Моделирование — Python: Составные данные

Абстракции позволяют нам моделировать необходимую предметную область. Попробуем понять это утверждение на конкретном примере. Допустим, мы хотим сделать программу-каталог для управления коллекцией книг. Вы можете сразу кинуться писать код, но так делать не стоит.

В первую очередь необходимо проанализировать предметную область (книги + каталоги) и сформировать базовую модель. Нужно начать с определения сущностей и операций над ними. В случае нашего каталога у нас есть по крайней мере две сущности: книга и коллекция. Базовыми операциями сделаем добавление книги в коллекцию и удаление ее из коллекции.

Напишем код операции для добавления сущности в коллекцию:

book1 = make_book('The Comedy of Errors')
book2 = make_book('The Adventures of Tom Sawyer')
coll = makeColl('Adventures')
updated_Coll_1 = add_Book_To_Coll(coll, book1)
updated_Coll_2 = add_Book_To_Coll(updated_Coll_1, book2)

Мы создаем две книги, одну коллекцию и добавляем эти книги в коллекцию. Что значит "создали книгу"? Что такое "книга"? Книга — это сущность, которая ведет себя как книга. Что это значит?

Так как мы работаем с языком программирования, то конструктор make_book(), создающий книгу, возвращает какие-то данные: примитивные (число, строку) или составные, используя пары. Главное — нам не важно, как они устроены.

Организовать эти данные можно тысячью разных способов, и конкретный способ зависит от разработчика, его предпочтений и данных, которые необходимо хранить. То, что книга является книгой, определяется не ее внутренним устройством, а тем, что к ней применим набор операций, созданный для книг. Например, операция «получить имя книги». Сами операции знают, как устроены данные, иначе они не смогли бы ими манипулировать. Запомните: это детали реализации. Не заглянув внутрь операций, мы не узнаем, как они устроены, но нам это и не нужно.

В этом и заключается вся суть абстракции. Мы знаем, как создать сущность и какие операции к ней применимы. Обычно это и называется дизайном кода, а сами операции + конструктор — это API или интерфейс модуля/пакета/библиотеки.

Получаем следующий алгоритм:

1. Анализируем предметную область и выделяем сущности
2. Реализуем конструктор, а затем выбираем внутреннее представление сущностей на основе того, что мы планируем в них хранить
3. Реализуем необходимые операции

В примере с книгами видно, что мы храним только название. А это значит, что нам достаточно хранить одну строчку.

Тогда реализация конструктора будет такой:

def make_book(name):
    return name

book = make_book('The Comedy of Errors')
print(to_string(book))  # The Comedy of Errors

А что, если мы захотим дополнительно хранить версию издания книги? Тогда мы можем использовать пары для хранения составных данных, и у нас уже появляются составные данные, так как нужно хранить два параметра.

def make_book(name, rev):
    return cons(name, rev)

book = make_book('The Adventures of Tom Sawyer', 3)
print(to_string(book))  # (The Adventures of Tom Sawyer, 3)

Поменяется ли клиентский код, использующий нашу библиотеку, при изменении внутренней структуры? Как видно из примеров выше, ничего не поменяется, кроме вызова конструкторов. Это и есть хорошая абстракция, при которой наш код не рассыпается в случае любых изменений внутренней реализации.

Примеры других абстракций

Пример с книгами — это всего лишь один из многих вариантов. Программисты в своей работе постоянно перекладывают сущности реального мира на код, создавая всевозможные абстракции данных. Давайте попробуем пофантазировать и накидать еще вариантов. Мы добавим только три, а еще три додумайте сами. В реальной жизни абстракции будут сложнее, так как должны включать больше данных, но суть от этого не поменяется.

1. Товар. Все, что продается и покупается. Предположим, что нам интересны только два параметра: цена и название. Саму сущность можно назвать product. Тогда наша абстракция будет содержать как минимум три следующих функции:

   # интерфейсные функции (абстракция)
   def make_product(name, cost):
        return cons(name, cost)
   
   def get_name(product):
       return car(product)
   
   def get_cost(product):
       return cdr(product)
   
   # использование
   product = make_product('parmesan cheese', 100)
   get_name(product)  # parmesan cheese
   get_cost(product)  # 100
   

2. Текстовый документ. Например, как в Google Docs. В нашем примере он будет состоять из названия и содержимого.

   # интерфейсные функции (абстракция)
   def make_document(name, body):
       return cons(name, body)
   
   def get_name(document):
       return car(document)
   
   def get_body(document):
       return cdr(document)
   
   # использование
   document = make_document('Some words about Hexlet', 'Some text')
   get_name(document)  # Some words about hexlet
   get_body(document)  # Some text
   

3. А вот пример, в котором нужно хранить не два значения, а три. Это точка в пространстве.

   # интерфейсные функции (абстракция)
   def make_3d_point(x, y, z):
       return cons(cons(x, y), z)  # альтернатива cons(x, cons(y, z))
   
   def get_x(point):
       return car(car(point))
   
   def get_y(point):
       return cdr(car(point))
   
   def get_z(point):
       return cdr(point)
   
   # использование
   point = make_3d_point(1, 10, -3)
   

И теперь самое интересное: любая абстракция, построенная таким образом, может выступать в роли строительных блоков в другой абстракции.

Предположим, что мы продаем документы как продукты:

document = make_document('Some words about Hexlet', 'Some text')
product = make_product(document, 100)

А дальше все по аналогии.

---

Остались вопросы? Задайте их в разделе «Обсуждение»

Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты