Sınıflar ve nesneler: alanlar, metotlar, get/set

Şimdiye kadar her şeyi main’in içine ve static metotlara yazdın. Gerçek programlar ise nesnelerden (objects) oluşur: bir banka uygulamasında hesaplar, bir oyunda oyuncular, bir okul sisteminde öğrenciler. Her nesnenin kendi verisi (alanları) ve kendi davranışı (metotları) vardır. Bu hafta ilk sınıflarını yazacaksın. Finalde bu konu yazma sorusu olarak gelir: “şu alanları ve metotları olan bir sınıf yaz, main’de iki nesne oluştur”.

Altın kurallar:

1. Sınıf kalıp, nesne örnek. Bir Dog sınıfından istediğin kadar köpek nesnesi üretirsin.
2. Her nesnenin kendi alanları var. Birini değiştirmek diğerini etkilemez.
3. Değişken nesneyi değil, nesnenin referansını tutar. b = a yeni nesne yaratmaz.
4. Alanlar private, erişim public metotlarla (get/set).
5. Örnek metotları static değildir ve bir nesne üzerinden çağrılır.

İlk sınıf

class Dog {
    String name;     // örnek değişkenleri (instance variables / fields)
    int age;

    void bark() {    // örnek metodu (instance method): static YOK
        System.out.println(name + " (" + age + ") says Hav!");
    }
}

Sınıf bir tip tanımlar. Kendi başına hiçbir şey çalıştırmaz; içinde main yok. Onu kullanan kod başka bir sınıfın main’inde:

Dog d1 = new Dog();          // yeni nesne oluştur (instantiation)
d1.name = "Karabas";
d1.age = 3;
d1.bark();
Dog d2 = new Dog();
System.out.println(d2.name + " " + d2.age);
d2.name = "Pamuk";
d2.bark();
d1.bark();

Karabas (3) says Hav!
null 0
Pamuk (0) says Hav!
Karabas (3) says Hav!

Gözlemler:

• new Dog() bellekte yeni bir Dog nesnesi oluşturur ve adresini döndürür. d1 bu adresi tutar.
• Nokta operatörü (dot operator) ile nesnenin alanına ve metoduna erişilir: d1.name, d1.bark().
• bark() içindeki name, metodu çağıran nesnenin alanıdır. d1.bark() Karabas’ı, d2.bark() Pamuk’u yazar.
• d2’ye değer verilmeden önce alanları varsayılan değerlerde: String null, int 0. (Metot içindeki yerel değişkenlerde böyle bir varsayılan yoktur.)

Bir dosyada birden çok sınıf olabilir, ama sadece biri public olabilir ve dosya adı onun adıdır. Gerçek projelerde her sınıf kendi dosyasına konur: Dog.java, Main.java.

Kapsülleme: private alanlar, get ve set

Alanlar public olsaydı herkes acc.balance = -5000; yazabilirdi. Bunu engellemek için alanlar private yapılır ve dışarıya kontrollü public metotlar açılır. Buna kapsülleme (encapsulation) denir.

class Account {
    private String owner;
    private double balance;

    public String getOwner() { return owner; }                     // get (accessor)
    public void setOwner(String newOwner) { owner = newOwner; }    // set (mutator)
    public double getBalance() { return balance; }                 // balance için set YOK

    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) balance += amount;
    }

    public void withdraw(double amount) {
        if (amount <= balance) balance -= amount;
        else System.out.println("Insufficient funds");
    }
}

Account acc = new Account();
acc.setOwner("Deniz");
acc.deposit(500);
acc.withdraw(200);
acc.withdraw(1000);
System.out.println(acc.getOwner() + " " + acc.getBalance());
acc.deposit(-50);
System.out.println(acc.getBalance());

Insufficient funds
Deniz 300.0
300.0

Bakiye sadece deposit ve withdraw ile değişebiliyor, ikisi de kural kontrol ediyor. Dışarıdan doğrudan erişmeye çalışırsan:

Acc a = new Acc();
a.balance = 1000;

Main.java:7: error: balance has private access in Acc

get/set adlandırma

get metodunun dönüş tipi alanın tipi, parametresi yok. set metodu void, parametresi alanın tipinde. Her alan için set yazmak zorunlu değil: bakiye gibi doğrudan değiştirilmemesi gereken alanlar için set yazılmaz.

Doğrulama (validation)

class Thermostat {
    private double celsius;

    public void setCelsius(double value) {
        if (value >= 5 && value <= 35) celsius = value;    // aralık dışı reddedilir
    }
    public double getCelsius() { return celsius; }
    public double getFahrenheit() { return celsius * 9 / 5 + 32; }
}
// main içinde:
Thermostat t = new Thermostat();
t.setCelsius(45);
System.out.println(t.getCelsius());
t.setCelsius(22.5);
System.out.println(t.getCelsius() + " " + t.getFahrenheit());

0.0
22.5 72.5

45 reddedildi, alan varsayılan 0.0’da kaldı. getFahrenheit bir alan değil, alandan hesaplanan bir değer; ayrıca saklamaya gerek yok.

Referans değişkenler

Primitive bir değişken değerin kendisini tutar. Nesne değişkeni ise nesnenin referansını (bellekteki yerini) tutar.

Account a = new Account();
a.deposit(100);
Account b = a;              // referans kopyalandı, nesne değil
b.deposit(50);
System.out.println(a.getBalance() + " " + b.getBalance());
System.out.println(a == b);
Account c = new Account();
c.deposit(150);
System.out.println(a == c);

150.0 150.0
true
false

a ──┐
    ├──► [Account: balance 150.0]
b ──┘
c ─────► [Account: balance 150.0]     başka bir nesne

== nesnelerde içeriğe değil, aynı nesne olup olmadığına bakar. a ve c’nin bakiyeleri eşit ama farklı nesneler: false. (String’lerde equals kullanmamızın sebebi de bu.)

null

Hiçbir nesneyi göstermeyen referansın değeri null’dır. null bir referans üzerinden metot çağırmak programı çökertir:

Account n = null;
n.deposit(10);

NullPointerException

Kod derlenir, çünkü derleyici sadece tipe bakar (Account’ta deposit var). Hata çalışma anında çıkar.

static ile örnek metodu farkı

main static’tir; bir nesneye ait değildir. Örnek metotları ise bir nesneye aittir. Bu yüzden main’den örnek metodu bir nesne üzerinden çağrılır:

Acc a = new Acc();
System.out.println(Acc.getBalance());     // sınıf adıyla: HATALI

Main2.java:8: error: non-static method getBalance() cannot be referenced from a static context

Doğrusu a.getBalance(). Kimin bakiyesi? a’nın. Sınıfın tek bir bakiyesi yok; her nesnenin kendisi var. Bütün nesnelerin paylaştığı static alanları 12. haftada göreceksin.

Çözümlü örnek: sınıf yazma sorusu

Soru: “Rectangle sınıfı yaz: private int width ve height, set metotları, getWidth(), alanı ve çevreyi döndüren metotlar.”

class Rectangle {
    private int width, height;
    public void setWidth(int w) { width = w; }
    public void setHeight(int h) { height = h; }
    public int getWidth() { return width; }
    public int area() { return width * height; }
    public int perimeter() { return 2 * (width + height); }
}

Puanlama genelde şöyle: alanların private tanımı, her metodun doğru başlığı (dönüş tipi!), gövdede doğru formül, main’de new ile nesne oluşturup metotları nokta ile çağırmak. 3’e 4’lük bir dikdörtgende alan 12, çevre 14 çıkar.

Sık yapılan hatalar

Counter c1 = new Counter();
Counter c2 = new Counter();
c1.increment();
c1.increment();
c2.increment();
System.out.println(c1.getCount() + " " + c2.getCount());

Counter c3 = new Counter();
Counter c4 = c3;
c3.increment();
c4.increment();
c4.increment();
System.out.println(c3.getCount());

Account a = new Account();
a.deposit(300);
a.withdraw(100);
a.withdraw(250);
a.deposit(-20);
System.out.println(a.getBalance());

Dog d = new Dog();
System.out.println(d.name + " " + d.age);

class Box {
    private int size = 1;
    public void setSize(int s) { if (s > 0) size = s; }
    public int getSize() { return size; }
    public int volume() { return size * size * size; }
}
// in main:
Box bx = new Box();
bx.setSize(4);
bx.setSize(-2);
System.out.println(bx.getSize() + " " + bx.volume());

Account p = new Account();
Account q = new Account();
p.deposit(100);
q = p;
q.deposit(25);
p = new Account();
p.deposit(5);
System.out.println(p.getBalance() + " " + q.getBalance());

Rectangle r = new Rectangle();
r.setWidth(3);
r.setHeight(4);
System.out.println(r.area() + " " + r.perimeter());
r.setWidth(r.getWidth() * 2);
System.out.println(r.area());

class Light {
    private boolean on;
    public void toggle() { on = !on; }
    public boolean isOn() { return on; }
}
// in main:
Light l = new Light();
l.toggle();
l.toggle();
l.toggle();
System.out.println(l.isOn());

Account n = null;
n.deposit(10);