8 Eylül 2011 Perşembe

Kategorize Etmenin Yararları ve Arayüzler

Her ne kadar Bülent Ortaçgil, beni kategorize etme, demişse de, kategorizasyon çevremizi anlamamızı kolaylaştıran ve sıklıkla başvurduğumuz çok önemli bir keşif aracıdır. Birbirlerine benzesin ya da benzemesin, değişik türden varlıkların ortak yönlerini gruplamamızı olanaklı kılarak soyutlama yapmamızı sağlayan bu araç, keşfimizin paylaşılabilir olması durumunda, kendimizi daha kısa yoldan anlatmamızı da olanaklı kılar. Örneğin, üçüncü bir şahsın obez olduğu konusundaki gözlemimizi paylaştığımızda, karşımızdaki kişi, hangi ulustan olursa olsun, konuşmaya konu olan kişinin saçının, gözlerinin ne renk olduğunu bilemese de nasıl vücut hatlarına sahip olduğunu kafasında canlandırılabilir. Çünkü, ortak tanımı üzerinde anlaşılmış—yani, standart bir tanımı bulunan—obez olma özelliği kişilerin ait olduğu grupları aşan bir özelliktir; birbirleriyle hiç alakası bulunmayan grupların üyeleri arasında ortak payda olarak kullanılabilir. Yani, kafamızın içindeki gri materyalin tasnif etme donanımı, biz istesek de istemesek de, diğer kişileri müstahdem, öğretmen, yönetici, vb. şeklinde sınıflandırdığı gibi, obez, zeki, işbilir, vb. şeklinde de kategorize etmektedir. Yeri geldiğinde, sınıflarla kategoriler bitiştirilmekte ve obez öğretmen, işbilir yönetici gibi yeni sınıflamalar da yapılabilmektedir.1

İşte bu yazımızda, Java programlama dilinin nesneler alemini tasnif etmekte sınıf ile birlikte kullanılabilecek ikinci üstkavramı olan arayüz kavramına değineceğiz. Ama ilk önce pedagojik senaryomuz. Yer ülkemizdeki liselerden birinin müdüriyeti ve uyuşturucunun ilk paketinin bedava olduğunu bildiği için bazı şirketlerce öğretim ordusunun üyelerine "bedava" dağıtılan programlama dillerini kullanmayı reddederek Java'yı tercih eden müdürümüz, yönetimindeki öğrenci ve öğretmenlerin performansını özetleyecek bir programı nasıl yazabileceğini düşünmekte. Müdürümüzün amacı, öğrenci ve öğretmenleri kendi aralarında uygun bir ölçüte göre sıralayıp listelemek. Çiziktirmelerle dolu sayfalara baktığımızda, müdürümüzün öğrencileri önce ortalamaları sonra—ortalamaların eşit olması durumunda—numaraları karşılaştırırak sıraya dizmeyi düşünürken, öğretmenleri önce öğrenci anketlerindeki konu yeterliliği notunun ortalamasını sonra ders yükünü karşılaştırırak sıraya dizmek istediğini görüyoruz.

Yordamsal programlama alışkanlıkları olduğu anlaşılan müdürümüz, ilk çözüm girişiminde Performans adlı bir sınıftaki dört metot ile işini halletmeye çalışmış. Buna göre, sıralama metotları kendilerine geçirilen veri kümesinin elemanlarını ilişkin karşılaştırma metodunu çağırarak sıraya dizmekte.

Performans.java
public class Performans {
  ...
  public static int karşılaştır(Öğrenci sol, Öğrenci sağ) {
    ...
  } // int karşılaştır(Öğrenci, Öğrenci)

  public static int karşılaştır(Öğretmen sol, Öğretmen sağ) {
    ...
  } // int karşılaştır(Öğretmen, Öğretmen)

  public static void sırala(Öğrenci[] veri) { ... }

  public static void sırala(Öğretmen[] veri) { ... }
  ...
} // Performans sınıfının sonu

PerformansÖğrenci ve Öğretmen sınıflarına bağımlı kılması—Öğrenci ve Öğretmen sınıflarının değişmesi ilişkin karşılaştırma metotlarının değişmesine neden olabilir—ve sıralama metotlarının neredeyse aynı olmasından—ne de olsa, aynı algoritma kullanılıyor—huylanan müdürümüz, static niteleyicisinin nesne paradigmasının düşmanı olduğunu anımsaması ve, düşülen nota inanırsak, İnternet'teki bir yazıyı🔎 okuması sonrasında, sınıf ve kalıtlama kavramlarının kullanıldığı bir çözümü yeğleyerek bu çözümden vazgeçmiş.

Karşılaştırılabilir.java
public abstract class Karşılaştırılabilir {
  public abstract int karşılaştır(Karşılaştırılabilir sağ);
} // Karşılaştırılabilir sınıfının sonu

Öğrenci.java
public class Öğrenci extends Karşılaştırılabilir {
  ...
  public int karşılaştır(Karşılaştırılabilir sağ) {
    Öğrenci sağTaraf = (Öğrenci) sağ;
    ... // ileti alıcı ile sağTaraf'ı karşılaştır.
  } // int karşılaştır(Karşılaştırılabilir)
  ...
} // Öğrenci sınıfının sonu

Öğretmen.java
public class Öğretmen extends Karşılaştırılabilir {
  ...
  public int karşılaştır(Karşılaştırılabilir sağ) {
    Öğretmen sağTaraf = (Öğretmen) sağ;
    ... // ileti alıcı ile sağTaraf'ı karşılaştır.
  } // int karşılaştır(Karşılaştırılabilir)
  ...
} // Öğretmen sınıfının sonu

Performans.java
public class Performans {
  ...
  public static void sırala(Karşılaştırılabilir[] veri) {
    ...
  } // void sırala(Karşılaştırılabilir[]) sonu
  ...
} // Performans sınıfının sonu

Anlaşılan, yukarıda kaba hatlarıyla verilen çözümün, Java'nın çoklu sınıf kalıtlamayı desteklememesi nedeniyle, Öğrenci ve Öğretmen'in bir diğer sınıftan daha—mesela, iki sınıfın ortak noktalarını içeren Kişi gibi—türetilmesini engellediğini gören ve karşılaştırmanın genel bir işlem olduğunu düşünen müdürümüz, Karşılaştırılabilir'in aslında gereksiz olduğuna karar vermiş ve söz konusu işleme karşılık gelen iletiyi Object sınıfının içinde aramış. Buna gerekçe olarak da, equals (eşitlik denetimi) ve toString (hoş yazım) gibi tüm nesneler için geçerli olan iletilerin tüm sınıfların ortak noktalarını barındıran Object'te yer alması gerektiğini not düşmüş. Görünen o ki, bu varsayımın arama sonucunda yanlışlanması, müdürümüzü Java programlamayı iyi bilen bir matematik hocasının kapısını çalmaya zorlamış. Derdinin çaresinin Object sınıfında değil, arayüz kavramının kullanımında yattığını söyleyen matematik hocası, küme, matris, karmaşık sayı gibi matematiksel nesnelerin aslında karşılaştırılabilir olmadığı konusunda garanti vererek müdürümüzü ikna etmiş. Gelin bundan sonrasını birlikte görelim.2

Birbirleriyle ilintili veya ilintisiz olabilecek kimi kavramların ortak özelliklerini soyutlamaya yarayan kategoriler Java'da arayüz üstkavramı ile karşılık bulurlar; bir arayüzün tanımlanması, Java sınıf kitaplığını o arayüzü gerçekleştiren ve gerçekleştirmeyen sınıflar olmak üzere iki kategoriye ayırır. Bu tanımda altı çizilmesi gereken noktalar, aynı arayüzü gerçekleştiren sınıfların birbirleriyle ilintisiz olma ve kimi sınıfların arayüzü gerçekleştirmeme olasılığıdır. Örneğin, karşılaştırılabilir sınıflar, Öğretmen ve Müstahdem gibi ortak üstsınıfları (Çalışan) yoluyla ilintilendirilebilirken, tamsayılar ve vergi mükellefleri gibi alakasız da olabilirler. Aynı şekilde, tamsayılar karşılaştırılabilirlik özelliği taşırken, disk dosyalarını soyutlayan sınıfların aynı özelliği taşıması beklenmez.3

Karşılaştırılabilir.java
public interface Karşılaştırılabilir {
  public int karşılaştır(Object);
  /* public static final */ String
    BELİRLEYİCİ_KOMİTE = "Ağır Abiler, A.Ş.";
} // Karşılaştırılabilir arayüzünün sonu

Arayüz tanımı, destekleyen sınıfların gerçekleştirmesi zorunlu olan iletilerin imzalarını ve bu sınıfların üyesi olan nesnelerin tümü için değişmeyen özellikleri içerir. Örneğin, yukarıdaki arayüz karşılaştır adlı bir iletiyi gerçekleştiren sınıflara ait nesneleri soyutlarken, bu nesnelerin ele alınması esnasında yararlanılacak bir sabit tanımlamaktadır.

Arayüz tanımının kuru kuruya kullanıcılara sağlanması pek yararlı olmayacaktır; arayüzü belirleyen geliştiricilerin, arayüzün gerçekleştirimleri arasında tutarlılığı sağlamak adına, derleyicinin kullanım doğruluğu denetimleri için gerekli olan yukarıdaki sözdizimsel tanımın yanısıra, arayüzdeki öğelerin anlamlarına dair açıklamaları da sağlaması gerekir. Örneğin, karşılaştır iletisinin imzasının sağlanması yalnız başına bir işe yaramayacaktır; iletinin ne yaptığına, parametrelerin ve döndürülen değerin ne anlama geldiğine aşağıdaki gibi açıklık getirilmelidir. Yani, arayüzün sözdizimsel tanımına ek olarak anlambilimsel açıklamasının da sağlanması gereklidir.
karşılaştır iletisi, hedef nesne ile argümanda geçirilen nesneyi karşılaştırır. Hedef nesnenin büyük olması durumu döndürülen pozitif bir int ile bildirilirken, eşitlik durumu 0 ile, küçük olma durumu ise negatif bir int ile bildirilir. Hedef nesne ile argümandaki nesnenin uyumsuz olması, kullanıcıya ClassCastException ayrıksı durumuyla bildirilmelidir. Benzer şekilde, argümanda geçirilen tutacağın null olmasının, kullanıcıya NullPointerException ayrıksı durumuyla bildirilmesi beklenir.

Arayüzün gerçekleştirimci ile kullanıcıları arasında sözleşme görevi gören bir bağlantı noktası oluşturduğu unutulmamalıdır; hem gerçekleştirimci hem kullanıcı, arayüz tanımından değişik amaçlarla da olsa yararlanacaktır. Bu, arayüz tanımındaki bir değişikliğin, birbirlerinden çok farklı yerlerde bulunan pek çok kişinin kodunu değiştirmesi gibi maliyetli bir sonuca neden olabileceği anlamına gelir. Dolayısıyla, değişme ihtimali yüksek olan altalan tanımı ve metot gövdesi gibi gerçekleştirim ayrıntılarının arayüz tanımında yer almasına izin verilmez. Altalan ve metot gerçekleştirimlerinin olması gerektiği durumlarda, arayüz yerine soyut sınıf kullanımı düşünülmelidir.

Arayüz tanımındaki tüm öğelerin public erişimli ve tüm veri öğelerinin derleme anı sabiti—yani, static final ile nitelenmiş—olduğu varsayılır. Bunun nedeni, arayüzün, önceki paragrafta değindiğimiz gibi, birbirinden bağımsız gerçekleştirimci ve kullanıcılar arasında sözleşme görevini görmesidir; arayüzde değişmesi muhtemel ve kamuya açık olmayan gerçekleştirim ayrıntıları bulunamaz. [Müzik setinizin arayüzünde kullandırılmayan bir düğmenin bulunmasını mantıklı bulur musunuz?] Bu sayede kullanıcı, arayüzü hangi sınıf gerçekleştiriyor olursa olsun, arayüz tutacağını arkasındaki nesnenin türünden bağımsız bir şekilde ele alıp kodun yeniden kullanımını sağlayabilecektir. Bunu, aşağıdaki örnek üzerinden görelim.
public class Performans {
  ...
  public static void sırala(Karşılaştırılabilir[] veri) {
    if (veri.length <= 1) return;

    boolean takasYapıldı = false;
    int geçiş = 1;
    do {
      takasYapıldı = false;
      for (int i = 0; j < veri.length - geçiş; i++)
        if (veri[i].karşılaştır(veri[i + 1]) > 0) {
          Karşılaştırılabilir geçici = veri[i];
          veri[i] = veri[i + 1];
          veri[i + 1] = geçici;
          takasYapıldı = true;
        } // if sonu
      geçiş++;
    } while(geçiş < veri.length && takasYapıldı);
  } // void sırala(Karşılaştırılabilir[]) sonu
  ...
} // Performans sınıfının sonu
Yukarıdaki koda göre, sırala metodu Karşılaştırılabilir arayüzünü gerçekleştiren herhangi bir sınıfın nesnelerini gösteren tutacaklardan oluşan bir dizi alabilir. Metot içinde, geçirilen dizinin elemanlarının Karşılaştırılabilir arayüzünde listelenen özellikleri kullanılabilecektir. sırala metodunu nesnenin diğer özelliklerinden koparan bu kısıtlama, bir nesneye hangi iletilerin gönderilebileceğinin tutacak süzgecinden geçmesi gerektiği kuralı ile de uyumludur: arayüz tutacağı ile gösterilen bir nesneye, tutacağın izin verdiği—yani, ilişkin arayüzde listelenen—iletiler gönderilebilir; iletinin gönderilmesi sonrasında nesnenin ait olduğu sınıftaki aynı imzalı metot çağrılacaktır. Örneğin, programın çalıştırılması sonrasında yukarıda işaretlenmiş olan satırdaki gönderinin sonrasında hangi metodun çağrılacağına geçirilen dizinin eleman türüne göre çalışma anında dinamik iletimle karar verilecektir. Bir diğer deyişle, bir sınıftaki iletilerin söz konusu sınıfın kalıtlama [ilişkisi] ile ilişkilendirildiği altsınıfların nesnelerine gönderilmesi durumunda olduğu gibi, bir arayüzde listelenen iletiler, söz konusu arayüzün gerçekleştirme [ilişkisi] ile ilişkilendirildiği sınıfların nesnelerine gönderilmeleri durumunda çokbiçimli olarak davranır. Dolayısıyla, sırala Karşılaştırılabilir arayüzünü gerçekleştiren tüm sınıflar için işini sınıfın özelliklerine göre yaparak çalışacak ve bu sayede kodun yeniden kullanımını sağlayacaktır.

İlgilenenlerin bir arayüzü gerçekleştirmesi, ilişkin sınıf ile arayüz arasındaki gerçekleştirme ilişkisinin sınıf başlığında belirtilmesi ve arayüzde listelenen tüm iletilere karşılık metotların sağlanması ile mümkün olur. Sınıf ve arayüz arasındaki ilişki, sınıf adından sonra implements anahtar sözcüğü yoluyla belirtilir; kalıtlama ilişkisine dair bir bilginin bulunması durumunda, gerçekleştirme ilişkisine dair bilginin bunu takip etmesi gerekir.
public class Öğrenci implements Karşılaştırılabilir {
  ...
  public int karşılaştır(Object sağ) {
    if (this == sağ) return 0;

    Öğrenci sağTaraf = (Öğrenci) sağ;

    if (_ortalama > sağTaraf._ortalama) return 1;
    else if (_ortalama < sağTaraf._ortalama) return -1;
    if (_no > sağTaraf._no) return 1;
    else if (_no < sağTaraf._no) return -1;
      else return 0;
  } // int karşılaştır(Object) sonu
  ...
  private float _ortalama;
  private long _no;
} // Öğrenci sınıfının sonu
public class Öğretmen implements Karşılaştırılabilir {
  ...
  public int karşılaştır(Object sağ) {
    if (this == sağ) return 0;

    Öğretman sağTaraf = (Öğretmen) sağ;

    if (_ankNotu > sağTaraf._ankNotu) return 1;
    else if (_ankNotu < sağTaraf._ankNotu) return -1;
    if (_dersYükü > sağTaraf._dersYükü) return 1;
    else if (_dersYükü < sağTaraf._dersYükü) return -1;
      else return 0;
  } // int karşılaştır(Object) sonu
  ...
  private float _ankNotu;
  private int _dersYükü;
} // Öğretmen sınıfının sonu
Gerektiği durumlarda, bir sınıf birden çok sayıda arayüz gerçekleştirebilir; bu, gerçekleştirilen arayüzlerin birbirlerinden ',' ile ayrıldığı arayüz listesinin implements'ten sonra belirtilmesi ile mümkün olur. Böyle bir sınıfın kullanıcıları, bu sınıfa ait bir nesneyi sınıf ve üstsınıflarının tutacaklarının yanısıra herhangi bir arayüzünün tutacağı yoluyla da kullanabilir.

Kimi zaman, yeni bir arayüz daha önceden tanımlanmış olan bir arayüzün ileti listesine ekler yapılarak tanımlanabilir. Yazılımların sürüm değişikliği ile birlikte arayüzlerin yeni uyarlamalarının tanımlanması buna tipik bir örnektir. Bu gibi bir durumda, yeni arayüz sıfırdan tanımlanabileceği gibi, eski arayüzden kalıtlayacak şekilde tanımlanabilir. Bu yolu seçmenin getirisi, derleyicinin arayüzler arasındaki kalıtlama ilişkisini sınıflar arasındaki kalıtlamaya benzer bir şekilde yorumlayacak olmasıdır: yeni arayüz (altarayüz) eski arayüz (üstarayüz) gibidir; eski arayüzdeki iletilerin tümünü içeren yeni arayüzün tutacağı, eski arayüz türündeki tutacağın kullanıldığı her yerde kullanılabilir. Ne kastettiğimizi aşağıdaki tanımlar üzerinden görelim.
public interface A1 {
  void i1();
  void i2();
} // A1 arayüzünün sonu
public interface A2 extends A1 {
  void i1(int i);
  void i3();
} // A2 arayüzünün sonu
Sağlanan tanımlara göre, A2 arayüzünü destekleyen bir sınıfın A1'dekileri de içeren dört iletinin karşılığındaki metot gerçekleştirimlerini sağlaması gerekecektir: i1(), i2(), i1(int) ve i3().4 Bu noktada, arayüz kalıtlamanın, sınıf kalıtlamanın aksine, çoklu olduğu unutulmamalıdır. Yani, bir arayüz birden fazla üstarayüzden kalıtlayabilir. Çoklu arayüz kalıtlamadan yararlanıldığı durumlarda, üstarayüzlerden gelen öğelerin ad çakışmalarına dikkat edilmelidir. Aynı imzaya sahip olup değişik dönüş türüne sahip iletilerin kalıtlanması derleme hatasına neden olacağı gibi, aynı ada sahip olup değişik arayüzlerde farklı türlere ait tanımlanan sabitler, kullanıldıkları noktada derleme hatasına yol açacaklardır.

Son olarak, arayüzlerin önemli bir görevine değinerek yazımızı bitirelim: yazılım bileşenleri için standart oluşturmayı mümkün kılmaları. Bileşen standartları, bir bileşenin aynı arayüzleri destekleyen bir diğeri yerine tak-çıkar mantığıyla kodun güncelllenmesini gerektirmeden değiştirilmesine olanak tanır. [Yani, eskimesi nedeniyle doğramanızı değiştirmek istediğinizde duvarın yıkılmasına gerek olmayacaktır.] Bunu aşağıda verilen zamana göre sıraya dizilmiş çizelgeyi izleyerek görelim.

  1. Bir grup uzman, ortaya çıkan ihtiyaç üzerine A1 arayüzünü tanımlar.
  2. Ş1 şirketi, A1'i gerçekleştiren Ş1_A1 sınıfını piyasaya sürer.
  3. Ş2 şirketi, Ş1'den Ş1_A1'i satın alır ve kendi programlarında kullanmaya başlar.
  4. Ş3 şirketi, A1'i gerçekleştiren Ş3_A1 sınıfını piyasaya sürer.
  5. Ş1_A1'in performansından muzdarip Ş2 şirketi, Ş3'ten Ş3_A1'i alır ve Ş1_A1'in yerine kullanmaya başlar.

Dikkat edilecek olursa, Ş3 şirketi Ş3_A1 sınıfını Ş2 sınıfının geliştirdiği programlardan sonra geliştirmiştir. Bir diğer deyişle, Ş2 şirketinin geliştirdiği programlar, kendilerinden sonra geliştirilen bileşenleri kullanmaktadır. Zaman içinde geleceğe yapılan bu yolculuk, arayüzlerin değişmez özellikler barındırması ve sözdizimlerinin yanısıra anlamlarının da tanımlanmak suretiyle gerçekleştirimci kullanıcı arasında bir sözleşme oluşturması ile mümkün olmaktadır.


  1. Obezlik örneğini çok da ilerilere götürmeyiniz. Çünkü, obez olan birisinin zayıflayarak zaman içinde bu özelliğini yitirmesi olanak dahilindedir ki, böylesine bir özelliğin, nesne yönelimli modelleme dünyasının arayüze benzer bir üstkavramı olan rol ile karşılanması daha doğru olacaktır. Arayüzler, ilişkin nesnelerin kaybetmeyeceği özelliklerini tanımlayabilir.
  2. Sağladığımız çözümdeki türlerin soysal tanımlanarak daha güvenli bir çözümün mümkün olduğunun bilinmesinde yarar var.
  3. Aslına bakılacak olursa, karşılaştırılabilirlik kategorisi Java platformundaki Comparable arayüzü tarafından hali hazırda tanımlanmıştır. Dolayısıyla, Karşılaştırılabilir arayüzüne gerek yoktur.
  4. Yeri gelmişken tekrar hatırlatalım: dönüş türü Java'da aynı aduzayındeki iletileri (ve metotları) ayrıştırmak için kullanılmaz. Dolayısıyla, A2'ye int dönüş türlü i1() iletisinin eklenmesi, ortaya çıkan muğlaklık nedeniyle, derleme hatasına yol açacaktır.