Kapsülleme (Encapsulation) Nedir?

Bir bankacılık uygulamasının her hesabın bakiyesini sıradan bir değişkende sakladığını düşün. Programın herhangi bir yerindeki herhangi bir satır account.balance = -500 yazabilir ve hiçbir şey bunu durdurmaz. Canlı ortamda negatif bir bakiye ortaya çıktığında, ona dokunan her yeri bulmak için tüm kod tabanını aramak zorunda kalırsın. Kapsülleme bunu çözer: bakiye yalnızca birkaç metot üzerinden değişebilir ve bu metotlar kuralları uygular, örneğin bir para çekme işleminin bakiyeyi asla aşamayacağını.

Kapsülleme nasıl çalışır

Kapsülleme iki fikri birleştirir:

1. Bir araya getirme. Veri (bakiye) ve onun üzerinde çalışan kod (para yatırma, para çekme) aynı sınıfta yaşar.
2. Gizleme. Diğer kod yalnızca sınıfın public arayüzünü görür. Arkasındaki veri içeridedir, bu yüzden yalnızca sınıfın izin verdiği şekillerde değişebilir.

Sınıfın koruduğu kurala değişmez (invariant) denir: burada "bakiye asla negatif değildir". Her değişiklik sınıfın metotlarından geçtiği için programın geri kalanı ne yaparsa yapsın değişmez korunur.

class BankAccount:
    def __init__(self):
        self._balance = 0  # internal: change it only through the methods

    @property
    def balance(self):     # read-only from outside
        return self._balance

    def deposit(self, amount):
        self._balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self._balance:
            raise ValueError("not enough money")
        self._balance -= amount

acct = BankAccount()
acct.deposit(100)
acct.withdraw(30)
print(acct.balance)
try:
    acct.withdraw(500)
except ValueError as err:
    print("refused:", err)

70
refused: not enough money

Dışarıdaki kod acct.balance değerini okuyabilir, ama property'nin bir setter'ı yoktur; bu yüzden acct.balance = 1000 bir AttributeError fırlatır. Bakiye bir gün yanlış çıkarsa incelenecek tam olarak iki metot vardır.

Python'da kapsülleme

Python'da private anahtar kelimesi yoktur. Her Python programcısının bildiği isimlendirme kurallarına dayanır:

• name: public, arayüzün parçası.
• _name: dahili. Okumana hiçbir şey engel olmaz, ama baştaki alt çizgi "buna bağımlı olma" der.
• __name: Python onu sınıf içinde yeniden adlandırır (name mangling); böylece bir alt sınıf onu yanlışlıkla ezemez.
• @property: bir metodu bir nitelik gibi okunan bir şeye dönüştürür; böylece çağıran hiçbir kodu değiştirmeden sonradan kontroller ekleyebilirsin.

class Counter:
    def __init__(self):
        self._count = 0      # one underscore: "internal, please don't touch"
        self.__secret = 42   # two underscores: the name gets mangled

c = Counter()
print(c._count)                   # still readable: it is only a convention
print(hasattr(c, "__secret"))     # the plain name does not exist
print(c._Counter__secret)         # Python renamed it to _Counter__secret

0
False
42

Name mangling erişimi değil, kazaları önler: değiştirilmiş isim hâlâ çalışır. Python programcıların alt çizgiye saygı göstereceğine güvenir. Pratikte Python kodunun çoğu tek alt çizgi artı @property kullanır ve çift alt çizgiyi alt sınıflarının yazılması amaçlanan sınıflara saklar. Sınıf yazmak hakkında daha fazlası Python sınıfları dokümanında.

Java, C++ ve JavaScript'te kapsülleme

Diğer diller gizlemeyi zorunlu kılar. Java'da private bir alan yalnızca kendi sınıfının içinde kullanılabilir:

public class BankAccount {
    private int balance;  // hidden from every other class

    public int getBalance() { return balance; }

    public void withdraw(int amount) {
        if (amount > balance) throw new IllegalArgumentException("not enough money");
        balance -= amount;
    }
}

Başka bir sınıfta account.balance = 1000; yazmak derlenmez: javac balance has private access in BankAccount hatasını bildirir.

C++ class üyelerini varsayılan olarak private, struct üyelerini public yapar. JavaScript'in ES2022'de eklenen # private alanları sınıfın dışından hiç okunamaz. Dokümanlar her birini anlatır: Java erişim belirleyicileri, C++ erişim belirleyicileri ve JavaScript private alanları.

Kapsülleme neden önemlidir

• Kurallar tek bir yerde yaşar. "Bakiyenin üstünde para çekilemez" kontrolü, programdaki her para çekmeden önce değil, bir kez withdraw içinde yazılır.
• İçeriyi özgürce değiştirebilirsin. Parayı float yerine tam kuruş olarak saklamaya karar verirsen yalnızca sınıf değişir. deposit(100) çağıran kod çalışmaya devam eder.
• Daha kolay hata ayıklama. Bir değer yanlış olduğunda şüpheliler programdaki her satır değil, onu değiştirmesine izin verilen birkaç metottur.
• Öğrenecek ve test edecek daha az şey. Üç public metodu olan bir sınıf bu üç metot üzerinden anlaşılabilir ve test edilebilir.

Kapsülleme sınıf seviyesinin üstünde de çalışır. İki fonksiyon sunan ve on yardımcıyı dahili tutan bir modül aynı şekilde kapsüllenmiştir; programların dosyaları yalnızca sistem çağrıları üzerinden açmasına izin veren bir işletim sistemi de öyle.

Kapsülleme çoğu zaman soyutlama ile karıştırılır. Soyutlama arayüzün ne sunduğuna karar verir; kapsülleme ise arkasındaki veriyi korur. Soyutlama sayfasında ikisinin yan yana tam bir karşılaştırması var. Çok biçimlilik ve kalıtımla (inheritance) birlikte nesne yönelimli programlamanın dört temel ilkesini oluştururlar.

Sık yapılan hatalar

• Her alan için bir getter ve bir setter. Herhangi bir sayıyı kabul eden bir setBalance hiçbir şeyi korumaz. Her alana ham erişim değil, nesnenin ihtiyaç duyduğu işlemleri (withdraw) sun.
• Dahili nesneleri döndürmek. self._items döndüren bir metot, çağırana gerçek listeyi verir ve çağıran artık onu değiştirebilir. Bunun yerine bir kopya ya da bir tuple döndür.
• Private'ı güvenlik saymak. Erişim belirleyicileri saldırıları değil, hataları önler. Java kodu private alanları reflection ile okuyabilir, Python kodu da _name değerini doğrudan okuyabilir. Şifreler ve anahtarlar hashing ve şifreleme gibi gerçek bir korumaya ihtiyaç duyar.

Sırada ne var

Sırada iki fikir arasındaki farkı anlatan soyutlama sayfasını, ardından çok biçimlilik sayfasını oku. Python kursu sınıfları adım adım kurar; Java kursu ise derleyicinin zorunlu kıldığı kapsüllemeyi gösterir.