Programlamada Soyutlama (Abstraction) Nedir?

print("hi") yazdığında bu harflerin ekrana nasıl ulaştığını düşünmezsin. O tek satırın altında Python metni byte'lara çevirir ve işletim sisteminden onları yazmasını ister, işletim sistemi onları terminaline verir, terminal de her harfi bir font kullanarak piksel olarak çizer. Her katman üstündekine basit bir söz verir ve bu sözü nasıl tuttuğunu gizler. Bu gizleme soyutlamadır ve her program bunun gibi birçok katmanın üzerinde durur.

Soyutlama seviyeleri

Her seviye altındakinden kurulur ve onu bilmeden anlaşılabilir. Disk bloğunun ne olduğunu bilmeden çalışan Python kodu yazabilirsin; işletim sistemi de bir dosyanın Python kodu tuttuğunu bilmeden onu saklayabilir.

Soyutlama kodda nasıl çalışır

Programcılar kendi katmanlarını iki ana yolla kurar.

Prosedürel soyutlama bir fonksiyondur. Adı, parametreleri ve dönüş değeri arayüzdür; gövdesi gizli ayrıntıdır. average(scores) bir kez var olduğunda programın geri kalanı onu, nasıl topladığını ve böldüğünü okumadan kullanır.

Veri soyutlaması bir tipi, şeyleri nasıl sakladığıyla değil, onunla neler yapabildiğinle tanımlar. Bir kuyruk "arkaya ekle, önden al" demektir. Öğelerin bellekte nasıl durduğu özel bir karardır:

from collections import deque

class Queue:
    """First in, first out. Callers only see add() and next()."""
    def __init__(self):
        self._items = deque()     # swap this for a list and callers never notice
    def add(self, item):
        self._items.append(item)
    def next(self):
        return self._items.popleft()
    def __len__(self):
        return len(self._items)

orders = Queue()
for dish in ["soup", "pasta", "cake"]:
    orders.add(dish)
while len(orders):
    print("serving", orders.next())

serving soup
serving pasta
serving cake

En alttaki kod deque hakkında hiçbir şey bilmez. Onu sıradan bir liste ve pop(0) ile değiştirirsen çıktı aynı kalır, yalnızca uzun kuyruklarda daha yavaştır, çünkü bir listenin ilk öğesini silmek diğer her öğeyi kaydırır. Arayüz aynı kaldı, bu yüzden sınıfın dışında hiçbir şeyin değişmesi gerekmedi.

Soyut sınıflar ve interface'ler

Nesne yönelimli programlamada soyutlama genellikle bir sınıf ailesinin ne yapması gerektiğini belirtip nasıl yapacağını her sınıfa bırakmak demektir. Python'da abc modülü bir metodu soyut olarak işaretler; uygulanmamış soyut metodu olan bir sınıf örneklenemez:

from abc import ABC, abstractmethod

class Notifier(ABC):
    @abstractmethod
    def send(self, to, text):
        """Every notifier must say how it sends a message."""

class Email(Notifier):
    def send(self, to, text):
        print(f"email to {to}: {text}")

class SMS(Notifier):
    def send(self, to, text):
        print(f"sms to {to}: {text}")

def remind(notifier, user):
    notifier.send(user, "Your package arrives today")

remind(Email(), "ana@example.com")
remind(SMS(), "+15550100")
try:
    Notifier()
except TypeError:
    print("Notifier is abstract: create an Email or an SMS instead")

email to ana@example.com: Your package arrives today
sms to +15550100: Your package arrives today
Notifier is abstract: create an Email or an SMS instead

remind() yalnızca soyutlamaya bağlıdır: send metodu olan herhangi bir şey. Push bildirimleri eklemek tek bir yeni sınıf yazmak demektir ve remind() hiç değişmez. O son adım, yani tek bir çağrının farklı sınıflar için farklı kod çalıştırması, çok biçimliliktir: soyutlama ortak arayüzü tanımlar, çok biçimlilik onu çalıştırır.

Java'da aynı araçlar anahtar kelime olarak bulunur:

interface Notifier {
    void send(String to, String text);
}

class Email implements Notifier {
    public void send(String to, String text) { /* talk to the mail server */ }
}

new Notifier() yazmak bir derleme hatasıdır, çünkü bir interface'in çalıştırılacak bir uygulaması yoktur. Dokümanlar Java'daki soyut sınıfları ve interface'leri ayrıntılı açıklar.

Soyutlama ve kapsülleme farkı

Bu iki fikir o kadar sık birlikte görünür ki kolayca karıştırılır.

Soyutlama hangi işlemlerin gösterileceğine karar verir; kapsülleme geri kalanın gizli kalmasını sağlar. Yukarıdaki Queue ikisini birden yapar: add ve next soyutlamadır, _items üzerindeki alt çizgi ise kapsülleme.

Sızdıran soyutlamalar ve diğer hatalar

Joel Spolsky 2002'de sızdıran soyutlamalar yasasını (law of leaky abstractions) adlandırdı: önemsiz olmayan her soyutlama gizli ayrıntının bir kısmını dışarı sızdırır. Kayan noktalı sayılar klasik sızıntıdır. Alttaki ikili saklama kendini gösterene kadar sıradan ondalık sayılar gibi görünürler:

print(0.1 + 0.2)
print(0.1 + 0.2 == 0.3)

0.30000000000000004
False

Ne 0,1 ne de 0,2 ikili bitlerle tam olarak saklanabilir, bu yüzden toplam biraz kayar. Float'ları yıllarca bunu düşünmeden kullanabilirsin ama sonsuza kadar değil; üzerinde çalıştığın katmanın bir altını bilmenin işe yaramasının nedeni budur.

İki hata daha yaygındır:

• Fazla erken soyutlamak. Hiç gelmeyecek durumlar için kurulmuş bir sınıf hiyerarşisi okunacak ve değiştirilecek fazladan koddur. Sandi Metz bunu "tekrar, yanlış soyutlamadan çok daha ucuzdur" diye ifade etti.
• Soyutlamayı abstract anahtar kelimesiyle karıştırmak. Soyut sınıflar araçlardan yalnızca biridir. İyi adlandırılmış her fonksiyon da bir soyutlamadır.

Sırada ne var

Nesne yönelimli tabloyu tamamlamak için kapsülleme ve çok biçimlilik sayfalarını oku. İşletim sistemi sayfası programlarının dayandığı en büyük soyutlamayı gösterir. Pratik için Python kursu sınıfları ve fonksiyonları baştan kurar; Java kursu ise soyut sınıfları ve interface'leri anlatır.