Veri tipleri I: primitive, string, enum ve dizi adresleme

Veri tipi, bir değer kümesi ve bu değerler üzerinde tanımlı işlemler kümesidir. Bu sayfa tiplerin “tek başına” olanlarını ve dizileri kapsar. Vizede en garanti soru: iki boyutlu dizinin adresini hesapla. Formülü bilen ve alt sınırları unutmayan herkes alır.

Altın kurallar:

1. Row-major’da satır indeksi sütun sayısıyla çarpılır, column-major’da sütun indeksi satır sayısıyla.
2. Alt sınır 0 değilse önce çıkar.
3. Emin değilsen önde kaç eleman olduğunu say. Formül zaten bunu yapar.
4. Floating-point yaklaşıktır, int taşar.

Primitive tipler

Başka tiplerle tanımlanmayan tiplerdir. Çoğu doğrudan donanıma karşılık gelir.

System.out.println('A' + 1);   // char int'e yükselir
char c = 'A'; c++;
System.out.println(c);
System.out.println(0.1 + 0.2 == 0.3);
System.out.println(0.1 + 0.2);
int x = Integer.MAX_VALUE; x++;
System.out.println(x);
byte b = (byte) 130;
System.out.println(b);

66
B
false
0.30000000000000004
-2147483648
-126

130, byte aralığına (-128..127) sığmaz; 256 çıkarılır: -126. Taşma ve yaklaşıklık iki ayrı tuzak: int sessizce sarar, double sessizce yuvarlar.

String tipleri

Tasarım soruları: (1) string primitive mi, karakter dizisi mi? (2) uzunluğu statik mi, dinamik mi?

C’de string ayrı bir tip değildir, '\0' ile biten char dizisidir. strcpy(dest, src) hedefin boyutunu kontrol etmez; taşma güvenlik açığıdır (buffer overflow). Java’da String immutable:

String s = "ab"; String t = s; s = s + "c";
System.out.println(t + " " + s);
StringBuilder sb = new StringBuilder("ab"); StringBuilder sb2 = sb;
sb.append("c");
System.out.println(sb2);
System.out.println(new String("hi") == "hi");
System.out.println(new String("hi").equals("hi"));

ab abc
abc
false
true

Enumeration ve subrange

Enumeration tipi tüm olası değerleri isimli sabitler olarak listeler. Readability artar (Day.MON, 0’dan iyidir) ve reliability artar (Java ve C#‘ta enum’a aritmetik yapılamaz, aralık dışı değer atanamaz).

enum Day { MON, TUE, WED, THU }
System.out.println(Day.WED.ordinal() + " " + Day.valueOf("THU"));

2 THU

C’de enum değerleri int’tir: MON + 1 geçerlidir, herhangi bir int bir enum değişkenine atanabilir. Güvenlik kaybı.

Subrange tipi (Ada, Pascal) bir sıralı tipin ardışık alt kümesidir: type Weekdays is range Mon..Fri;. Aralık dışına çıkışı derleyici/çalışma zamanı yakalar.

Diziler

Dizi, homojen elemanların, ilk elemana göre konumlarıyla (indis, subscript) erişilen topluluğudur. Tasarım soruları: indis tipleri neler? İndis aralığı kontrol ediliyor mu? Ne zaman bellek ayrılıyor? Jagged mı rectangular mı? Dilimleme (slice) var mı?

Dizi kategorileri

Java ve C# her erişimde indis aralığını kontrol eder; C ve C++ etmez.

int[] a = new int[3];
try { a[3] = 1; } catch (Exception e) { System.out.println(e.getClass().getSimpleName()); }

ArrayIndexOutOfBoundsException

Rectangular dizide her satırın uzunluğu aynı (Fortran, C# int[,]). Jagged dizi dizilerin dizisidir, satır uzunlukları farklı olabilir (Java int[][]).

Dizi adres hesabı

Derleyici bir elemanın adresini bir access function ile hesaplar. Tek boyut, alt sınır lb, eleman boyu size:

$\text{addr}(a[k]) = \text{base} + (k - lb)\cdot \text{size}$

İki boyutlu dizi iki şekilde belleğe yerleşir:

• Row-major (C, C++, Java, çoğu dil): satır satır. Önce satır 0’ın tüm elemanları, sonra satır 1…
• Column-major (Fortran): sütun sütun.

m satır, n sütunlu dizi için:

$\text{row-major: } \text{base} + \big((i - lb_r)\cdot n + (j - lb_c)\big)\cdot \text{size}$

$\text{column-major: } \text{base} + \big((j - lb_c)\cdot m + (i - lb_r)\big)\cdot \text{size}$

Çözümlü örnek

int A[6][9], base 3000, int 4 byte, A[4][7].

row-major:  önde 4 tam satır × 9 = 36, + bu satırda 7  → 43 eleman
            3000 + 43 × 4 = 3172
col-major:  önde 7 tam sütun × 6 = 42, + bu sütunda 4  → 46 eleman
            3000 + 46 × 4 = 3184

Alt sınırı 1 olan Fortran dizisi B(1:5, 1:10), 8 byte, base 500, B(3, 4):

alt sınırları çıkar: satır 3-1 = 2, sütun 4-1 = 3
col-major, m = 5:  3 × 5 + 2 = 17 eleman önde
500 + 17 × 8 = 636

TUZAK · n mi m mi? Row-major’da bir satırı atlamak için o satırdaki tüm sütunları atlarsın, yani n (sütun sayısı) ile çarparsın. Column-major’da bir sütunu atlamak için o sütundaki tüm satırları atlarsın, m ile çarparsın. Karıştırırsan sonuç başka bir elemanın adresi olur ve sınavda kontrol edemezsin.

Slice

Slice, bir dizinin alt yapısıdır; yeni bir veri tipi değil, var olan dizinin bir parçasına erişim yoludur. Python a[1:4], Fortran A(2:4). JavaScript’te slice yeni bir dizi kopyalar:

console.log([10, 20, 30, 40, 50].slice(1, 4));

[ 20, 30, 40 ]

Başlangıç dahil, bitiş hariç.

Associative array

Elemanları sırasız ve anahtarla (key) erişilen topluluk. Perl hash (%h), Python dict, JavaScript Map ve nesneleri, Java HashMap.

const m = new Map([["ali", 70], ["ayse", 85]]);
m.set("ali", 90); m.delete("ayse"); m.set("can", 60);
console.log([...m.keys()].join(","), m.get("ali"), m.size);

ali,can 90 2

Var olan anahtara atama değeri günceller, yeni anahtar eleman ekler. Arama hash ile yapıldığı için sıralı aramadan hızlıdır; ama “i’nci eleman” kavramı yoktur.

Sık yapılan hatalar

System.out.println('A' + 1);
char c = 'A';
c++;
System.out.println(c);

System.out.println(0.1 + 0.2 == 0.3);

int x = Integer.MAX_VALUE;
x++;
System.out.println(x);

String s = "ab";
String t = s;
s = s + "c";
System.out.println(t + " " + s);

System.out.println(new String("hi") == "hi");
System.out.println(new String("hi").equals("hi"));

int[] a = new int[3];
try { a[3] = 1; }
catch (Exception e) { System.out.println(e.getClass().getSimpleName()); }