Polimorfizm

Polimorfizm, nesneye yönelik programlamanın önemli kavramlarından biridir ve sözlük anlamı olarak "bir çok şekil" anlamına gelmektedir. Polimorfizm ile kalıtım konusu iç içedir. Kalıtım konusunu geçen bölüm incelenmişti; kalıtım konusunda iki taraf bulunmaktadır, ana sınıf ve bu sınıftan türeyen alt sınıf/sınıflar.  (yorum ekle)

6.1. Detaylar

Alt sınıf, türetildiği ana sınıfa ait tüm özellikleri alır; yani, ana sınıf ne yapıyorsa türetilen alt sınıfta bu işlemlerin aynısını yapabilir ama türetilen alt sınıfların kendilerine ait bir çok yeni özelliği de olabilir. Ayrıca türetilen alt sınıfa ait nesnenin, ana sınıf tipindeki referansa bağlamanın yukarı doğru (upcasting) işlemi olduğu geçen bölüm incelenmişti. Burada anlatılanları bir örnek üzerinde açıklarsak; (yorum ekle)

Örnek: PolimorfizmOrnekBir.java (yorum ekle)

class Asker {

 public void selamVer() {

      System.out.println("Asker Selam verdi");

 }

} 

class Er extends Asker {

 public void selamVer() {

      System.out.println("Er Selam verdi");

 }

}

class Yuzbasi extends Asker {

 public void selamVer() {

      System.out.println("Yuzbasi Selam verdi");

 }

}

public class PolimorfizmOrnekBir {

 public static void hazirOl(Asker a) {

      a.selamVer(); // ! Dikkat !

 }

 public static void main(String args[]) {

      Asker a = new Asker();

      Er e = new Er();

      Yuzbasi y = new Yuzbasi();

      hazirOl(a); // yukarı cevirim ! yok !

      hazirOl(e); // yukarı cevirim (upcasting) 

     hazirOl(y); // yukarı cevirim (upcasting)

 }

}

Yukarıdaki örnekte üç  kavram mevcuttur, bunlardan biri yukarı çevirim (upcasting) diğeri polimorfizm ve son olarak da geç bağlama (late binding). Şimdi yukarı çevirim ve polimorfizm kavramlarını açıklayalım. Bu örneğimizde ana sınıf Asker sınıfıdır; bu sınıfdan türeyen sınıflar ise Er ve Yuzbasi sınıflarıdır. Bu ilişki "bir" ilişkisidir ; (yorum ekle)

·       Er bir Askerdir, veya 

·       Yüzbası bir Askerdir, diyebiliriz. 

Yani Asker sınıfının yaptığı her işi Er sınıfı veya Yuzbasi sınıfı da yapabilir artı türetilen bu iki sınıf kendisine has özellikler taşıyabilir, Asker sınıfı ile Er ve Yuzbasi sınıflarının arasında kalıtımsal bir ilişki bulunmasından dolayı, Asker tipinde parametre kabul eden hazirOl() yordamına Er ve Yuzbasi tipindeki referansları paslayabildik, bu özelliğinde yukarı çevirim (upcasting) olduğunu geçen bölüm incelenmişti. (yorum ekle)

Polimorfizm ise hazirOl() yordamının içerisinde gizlidir. Bu yordamın (method) içerisinde Asker tipinde olan a referansı kendisine gelen 2 değişik nesneye (Er ve Yuzbasi) bağlanabildi; bunlardan biri Er diğeri ise Yuzbasi’dır. Peki bu yordamın içerisinde neler olmaktadır? Sırası ile açıklarsak; ilk önce Asker nesnesine bağlı Asker tipindeki referansı, hazirOl() yordamına parametre olarak gönderiyoruz, burada herhangi bir terslik yoktur çünkü hazirOl() yordamı zaten Asker tipinde parametre kabul etmektedir. (yorum ekle)

Burada dikkat edilmesi gereken husus, hazirOl() yordamının içerisinde Asker tipindeki yerel a değişkenimizin, kendi tipinden başka nesnelere de (Er ve Yuzbasi) bağlanabilmesidir; yani, Asker tipindeki yerel a değişkeni bir çok şekle girmiş bulunmaktadır. Aşağıdaki ifadelerin hepsi doğrudur: (yorum ekle)

·       Asker a = new Asker() ;

·       Asker a = new Er();

·       Asker a = new Yuzbasi();

Yukarıdaki ifadelere, Asker tipindeki a değişkenin açısından bakarsak, bu değişkenin bir çok nesneye bağlanabildiğini görürüz, bu özellik polimorfizm 'dir -ki bu özelliğin temelinde kalıtım (inheritance) yatar. Şimdi sıra geç bağlama (late binding) özelliğinin açıklanmasında.... (yorum ekle)

6.2. Geç Bağlama (Late Binding)

Polimorfizm olmadan, geç bağlamadan bahsedilemez bile, polimorfizm ve geç bağlama (late binding) bir elmanın iki yarısı gibidir. Şimdi kaldığımız yerden devam ediyoruz, Er nesnesine bağlı  Er tipindeki referansımızı (e) hazirOl() yordamına parametre olarak gönderiyoruz. (yorum ekle)

Gösterim-6.1:

hazirOl(e); // yukari dogru cevirim (upcasting)

Bu size ilk başta hata olarak gelebilir, ama arada kalıtım ilişkisinden dolayı (Er bir Askerdir) nesneye yönelik programlama çerçevesinde  bu olay doğrudur. En önemli kısım geliyor; şimdi, hangi nesnesin selamVer() yordamı çağrılacaktır? Asker nesnesinin mi? Yoksa Er nesnesinin mi ? Cevap: Er nesnesinin selamVer() yordamı çağrılacaktır. Çünkü Asker tipindeki yerel değişken (a) Er nesnesine bağlanmıştır. Eğer Er nesnesinin selamVer() yordamı olmasaydı o zaman Asker nesnesine ait olan selamVer() yordamı çağrılacaktı fakat Er sınıfının içerisinde, ana sınıfa ait olan (Asker sınıfı) selamVer() yordamı iptal edildiğinden (override) dolayı, Java,  Er nesnesinin selamVer() yordamını çağırılacaktır. Peki hangi nesnesinin selamVer() yordamının çağrılacağı ne zaman belli olur? Derleme anında mı  (compile-time)? Yoksa çalışma anında mı (run-time)? Cevap; çalışma anında (run-time). Bunun sebebi, derleme anında hazirOl() yordamına  hangi tür nesneye ait referansın gönderileceğinin belli olmamasıdır. (yorum ekle)

Son olarak,  Yuzbasi nesnesine bağlı  Yuzbasi tipindeki referansımızı hazirOl() yordamına parametre olarak gönderiyoruz. Artık bu bize şaşırtıcı gelmiyor... devam ediyoruz. Peki şimdi hangi nesneye ait selamVer() yordamı çağrılır? Asker nesnesinin mi? Yoksa Yuzbasi nesnesinin mi? Cevap Yuzbasi nesnesine ait olan selamVer() yordamının çağrılacağıdır çünkü Asker tipindeki yerel değişkenimiz heap alanındaki Yuzbasi nesnesine bağlıdır ve selamVer() yordamı Yuzbasi sınıfının içerisinde iptal edilmiştir (override). Eğer selamVer() yordamı Yuzbasi sınıfının içerisinde iptal edilmeseydi o zaman Asker sınıfına ait (ana sınıf) selamVer() yordamı çağrılacaktı. Aynı şekilde Java hangi nesnenin selamVer() yordamının çağrılacağına çalışma-anında (run-time) da karar verecektir yani geç bağlama özelliği devreye girmiş olacaktır. Eğer bir yordamın hangi nesneye ait olduğu çalışma anında belli oluyorsa bu olaya geç bağlama (late-binding) denir. Bu olayın tam tersi ise erken bağlamadır (early binding); yani, hangi nesnenin hangi yordamının çağrılacağı derleme anında bilinmesi. Bu örneğimiz çok fazla basit olduğu için, "Niye !  derleme anında hangi sınıf tipindeki referansın hazirOl() yordamına paslandığını bilemeyelim ki, çok kolay, önce Asker sınıfına ait bir referans sonra Er sınıfına ait bir referans ve en son olarak da Yuzbasi sınıfına ait bir referans bu yordama parametre olarak gönderiliyor işte..." diyebilirsiniz ama aşağıdaki örneğimiz için aynı şeyi söylemeniz bu kadar kolay olmayacaktır (yorum ekle)

Örnek:  PolimorfizmOrnekIki.java  (yorum ekle)

class Hayvan {

  public void avYakala() {

      System.out.println("Hayvan avYakala");

  }

}

class Kartal extends Hayvan {

  public void avYakala() {

      System.out.println("Kartal avYakala");

  }

}

class Timsah extends Hayvan{

  public void avYakala() {

      System.out.println("Timsah avYakala");

  }

}

public class PolimorfizmOrnekIki {

  public static Hayvan rasgeleSec() {

      int sec = ( (int) (Math.random() *3) ) ;

      Hayvan h = null ;

      if (sec == 0) h = new Hayvan();

      if (sec == 1) h = new Kartal();

      if (sec == 2) h = new Timsah();

      return h;

  }

  public static void main(String args[]) {

      Hayvan[] h = new Hayvan[3];

      // diziyi doldur

      for (int i = 0 ; i < 3 ; i++) {

        h[i] = rasgeleSec(); //upcasting

      }

      // dizi elemanlarini ekrana bas

      for (int j = 0 ; j < 3 ; j++) {

        h[j].avYakala(); // !Dikkat!

      }

  } 

}

 Yukarıdaki örnekte bulunan kalıtım (inheritance) ilişkisini, UML diyagramında gösterirsek:

Şekil-6.1. Kalıtım, Polimorfizm ve Geç Bağlama

PolimorfizmOrnekIki.java örneğimizde rasgeleSec() yordamı, rasgele Hayvan nesneleri oluşturup geri döndürmektedir. Geri döndürülen bu Hayvan nesneleri, Hayvan tipindeki dizi içerisine atılmaktadır. Hayvan dizisine atılan Kartal ve Timsah nesnelerine Java’nın kızmamasındaki sebep kalıtımdır. Kartal bir Hayvan'dır diyebiliyoruz aynı şekilde Timsah bir Hayvandır diyebiliyoruz; olaylara bu açıdan bakarsak Hayvan tipindeki dizi içerisine eleman atarken yukarı çevirim (upcasting) olduğunu fark edilir. (yorum ekle)

Geç bağlama ise, Hayvan dizisinin içerisindeki elemanlara ait avYakala() yordamını çağırırken karşımıza çıkar. Buradaki ilginç nokta hangi nesnenin avYakala() yordamının çağrılacağının derleme anında (compile-time) bilinemiyor olmasıdır. Nasıl yani diyenler için konuyu biraz daha açalım. rasgeleSec() yordamını incelersek, Math.random() yordamının her seferinde 0 ile 2 arasında rasgele sayılar ürettiği görülür. Bu üretilen sayılar doğrultusunda Hayvan nesnesi Kartal nesnesi veya Timsah nesnesi döndürülebilir; bu sebepten dolayı uygulamamızı her çalıştırdığımızda Hayvan tipindeki dizinin içerisine değişik tipteki nesnelerin, değişik sırada olabilecekleri görülür. Örneğin PolimorfizmIki uygulamamızı üç kere üst üste çalıştırıp çıkan sonuçları inceleyelim; Uygulamamızı  çalıştırıyorum. (yorum ekle)        

Gösterim-6.2:

java  PolimorfizmIki 

Uygulamanın çıktısı aşağıdaki gibidir;

Kartal avYakala

Hayvan avYakala

Kartal avYakala

Aynı uygulamamızı tekrardan çalıştırıyorum;

Timsah avYakala

Timsah avYakala

Hayvan avYakala

Tekrar çalıştırıyorum;

Timsah avYakala

Hayvan avYakala

Kartal avYakala

Görüldüğü üzere dizi içerisindeki elemanlar her sefersinde farklı  olabilmektedir, dizi içerisindeki elemanlar ancak çalışma anında (runtime) belli oluyorlar. h[j].avYakala() derken, derleme anında (compile-time) hangi nesnenin avYakala() yordamının çağrılacağını Java tarafından bilinemez, bu olay ancak çalışma anında (run-time) bilinebilir. Geç bağlama özelliği bu noktada karşımıza çıkar. Geç bağlamanın (late-binding) diğer isimleri, dinamik bağlama (dynamic-binding) veya çalışma anında bağlamadır. (runtime-binding). (yorum ekle)

6.3. Final ve Geç Bağlama

5. bölümde, final özelliğinin kullanılmasının iki sebebi olabileceğini belirtmiştik. Bunlardan bir tanesi tasarım diğeri ise verimliliktir. Verimlilik konusu geç bağlama (late binding) özelliği ile aydınlamış bulunmaktadır, şöyle ki, eğer biz bir sınıfı final yaparsak, bu sınıfa ait tüm yordamları final yapmış oluruz veya eğer istersek tek başına bir yordamı da final yapabiliriz. Bir yordamı final yaparak şunu demiş oluruz, bu yordam, türetilmiş olan alt sınıfların içerisindeki diğer yordamlar tarafından iptal edilemesin (override) Eğer bir yordam iptal edilemezse o zaman geç bağlama (late binding) özelliği de ortadan kalkar. (yorum ekle)

Uygulama içerisinde herhangi bir nesneye ait  normal bir yordam  (final olmayan) çağrıldığında, Java, acaba doğru nesnenin uygun yordam mu çağrılıyor diye bir kontrol yapar, daha doğrusu geç bağlamaya (late-binding) ihtiyaç var mı kontrolü yapılır. Örneğin Kedi sınıfını göz önüne alalım. Kedi sınıfı final olmadığından dolayı bu sınıftan türetilme yapabiliriz. (yorum ekle)

 Örnek:  KediKaplan.java  (yorum ekle)

class Kedi {

    public void yakalaAv() {

        System.out.println("Kedi sinifi Av yakaladi");

    }

}

class Kaplan extends Kedi {

  public static void goster(Kedi k) {

      k.yakalaAv(); 

  }

  public void yakalaAv() {

        System.out.println("Kaplan sinifi Av yakaladi");

  }

  public static void main(String args[] ) {

        Kedi k = new Kedi() ;

        Kaplan kp = new Kaplan();

        goster(k); 

        goster(kp); // yukari dogru cevirim (upcasting)       

  }  

}

Kaplan sınıfına ait statik bir yordam olan goster()  yordamının içerisinde Kedi tipindeki k yerel değişkene bağlı olan nesnenin, yakalaAv() yordamı çağrılmaktadır ama hangi nesnenin yakalaAv() yordamı? Kedi nesnesine ait olan mı? Yoksa Kaplan nesnesine ait olan mı? Java,  yakalaAv() yordamını çağırmadan evvel geç bağlama (late-binding)  özelliğini devreye sokarak, doğru nesneye ait uygun yordamı çağırmaya çalışır tabii bu işlemler sırasından verimlilik düşer. Eğer biz Kedi sınıfını final yaparsak veya sadece yakalaAv() yordamını final yaparsak geç bağlama özelliğini kapatmış oluruz böylece verimlilik artar. (yorum ekle)

  Örnek:  KediKaplan2.java (yorum ekle)

class Kedi2 {

      public final void yakalaAv() {

        System.out.println("Kedi sinifi Av yakaladi");

      }

}

class Kaplan2 extends Kedi2 {

  public static void goster(Kedi2 k) {

      // k.yakalaAv(); // ! dikkat !

  }

  /* iptal edemez 

  public void yakalaAv() {

      System.out.println("Kaplan sinifi Av yakaladi");

  }

  */

  public static void main(String args[] ) {

        Kedi2 k = new Kedi2() ;

        Kaplan2 kp = new Kaplan2();

        goster(k); 

        goster(kp); 

      } 

}

KediKaplan2.java örneğimizde, yakalaAv() yordamını final yaparak, bu yordamın Kaplan sınıfının içerisinde iptal edilmesini engelleriz; yani, geç bağlama (late binding) özelliği kapatmış oluruz. (yorum ekle)

6.4. Neden Polimorfizm? 

Neden polimofizm sorusuna yanıt aramadan evvel, polimorfizm özelliği olmasaydı olayların nasıl gelişeceğini önce bir görelim. Nesneye yönelik olmayan  programlama dillerini kullanan kişiler için aşağıdaki örneğimiz gayet normal gelebilir. mesaiBasla() yordamının içerisindeki if-else ifadelerine dikkat lütfen. (yorum ekle)

Örnek:  IsYeriNon.java (yorum ekle)

class Calisan {

      public String pozisyon = "Calisan";

      public void calis() {

      }

}

class Mudur  {

      public String pozisyon = "Mudur";

      public Mudur () { // yapılandırıcı

               pozisyon = "Mudur" ;

      }

      public void calis() {  // iptal etme (override)

               System.out.println("Mudur Calisiyor");

      }

}

class Programci {

      public String pozisyon = "Programci";

      public  Programci() {  // yapılandırıcı

               pozisyon = "Programci" ;

      }

      public void calis() { // iptal etme (override)

               System.out.println("Programci Calisiyor");

      }

}

class Pazarlamaci {

      public String pozisyon = "Pazarlamaci";

      public  Pazarlamaci() { // yapilandirici

               pozisyon = "Pazarlamaci" ;

      }

      public void calis() {  // iptal etme (override)

               System.out.println("Pazarlamaci Calisiyor");

      }

}

public class IsYeriNon {

      public static  void mesaiBasla(Object[] o ) {

          for ( int i = 0 ; i < o.length ; i++ ) {

            if ( o[i] instanceof Calisan ) {

                Calisan c = (Calisan) o[i] ; //aşağıya çevirim

                 c.calis();

              } else if ( o[i] instanceof Mudur ) {

                 Mudur m = (Mudur) o[i] ; //aşağıya çevirim

                 m.calis();

              } else if ( o[i] instanceof Programci ) {

                  Programci p = (Programci) o[i] ; //aşağıya çevirim

                 p.calis();

            } else if ( o[i] instanceof Pazarlamaci ) {

                  Pazarlamaci paz = (Pazarlamaci) o[i]; //aşağıya çevirim

                 paz.calis();

            } 

              //...

          }

       }

      public static void main(String args[]) {

          Object[] o = new Object[4];

          o[0] = new Calisan();     // yukarı cevirim (upcasting)

          o[1] = new Programci();   // yukarı cevirim (upcasting)

          o[2] = new Pazarlamaci(); // yukarı cevirim (upcasting)

          o[3] = new Mudur();    // yukarı cevirim (upcasting)

          mesaiBasla(o);

      }

}

Yukarıdaki örneğimizde nesneye yönelik programlamaya yakışmayan davranıştır (OOP), mesaiBasla() yordamının içerisinde yapılmaktadır. Bu yordamımızda,  dizi içerisindeki elemanların teker teker hangi tipte oldukları kontrol edilip, tiplerine göre calis() yordamları çağrılmaktadır. Calisan sınıfından türeteceğim her yeni sınıf için mesaiBasla() yordamının içerisinde ayrı bir if-else koşul ifade yazmak gerçekten çok acı verici bir olay olurdu. Polimorfizm  bu durumda devreye girerek, bizi bu zahmet veren işlemden kurtarır. Öncelikle yukarıdaki uygulamamızın çıktısı inceleyelim. (yorum ekle)

Programci Calisiyor

Pazarlamaci Calisiyor

Mudur Calisiyor

IsYeriNon.java örneğimizi nesneye yönelik programlama çerçevesinde tekrardan yazılırsa (yorum ekle)

Örnek:  IsYeri.java (yorum ekle)

class Calisan {

  public String pozisyon="Calisan" ;

  public void calis() {}

}

class Mudur extends Calisan {

  public Mudur () { // yapılandırıcı

      pozisyon = "Mudur" ;

  }

  public void calis() { // iptal etme (override)

      System.out.println("Mudur Calisiyor");

  }

}

class Programci extends Calisan {

  public Programci() { // yapılandırıcı

      pozisyon = "Programci" ;

  }

  public void calis() { // iptal etme (override)

      System.out.println("Programci Calisiyor");

  }

}

class Pazarlamaci extends Calisan {

  public Pazarlamaci() { // yapılandırıcı

      pozisyon = "Pazarlamaci" ;

  }

  public void calis() { // iptal etme (override)

      System.out.println("Pazarlamaci Calisiyor");

  }

}

public class IsYeri {

  public static void mesaiBasla(Calisan[] c ) {

      for (int i = 0 ; i < c.length ; i++) {

        c[i].calis(); // !Dikkat!

      }

  }

  public static void main(String args[]) {

        Calisan[] c = new Calisan[4];

        c[0] = new Calisan(); // yukarı cevirim gerekmiyor

        c[1] = new Programci(); // yukarı cevirim (upcasting)

        c[2] = new Pazarlamaci(); // yukarı cevirim (upcasting)

        c[3] = new Mudur(); // yukarı cevirim (upcasting)

        mesaiBasla(c);

  }

}

Görüldüğü üzere mesaiBasla() yordamı artık tek satır, bunu polimorfizm ve tabii  ki geç bağlamaya borçluyuz. Bu sayede artık Calisan sınıfından istediğim kadar yeni sınıf türetebilirim, yani genişletme olayını rahatlıkla yapabilirim hem de mevcut yapıyı bozmadan. Uygulamanın çıktısında aşağıdaki gibidir. (yorum ekle)

Programci Calisiyor

Pazarlamaci Calisiyor

Mudur Calisiyor

Bu uygulamadaki sınıflara ait  UML diyagramı aşağıdaki gibidir.

Şekil-6.2. Kullanılan sınıf yapısı

6.5. Genişletilebilirlik (Extensibility)

Polimorfizm sayesinde genişletebilirlik olayı çok basite indirgenmiş bulunmaktadır. Genişletebilirlik, mevcut hiyerarşiyi kalıtım yolu ile genişletmedir. Şimdi IsYeri.java örneğimizi biraz daha genişletelim; Yeni uygulamamızın adını BuyukIsYeri.java yapalım, bu uygulamamız için, sınıflara ait UML diyagramı aşağıdaki gibidir; (yorum