Een Abstract gegevenstype (ADT) is een conceptueel model dat een reeks bewerkingen en gedragingen voor een datastructuur definieert zonder te specificeren hoe deze operaties worden uitgevoerd of hoe gegevens in het geheugen zijn georganiseerd. De definitie van ADT vermeldt alleen wat operaties moeten worden uitgevoerd maar niet Hoe deze operaties zullen worden uitgevoerd. Er wordt niet gespecificeerd hoe gegevens in het geheugen zullen worden georganiseerd en welke algoritmen zullen worden gebruikt voor het implementeren van de bewerkingen. Het wordt 'abstract' genoemd omdat het een implementatie-onafhankelijke weergave biedt.

Het proces waarbij alleen de essentiële zaken worden verstrekt en de details worden verborgen, staat bekend als abstractie.

Kenmerken van ADT

Abstracte gegevenstypen (ADT's) zijn een manier om gegevens en bewerkingen op die gegevens in één enkele eenheid in te kapselen. Enkele van de belangrijkste kenmerken van ADT's zijn:

• Abstractie: De gebruiker hoeft de implementatie van de datastructuur niet te kennen. Er worden alleen essentiële zaken verstrekt.
• Betere conceptualisering: ADT geeft ons een betere conceptualisering van de echte wereld.
• Robuust: Het programma is robuust en heeft het vermogen om fouten op te sporen.
• Inkapseling : ADT's verbergen de interne details van de gegevens en bieden een openbare interface waarmee gebruikers met de gegevens kunnen communiceren. Dit maakt eenvoudiger onderhoud en wijziging van de datastructuur mogelijk.
• Gegevensabstractie : ADT's bieden een abstractieniveau van de implementatiedetails van de gegevens. Gebruikers hoeven alleen te weten welke bewerkingen op de gegevens kunnen worden uitgevoerd, niet hoe deze bewerkingen worden geïmplementeerd.
• Onafhankelijkheid van de gegevensstructuur : ADT's kunnen worden geïmplementeerd met behulp van verschillende datastructuren, zoals arrays of gekoppelde lijsten, zonder de functionaliteit van de ADT te beïnvloeden.
• Informatie verbergen: ADT's kunnen de integriteit van de gegevens beschermen door alleen toegang toe te staan ​​aan geautoriseerde gebruikers en bewerkingen. Dit helpt fouten en misbruik van de gegevens te voorkomen.
• Modulariteit : ADT's kunnen worden gecombineerd met andere ADT's om grotere, complexere datastructuren te vormen. Dit zorgt voor meer flexibiliteit en modulariteit bij het programmeren.

Over het algemeen bieden ADT's een krachtig hulpmiddel voor het op een gestructureerde en efficiënte manier organiseren en manipuleren van gegevens.

Deze afbeelding laat zien hoe een Abstract Data Type (ADT) interne datastructuren (zoals gekoppelde arrays) verbergt met behulp van publieke en private functies, waardoor alleen een gedefinieerde interface met het applicatieprogramma zichtbaar wordt.

Waarom ADT's gebruiken?

De belangrijkste redenen om ADT's in Java te gebruiken worden hieronder opgesomd:

• Inkapseling: Verbergt complexe implementatiedetails achter een schone interface.
• Herbruikbaarheid : Maakt verschillende interne implementaties mogelijk (bijvoorbeeld array of gekoppelde lijst) zonder het externe gebruik te wijzigen.
• Modulariteit: Vereenvoudigt onderhoud en updates door logica te scheiden.
• Beveiliging: Beschermt gegevens door directe toegang te voorkomen, waardoor bugs en onbedoelde wijzigingen worden geminimaliseerd.

Voorbeeld van abstractie

We gebruiken bijvoorbeeld primitieve waarden zoals int float en char, met dien verstande dat deze gegevenstypen kunnen werken en uitgevoerd kunnen worden zonder enige kennis van hun implementatiedetails. ADT's werken op dezelfde manier door te definiëren welke operaties mogelijk zijn zonder de implementatie ervan in detail te beschrijven.

Verschil tussen ADT's en UDT's

De onderstaande tabel laat het verschil zien tussen ADT's en UDT's.

Voorbeelden van ADT's

Laten we nu drie veelvoorkomende ADT's begrijpen: Lijst ADT Stapel ADT en Wachtrij ADT.

1. Maak een lijst van ADT

De Lijst ADT (Abstract Data Type) is een opeenvolgende verzameling elementen die een reeks bewerkingen ondersteunt zonder de interne implementatie te specificeren . Het biedt een geordende manier om toegang op te slaan en gegevens te wijzigen.

Operaties:

De Lijst-ADT moet de vereiste gegevens in de juiste volgorde opslaan en moet de volgende bewerkingen hebben :

• krijgen(): Retourneert een element uit de lijst op een bepaalde positie.
• invoegen(): Voeg een element in op een willekeurige positie in de lijst.
• verwijderen(): Verwijder de eerste keer dat een element voorkomt uit een niet-lege lijst.
• verwijderAt(): Verwijder het element op een opgegeven locatie uit een niet-lege lijst.
• vervangen(): Vervang een element op elke positie door een ander element.
• maat(): Retourneert het aantal elementen in de lijst.
• isLeeg(): Retourneert waar als de lijst leeg is; anders retourneert false.
• isVol(): Retourneert waar als de lijst vol is en retourneert onwaar. Alleen van toepassing in implementaties met een vaste grootte (bijvoorbeeld op arrays gebaseerde lijsten).

2. Stapel ADT

De Stack ADT is een lineaire datastructuur die het LIFO-principe (Last In First Out) volgt. Hiermee kunnen elementen alleen aan één kant worden toegevoegd en verwijderd, de bovenkant van de stapel.

Operaties:

In Stack ADT moet de volgorde van invoegen en verwijderen volgens het FILO- of LIFO-principe zijn. Elementen worden ingevoegd en verwijderd vanaf hetzelfde uiteinde, de bovenkant van de stapel. Het moet ook de volgende operaties ondersteunen:

• duw(): Voeg een element in aan het ene uiteinde van de stapel, de bovenkant genoemd.
• knal(): Verwijder het element en plaats het terug bovenaan de stapel als het niet leeg is.
• kijkje(): Plaats het element bovenaan de stapel terug zonder het te verwijderen als de stapel niet leeg is.
• maat(): Retourneer het aantal elementen in de stapel.
• isLeeg(): Retourneert true als de stapel leeg is; anders retourneert false.
• isVol(): Retourneert true als de stapel vol is; anders retourneert false. Alleen relevant voor stapels met een vaste capaciteit (bijvoorbeeld op array-basis).

3. Wachtrij ADT

De Queue ADT is een lineaire datastructuur die het FIFO-principe (First In First Out) volgt. Hiermee kunnen elementen aan het ene uiteinde (achterkant) worden ingebracht en aan het andere uiteinde (voorkant) worden verwijderd.

Operaties:

De wachtrij-ADT volgt een ontwerp dat lijkt op de stapel-ADT, maar de volgorde van invoegen en verwijderen verandert in FIFO. Elementen worden aan het ene uiteinde ingevoegd (de achterkant genoemd) en verwijderd van het andere uiteinde (de voorkant genoemd). Het zou de volgende operaties moeten ondersteunen:

• in de wachtrij plaatsen(): Voeg een element in aan het einde van de wachtrij.
• overeenkomstig(): Verwijder het eerste element van de wachtrij en retourneer het als de wachtrij niet leeg is.
• kijkje(): Retourneer het element van de wachtrij zonder het te verwijderen als de wachtrij niet leeg is.
• maat(): Retourneert het aantal elementen in de wachtrij.
• isLeeg(): Retourneert waar als de wachtrij leeg is; anders retourneert false.

Voor- en nadelen van ADT

Abstracte gegevenstypen (ADT's) hebben verschillende voor- en nadelen waarmee rekening moet worden gehouden bij de beslissing om ze te gebruiken bij de ontwikkeling van software. Hier zijn enkele van de belangrijkste voor- en nadelen van het gebruik van ADT's:

Voordeel:

De voordelen staan ​​hieronder opgesomd:

• Inkapseling : ADT's bieden een manier om gegevens en bewerkingen in één enkele eenheid in te kapselen, waardoor het eenvoudiger wordt om de gegevensstructuur te beheren en aan te passen.
• Abstractie : Met ADT's kunnen gebruikers met datastructuren werken zonder de implementatiedetails te hoeven kennen, wat het programmeren kan vereenvoudigen en fouten kan verminderen.
• Onafhankelijkheid van de gegevensstructuur : ADT's kunnen worden geïmplementeerd met behulp van verschillende datastructuren, waardoor het gemakkelijker kan worden aangepast aan veranderende behoeften en vereisten.
• Informatie verbergen : ADT's kunnen de integriteit van gegevens beschermen door de toegang te controleren en ongeoorloofde wijzigingen te voorkomen.
• Modulariteit : ADT's kunnen worden gecombineerd met andere ADT's om complexere datastructuren te vormen die de flexibiliteit en modulariteit bij het programmeren kunnen vergroten.

Nadelen:

De nadelen staan ​​hieronder opgesomd:

• Overhead : Het implementeren van ADT's kan overhead toevoegen in termen van geheugen en verwerking, wat de prestaties kan beïnvloeden.
• Complexiteit : ADT's kunnen complex zijn om te implementeren, vooral voor grote en complexe datastructuren.
• Leren Curve: Het gebruik van ADT's vereist kennis van de implementatie en het gebruik ervan, wat tijd en moeite kan kosten om te leren.
• Beperkte flexibiliteit: Sommige ADT's hebben mogelijk een beperkte functionaliteit of zijn mogelijk niet geschikt voor alle typen datastructuren.
• Kosten : Het implementeren van ADT's kan extra middelen en investeringen vereisen, waardoor de ontwikkelingskosten kunnen stijgen.