Istanbul Teknik Üniversitesi. Bilisim Enstitüsü C++ Nesne Yönelimli Programlama. Ilave Notlar Sürüm 1.1 Nisan Düzenleyen

Transkript

1 Istanbul Teknik Üniversitesi Bilisim Enstitüsü C++ ve Nesne Yönelimli Programlama Ilave Notlar Sürüm 1.1 Nisan 2005 Düzenleyen Prof. Dr. Serdar Çelebi Derleyen Celal Çay

2 Nesne Yönelimli Programlama Gelistirmek istedigimiz program uzun ve karmasik degilse nesne yönelimli programlamaya daha az ihtiyaç duyariz, ama daha büyük programlarda, (ortalama 60 satiri geçen programlarda) problemi analiz etmek ve çözmek zorlasir. Günümüzün problemleri on yil öncesinden çok daha karmasik ve büyüktür. Donanim fiyatlari çok hizli düserken yazilim maliyetleri yükselmektedir. Son yillarda yazilim problemlerine Nesne Yönelimli Analiz ile yaklasildiginda daha avanjli oldugu anlasilmaktadir. Programcilar Nesne Yönelimli Programlama teknigini kullanarak daha kaliteli ve daha kolay yazilim gelistirmeyi basardilar. Nesne yönelimli programlama teknigi kullanarak gelistirilmis programlar daha güvenilir, dayanikli ve gelistirilebilir dir. Bugün nesne yönelimli programlama teknigini kullanarak gelistirdigimiz bir programi ileri bir tarihte tamamini degistirmeden üzerine ekleme yaparak programimizdan beklentileri artirabiliriz. Bu özellik nesne yönelimli programin en güzel yanidir. Nesne yönelimli programlama tekniginde bir sistem içerisinde degisik karakterlerde bir çok nesne yer alir. Bu nesneler birbirlerinden tamamen farkli özellikler tasiyabildikleri gibi ayni veya benzer özellikler tasiyabilirler. Özellikleri ve davranislari farkli olsa bile ayni yeteneklere sahip olabilirler. Örnegin; Bir sirkette çalisan genel müdür, muhasebe görevlisi, pazarlama görevlisi, ve sekreteri bir nesne olarak kabul edebiliriz. Her birinin görevi farklidir ama benzer yaptiklari görevlerde vardir. Sekreter telefona bakarken pazarlama görevlisi pazarlama isine bakar ama her ikiside sirketten maas alir. Bunun yaninda maaslarinin miktarlari farkli olabilir. Bu nesneler bazen benzer isleri yaparken kullandiklari bilgilerde farkli olabilir. Pazarlama görevlisinin maasi hesaplanirken sattigi ürünlerden bir oran maasina eklenebilir. Yani bu nesneler bazen ayni isi yaparken farkli bilgiler kullanabilirler. Bu örnekten yola çikarak Nesneyi belirlenmis bir islevi yerine getiren, bunun içinde çesitli fonksiyonlar içeren bir yapi olarak tanimlayabiliriz. Bu yapi degiskenleri de bünyesinde bulundurabilir. Fakat esas, islevini belli edecek fonksiyonlari bünyesinde bulundurmasidir. Bu özellige Paketleme(Encapsulation) adi verilir. Bunun yani sira ortaya çikan bir diger özellik de, paketlenecek fonksiyonlarin nasil bir islev gösterecegi belirtilmeksizin, sadece nasil kullanacaginin belirtilmesidir ki, bu zorunludur. Buna da Soyutlama (Abstraction) adi verilir. Paketleme ve soyutlama bir nesneyi belli etmek için yeterli iki özelliktir. Nesneler için söylenebilecek bir diger özellik ise türeme özelligidir. Bir nesne tanimlanirken daha önceden tanimlanmis baska bir nesneyi kendisine taban olarak seçebilir. Bu durum, yeni tanimlanan nesnenin kendisine taban nesnenin özelliklerini kullandirma hakkina karsilik gelir. Ayni zamanda yeni nesnenin taban nesne ile ayni özellikleri tasimasina neden olur. Yeni nesne kendisine yeni özellikler katabilecegi gibi devraldigi özellikleri de gelistirebilir. Bu özellige Türeme (Derivation), özellikleri devralmaya da Miras alma veya Kalitim (Inheritence) adi verilir. Bu durumu söyle örnekleyebiliriz:

3 Bir oto tamircisi, oto boyama (firça ile), kaynak yapma (ark kaynagi) ve karbüratör ayarlama konusunda çalisiyor olsun. Oto Tamircisi - Boyama - Kaynak Yapma - Karbüratör Ayarlama Bu bir oto tamircisi nesnesidir. Bu oto tamircisinin üç oglu oldugunu ve bunlarin her birini yetistirdikten sonra, birer konuda uzmanlasmalarini sagladigini düsünelim. Oto Tamircisi Oto Boyacisi -Boyama (Havali firça ile) Oto Kaynakçisi -Kaynak Yapma (oksijen ile) Oto Elektirikcisi -Elektrik Isleri Burada Oto Boyacisi, Oto Kaynakçisi ve Oto Elektrikçisi türeyen nesnelerdir. Oto tamircisi ise taban nesnedir. Türeyen nesneler taban nesnenin özelliklerini göstereceklerdir. Oto boyayacaklar, kaynak yapacaklar, karbüratör ayarlayacaklar. Oto boyacisindan boya yapmasini istedigimizde havali firça ile boyama yapacaktir. Oysa Oto tamircisi sadece firça ile boyamasini bilmekteydi. Oto tamircisi ile Oto boyacisinin yaktiklari is boyama isidir. Oto boyacisi babasindan miras olarak aldigi boyama isini gelistirerek havali firça ile yapmaktadir. Bu Oto kaynakçisi ve Oto elektrikçisi içinde geçerlidir. Burada üç özellik göze çarpmaktadir:

4 1- Türeyen nesneler taban nesnenin özelliklerini koruyarak devam ettirip kullanabilirler. 2- Türeyen nesneler türedikleri nesnelerin (taban nesnelerin) özelliklerini degistirebilir. 3- Türeyen nesneler yeni özellik kazanabilir veya mevcut özellikleri kaybedebilirler. C++ Dilinin Tarihsel Gelisimi C++ dili Bjarne Stroustroup tarafindan BELL labaratuarlarinda gelistirilmistir. Bjarne Stroustroup ilk olarak 1979 yilinda, C diline Simula dilindeki bazi özellikleri ekleyerek, daha iyi bir C dili yaratma düsüncesiyle ise baslamistir. Olusturdugu ilk dile C with Classes ismini vermistir yilindan günümüze kadar, bir çok degisiklik ve ekleme ile bugünkü standart C++ diline ulasilmistir. Özellikle yillari arasinda C++ dili çok büyük degisimler göstermistir. Sinif yapisinin protected elemanlari, protected türetmesi, sablonlar, çoklu türetme gibi bugün dilin ayrilmaz bir parçasi olan özellikler dile bu zaman dilimi içersinde eklenmistir (Mayis) 1979 C with Classes ile ilgili çalismalar basladi (Ekim) Ilk "C with Classes" derleyicisi yazildi (Agustos) Ilk C++ derleyicisi 1983 (Aralik) Dil C++ ismini aliyor ANSI X3J16 komitesi (daha sonra J16 ismini aldi) olusturuldu ANSI/ISO standart taslagi hazirlaniyor Standart taslagi ANSI / ISO tarafindan onaylandi ISO C++ dili standartlari kabul ediliyor. C++ dilinin C dilinden Nesne Yönelimli Programlama Teknigi (NYPT) ile dogrudan iliskisi olmayan farkliliklari C++ derleyicileri C derleyicisini de içermek zorundadir. Yani pratikte C++ derleyicisi demek, hem C hem de C++ derleyicisi demektir. Derleyici kaynak dosyanin uzantisina bakarak kaynak kodun hangi programlama dilinde yazilmis olduguna karar verir. Kaynak kod C dili için yazilmissa uzantisi.c, C++ dilinde yazilmissa uzantisi.cpp olacaktir. 1. C++ dilinde yorum satirlarina (comment lines) bir ilave yapilmistir. Bilindigi gibi C dilinde /* ve */ atomlari arasinda kalan kaynak kod bölgeleri yorum satirlari olarak ele alinirlar ve derleyici tarafindan derleme islemine dahil edilmezler: x = funk() */ /* x degiskenine funk fonksiyonunun geri dönüs degeri ataniyor /* ve */ atomlari arasinda kalan bölgenin uzunlugu 1 satirdan daha büyük olabilir.

5 x = funk() /* x degiskenine funk fonksiyonunun geri dönüs degeri ataniyor ama gerçek programlarda yorum satirlari ancak gereken durumlarda kullanilmali, yorum satirlarinin gereksiz bir biçimde kullanilmasi programlarin okunabilirligini azaltir */ C++ dilinde bu tür yorum satirlari tamamen geçerli olmakla birlikte ikinci bir yorum satiri biçimi eklenmistir. C++ dilinde // atomunun bulundugu noktadan satir sonuna kadar olan kisim derleme islemine tabi tutulmaz. Bu yorumlama biçimi özellikle kisa açiklamalar için daha kullanislidir. C++ tipi yorum satiri bir kaç satir için kullanilmaz. Eger açiklama ya da yorum bir satirdan daha uzunsa her satirin basina tekrar // atomu yerlestirilmelidir. NOT : C dilinde yorum satirinin kapatilmamasindan dogan bug'lar söz konusu olabilmektedir. Asagidaki örnegi inceleyelim; int a, b; a = 10; /* a nesnesine 10 degeri atandi. b = 20; /* b nesnesine 20 degeri atandi mi? */ C++ tarzi yorum satiri tek bir atomla olusturuldugu için yukaridaki bug un olusmasi söz konusu degildir : int a, b; a = 10; b = 20; // a nesnesine 10 degeri atandi. // b nesnesine 20 degeri atandi. 2.C++ dilinde bir fonksiyon tanimlanmasi sirasinda, geri dönüs degerinin türü void olarak belirtilmemisse, bu fonksiyon mutlaka return ifadesiyle geri dönüs degeri üretmelidir. C dilinde geri dönüs degeri türü void olmayan bir fonksiyonun tanimi içerisinde, return anahtar sözcügü ile bir geri dönüs degeri üretilmez ise, rastgele bir deger (garbage value), geri dönüs degeri olarak üretilir. Oysa C++ dilinde geri dönüs degeri türü void olmayan bir fonksiyonun tanimi içerisinde mutlaka return anahtar sözcügü kullanilarak bir geri dönüs degeri üretilmelidir. Eger bir return ifadesiyle geri dönüs degeri üretilmez ise, derleme zamaninda error olusacaktir. Örnek verelim : // C dilinde geçerli olmasina karsin C++ dilinde geçerli olmayan bir kod : int funk()

6 Yukaridaki kod C dili derleyicisi için tamamiyla yasaldir. Yani object kod üretilmesine engel bir durum söz konusu degildir. C derleyicilerinin çogu bu durumda bir uyari mesaji verseler de object kodu üretirler. Örnegin Borland derleyicilerinde tipik olarak söyle bir uyari mesaji verilecektir : warning : Function funk() should return a value. Oysa ayni kaynak kod C++ dosyasi olarak derlendiginde derleme zamaninda hata olusacaktir. C++ dilinde geri dönüs degeri void türden olmayan fonksiyonlarin tanimi içinde return anahtar sözcügü yalin olarak kullanilamaz. Yine asagidaki kod C dilinde geçerliyken C++ dilinde derleme zamaninda error olusturacaktir : int funk()... return; Ancak main fonksiyonu C++ dilinde bu kuralin disinda tutulur ISO C++ dili standartlarina göre main fonksiyonu int türden bir geri dönüs degeri üretecek sekilde tanimlanmis olsa da, eger programci tarafindan bir return ifadesi üretilmez ise, derleyici otamatik olarak main fonksiyonunun ana blogunun sonlanmasindan önce, kaynak kod içinde return 0; ifadesi yazilmis gibi kaynak kodu ele alir ve bu durumda bir error mesaji vermez. Asagidaki kod hem C dilinde hem de C++ dilinde geçerlidir, ancak C++ derleyicileri için uyariya neden olacak bir durum söz konusu degildir. Yani C++ derleyicileri bu durum tamamen legal oldugu için bir uyari mesaji vermezler. main() 3.C++ dilinde main fonksiyonu kendi kendini çagiramaz (recursive olarak çagirilamaz) ve main fonksiyonun adresi alinamaz. C dilinde main fonksiyonunun adresi alinabilir ve main fonksiyonu kendi kendini çagirabilir, ancak C++ dilinde (ileride ögrenecegimiz) nedenlerden dolayi buna müsade edilmemistir. 4.C++ dilinde bir blok içinde herhangi bir yerde degisken tanimlanabilir.

7 C dilinde yerel degiskenlerin tanimlamalari ve diger her türlü bildirimler bloklarin basinda yapilmak zorundadir. Yani bir blok içinde yapilan bildirimden önce icra edilebilir bir deyim bulunamaz. Baska bir deyisle, küme parantezi açildiktan sonra, hiçbir fonksiyon çagirilmadan ve hiçbir islem yapilmadan önce tüm bildirimler yapilmalidir. C dilinde böyle bir tasarim yapilmis olmasinin nedeni, programcinin yapilmis olan bildirimin yerini kolayca bulabilmesini saglamaktir. Oysa C++ dilinde bildirimler blok içerisinde herhangi bir yerde yapilabilirler. C++ dilinin tasariminda bir degisken tanimlamasinin ya da baska bir bildirimin, ilk kullanilacagi yere yakin bir yerde yapilabilmesi, kaynak kodun okunabilirligini artirici bir faktör olarak düsünülmüstür. Bildirim (declaration) sözcügünün struct, union, enum türü bildirimi, ve typedef bildirimlerini vs. de kapsadigini hatirlatalim. Bu durumdan söyle de bir sonuç çikartilabilir : Bir degiskenin derleyici tarafindan taninabildigi kaynak kod araligina faaliyet alani (scope - visibility) dendigini hatirlayalim. C dilinde yerel degiskenler blok faaliyet alanina (block scope) uyarlar. Yani bildirilmis olduklari blogun basindan sonuna kadar herhangi bir yerde taninabilirler. C++ dilinde bildirimler blok baslarinda yapilmak zorunda olmadigindan, faaliyet alani kuralini su biçimde degistirmek gerekecektir: C++ dilinde yerel degiskenlerin faaliyet alani bildirildikleri yerden ilgili blogun sonuna kadar olan kaynak kod bölgesidir. C++ dilinde de C dilinde oldugu gibi, bir blok içerisinde ayni isimli birden fazla degiskenin bildirimi yapilamaz. 5.C++ dilinde for döngülerinin birinci kisminda, while döngülerinin parantezleri içerisinde ve if deyiminin parantezi içerisinde degisken tanimlamasi yapilabilir : C dilinde degiskenler bloklarin disinda, bloklarin içinde ve fonksiyon parametre parantezlerinin içinde yapilabildigini hatirlayalim. C++ dilinde bu bölgelerin yanisira for döngülerinin birinci kisminda, while döngülerinin parantezleri içerisinde ve if deyiminin parantezi içerisinde degisken tanimlamasi yapilabilmesi olanagi getirilmistir. #include <stdio.h> void main() for (int i = 0; i < 100; ++i) printf("%d\n", i); Süphesiz for döngüsünün parantezinin 1. kisiminda tanimlanan nesne herhangi bir türden olabilir ve birden fazla nesne de tanimlanabilir ISO standartlari öncesinde if, while ve switch parantezleri içerisinde bildirim yapilmasina izin verilmiyordu. Ancak standartlar ile bu durumlar da mümkün kilindi. Eski derleyicilerin bu deyimlerin parantezleri içerisinde degisken tanimlamasina izin vermeyebilecegini hatirlatalim. Çünkü bu durum 1998 standartlari sonucunda C++ diline ilave edilmistir.

8 Peki for döngüsü parantezinin birinci kisminda tanimlanan degiskenin faaliyet alani nedir? Yukaridaki programda, for döngüsünün 1. kisminda tanimlanan i degiskenini nerelerde kullanabiliriz? Bu tür degiskenlerin faaliyet alanina iliskin kural son standartlar ile degistirilmistir standartlari öncesinde (Bir çok derleyici halen bu kurala göre derlemektedir) faaliyet alanina iliskin kural su sekildeydi : for parantezi içerisinde tanimlanan nesne, for döngüsünün içinde bulundugu blogun sonuna kadar (closing brace'e kadar) faaliyet gösterir. Ancak 1998 standartlari, for parantezi içerisinde tanimlanan degiskenlerin faaliyet alanini döngü gövdesi ile (loop body) sinirlamistir. Yani asagidaki kod parçasinin derlenmesinde daha önce error olusmazken, son standartlarla bu durum error olusturmaktadir : #include <stdio.h> void main() for (int i = 0; i < 100; ++i) printf("%d\n", i); printf("i = %d\n", i); alaninin disinda kullanilmis! //ERROR! i degiskeni faaliyet Döngü degiskeninin faaliyet alanina iliskin bu degisiklik tehlikeli bug'lara neden olabilir. int i = 0; main()... for (int i = 0; i < 100; ++i) printf("%d\n", i); i = 100; // global degisken olan i' ye atama yapiliyor.... i = 100; atama deyimiyle, hangi i degiskenine atama yapilmaktadir? Eski derleyicilere göre for deyimi parantezi içerisinde tanimlanan i degiskenine! (dar faaliyet alaninda olan ayni isimli degisken genis faaliyet alanindaki ayni isimli degiskeni maskeler!) Oysa standart ISO C++ dilinin kurallarina göre yalnizca global degisken olan i'ye ulasilabildigi için global degisken olan i'ye atama yapilmaktadir.