 v7:id 17 v8:id 18 id 11 x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 id 1 mat: id 99 value:89.90 v1:id 31 v2:id 32 v3:id 33 v4:id 34 v5:id 35 v6:id 36 v7:id 37 v8:id 38 id 2 mat: id 77 value:19.95 v1:id 21 v2:id 22 v3:id 23 v4:id 24 v5:id 25 v6:id 26 v7:id 27 v8:id 28 id 18 x: 0.0 y: 1.0 z: 1.0 id 21 x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 id 28 x: 0.0 y: 2.0 z: 2.0 id 31 x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 id 38 x: 0.0 y: 3.0 z: 3.0

mat: id 77 value: vertices: id 899 Cuboid2id 299 id 899 VertexList type VertexList is Public … body operations … implementation … end type VertexList; type Cuboid2 is Public … body[mat: Material; value: float; vertices:VertexList;] operations … implementation … end type Cuboid2;

7.9 类型安全 非类型安全数据类型：数据库的组件 （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

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 为强类型的 优点 1. 类型安全 2. 高效，在运行时无需作类型检查。 3. 支持结构化设计 4. 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。 5. 强类型语言编译时检查表达式中类型的兼容 性。

type City is Public … body[name: string; mayor: Person; inhabitants: PersonSet;] operations … implementation … end type City; type Person is Public … 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,dinald;Perso n; …

name: “ Los Angeles ” mayor: id 188 inhabitants: id 115 id 571 City cityOfLA {id 193,id 188,id 372 } id 115 PersonSet name: “ Mickey Mouse ” age: 60 spouse: id 372 livesIn: id 571 Personid 188 name: “ Mini Mouse ” age: 50 spouse: id 188 livesIn: id 571 Personid 372 name: “ Donald Duck ” age: 45 spouse: NULL livesIn: id 571 Personid 193 donaldmickey

var totalAge,ageOfSomeBod y:int; anyBody:Person; name:string; … (1) ageOfSomeBody:=cityOf LA.mayor.spouse.age; (2) foreach(anyBody in cityOfLA.inhabitants) totalAge:=totalAge+any Body.age; foreach(anyBody in cityOfLA.inhabitants) totalAge:=totalAge+anyBody.age; ageOfSomeBody:=cityOfLA. mayor. spouse. age; intCity Person int PersonCity PersonSet int Person

7.10 持久性 Persistence 持久性：当程序的执行终止后，其创建的构件和数据 仍然存在。 需进行持久化构件 — 持久化对象类型 — 持久化对象实例 — 持久化变量 处理持久化数据采用的方式 — 嵌入式 SQL 语言 — 持久化程序设计语言 嵌入式 SQL 语言：持久性数据的存取操作，必须由设 计者显式地用 SQL 提供的语句进行 DB 读写。

持久化程序设计语言 — 查询语言与宿主语言完全无缝联接 优点 — 对象在 DB 中的创建、存储无需任何格式联接。 — 用户对持久化数据的操纵与一般数据一样，无需 进行显式的读 / 写。 缺点 — 由于宿主语言过强，对 DB 数据的一致性维护更加 困难。 — 由于语言的复杂性，数据查询的优化处理变得更 困难。 — 与 SQL 的无缝联接目前作的并不理想。

GOM 持久性构件 — 类型的持久化 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。

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： 1. 按类型持久：一个持久化类型的实例可以自 动确认为持久的。 缺点：使用极不方便，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。 2. 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。

对象的持久性（续） 3. 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。 4. 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。

GOM 的对象持久化方法 GOM 采用 2 ， 3 两种方法： –GOM 提供一个持久化操作子（ persistence ） 例如： aVertex.persistence aVertex 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 不支持第 4 种方法，带来的危险行 为 – 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

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

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 2 ， 3 种方法

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

7.11 垃圾回收（ Garbage Collection ） 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。

删除的复杂性由以下原因引起 （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

o o2o2 o1o1

7.12 sort 类型的复合定义 Sort 类型的基本类型是简单类型 Sort 类型可以组合定义构成抽象类型 ADT Sort 类型的体有三种类型： – 元组类型 [ ] – 集合类型 { } – 表类型 〈 〉

Sort 类型的特点 Sort 类型的成员可以是对象类型 Sort 类型的实例化是一个值，因此，它是复制语义 例： sort data is [ day : int; month : int; year : int ]. Var d1: data ; ---- 系统分配给 d1 一个 data 类型的空间 d1.day=1; d1.month=1,d1.year=2002; 当 d2=d1 时， d2 也获得一个值 当 d1.day=d1.day+1 时， d2 不变 Sort 类型不允许递归定义

sort data is [day: int; month: int; year: int;]; var d1: date; d1.day := 1; d1.month := 1; d1.year := 1980; d2 := d1 d1.day := d1.day +1; type Car is [creationDate:data; chassis:Chassis;]; sort s is [a: u;]; sort t is [b: s;]; sort u is [c: t;]; sort s is [a: u;]; type T is [b: s;]; sort u is [c: T;]; sort childSet is {Person}; type Person is [age:int;spouse:Person;childr en:childSet;];