Абстрактное состояние, конкретное состояние

Из дискуссии о ссылочной прозрачности, казалось бы, следует желательность запрета конкретного побочного эффекта у функций. Такое правило имело то преимущество, что его можно было бы встроить непосредственно в язык, так как компилятор может легко обнаруживать наличие конкретного побочного эффекта у функций.

К сожалению, это неприемлемое ограничение. Принцип Разделения Команд и Запросов запрещает только абстрактные побочные эффекты, к объяснению которых мы и переходим. Дело в том, что некоторые конкретные побочные эффекты не только безвредны, но и полезны. Есть два таких вида.

Первая категория включает функции, модифицирующие состояние по ходу выполнения. Они изменяют видимые компоненты, но, заканчивая свою работу, все приводят в порядок, восстанавливая исходное состояние. Рассмотрим в качестве примера класс, описывающий целочисленный список с курсором и функцию, вычисляющую максимальный элемент списка:

Для прохода по списку алгоритму необходимо перемещать курсор поочередно ко всем элементам, так что функция, вызывающая такие процедуры, как start, forth и go, полна побочными эффектами, но, начиная свою работу с курсором в позицииoriginal_index, она и заканчивает свою работу в этой же позиции, благодаря вызову процедуры go. Но ни один компилятор в мире не может обнаруживать, что подобные побочные эффекты только кажущиеся, а не реальные.

Побочные эффекты второго приемлемого типа могут реально изменять состояние объектов, воздействуя на невидимые клиентам свойства. Для более глубокого понимания концепции полезно вернуться к обсуждению понятий абстрактной функции и инвариантов реализации, рассматриваемых в лекции 11 курса "Основы объектно-ориентированного программирования", в частности стоит взглянуть на рисунки, соответствующие этим понятиям.

Мы видели, что программный (конкретный) объект является реализацией абстрактного объекта и что два конкретных объекта могут быть реализациями одного и того же абстрактного объекта. Например, два различных представления стека могут задавать один и тот же стек. Конкретные стеки могут использовать массивы с маркером вершины count и одинаковыми элементами нижеcount. Но они могут быть массивами разной размерности и иметь разные элементы, расположенные за count. С точки зрения математика каждый конкретный объект принадлежит области определения абстрактной функции a, и мы можем иметь хотя a(c1) = a(c2).

Для нас это означает, что функция, модифицирующая конкретный объект, безвредна, если соответствующий абстрактный объект при этом не изменился. Предположим, например, что функция над стеками содержит операцию:

(с гарантией, что емкость массива, по меньшей мере, равна count + 1 ). Тогда побочный эффект затронет область выше той, что отведена стеку, и в этом нет ничего плохого.

Конкретный побочный эффект, изменяющий конкретное состояние объекта c, является абстрактным побочным эффектом, если он также изменяет абстрактное состояние, другими словами, изменяет значение a(c) (другое определение, непосредственно используемое, появится чуть позже). Если побочный эффект не затрагивает абстрактного состояния - он безвреден.

ОО-подход хорош тем, что допускает "умные" реализации, допускающие изменения состояния "за сценой". Ниже мы увидим разумный и полезный пример применения этой техники.

Так как не для каждого класса определение основывается на полностью специфицированном АТД, то необходимо рабочее определение абстрактного побочного эффекта. Сделать это нетрудно. На практике АТД определяется интерфейсом, предлагаемым классом своим клиентам (отраженным, например, в краткой форме класса). Побочный эффект будет действовать на абстрактный объект, если он изменяет результат какого-либо из запросов, доступных клиентам. Вот определение:

Это и есть то понятие, которое используется в Принципе Разделения - принципе, запрещающем абстрактные побочные эффекты в функциях.

Определение ссылается на "несекретные", а не на экспортируемые запросы. Причина в том, что между статусами "секретный" (закрытый) и "экспортируемый" допускается статус выборочно экспортируемых запросов. Как только запрос "несекретный" - экспортируемый какому-либо из клиентов за исключением NONE, - мы полагаем, что изменение его результата является абстрактным побочным эффектом.