Paket Yönetimi ve Derleme Araçları

Önceki ders, bir başlığın görünürlüğünü azaltmanın bedelini nesne başına ayırmaya taşıdığını gösterdi, ama kazanılan derleme süresini tahminle anlattı. Bu ders o tahmini bir sayıya çeviriyor: değişen bir başlık kaç birimi yeniden derletiyor? Aynı soru bir projenin dışarıdan getirdiği kütüphaneler için de sorulur; çünkü bir kütüphane de sonunda birkaç başlıktır. Süre basılmaz. Ölçülen sayı, bir değişikliğin yeniden derlettiği çeviri birimi sayısıdır. M10/K03’ten bir ayrım: sayı ölçünün kendisi değil, kanıt aracıdır. Burada da sayı sınıflandırmanın kanıtıdır; ölçü sorusunun yanıtı bir sınıf adıdır ve bu dersin yanıtı derlemedir.

Bağımlılık Tablosu

Bir derleme sistemi işini tek bir tabloya dayandırır: her birim hangi başlıkları içeriyor? Bir dosya değişince, o dosyayı içeren birimler eskimiş sayılır; ötekilere dokunulmaz. Sistemin adı ve yapılandırma dili bu dersin konusu değil, tablonun kendisi konusu. Tabloyu sade C++ ile kurabiliriz: birim adı ve içerdiği başlıkların listesi.

// bagimlilik.hpp — birim ve icerdigi basliklar tablosu
#pragma once
#include <string>
#include <vector>

struct Birim {
    std::string ad;
    std::vector<std::string> basliklar;
};

inline int yeniden(const std::vector<Birim>& birimler, const std::string& degisen) {
    int sayi = 0;
    for (const auto& b : birimler) {
        if (b.ad == degisen) {
            ++sayi;
            continue;
        }
        for (const auto& h : b.basliklar) {
            if (h == degisen) {
                ++sayi;
                break;
            }
        }
    }
    return sayi;
}

yeniden her birime bakar. Birimin kendi kaynağı değiştiyse onu sayar; değilse başlık listesinde değişen dosyayı arar ve ilk eşleşmede durur. Aynı başlık bir birimde iki kez geçse bile birim bir kez sayılır, çünkü bir birim bir kez derlenir. Dolaylı içermeler de tabloya yazıldığı sürece bu sayıma girer; bir başlığın getirdiği başlık, listeye yazılmış başlıktan farksızdır.

Sürüm Sabitleme ve Kilit Dosyası

Dışarıdan gelen bir kütüphaneyi bir paket yöneticisi getirir. Projenin ona bağımlılığı bir sürüm aralığıyla yazılır: “1.0.0 dahil, 2.0.0 hariç”. Aralık bir söz verir, tek bir sürümü göstermez. Kayıt yeni bir sürüm yayımladığında aynı aralık başka bir sürüme çözülür. Sürüm sabitleme bu kaymayı keser: çözülen sürüm bir kilit dosyasına yazılır ve sonraki kurulumlar aralığı yeniden çözmek yerine kilitteki sürümü kullanır.

Bir ayrım gerekiyor. Kilit dosyası, bu kursun eşzamanlılık bölümündeki dışlama kilidiyle yalnızca adı paylaşır. Dışlama kilidi çalışan iş parçacıklarını sıraya sokar; kilit dosyası ise diskte duran bir kayıttır ve hiçbir şeyi engellemez, yalnızca hangi sürümün kurulduğunu hatırlar.

// surum.hpp — surum araligi ve kilit dosyasi modeli
#pragma once
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

// Surum 130, 1.3.0 olarak kodlanir; kayit yayimlanmis surumlerin listesidir.
inline int coz(const std::vector<int>& kayit, int alt, int ust) {
    int secilen = -1;
    for (int s : kayit) {
        if (s >= alt && s < ust && s > secilen) secilen = s;
    }
    return secilen;
}

using KilitDosyasi = std::map<std::string, int>;

inline int kur(const KilitDosyasi& kilit, const std::string& paket,
               const std::vector<int>& kayit, int alt, int ust) {
    auto it = kilit.find(paket);
    if (it != kilit.end()) return it->second;
    return coz(kayit, alt, ust);
}

coz aralıktaki en yüksek sürümü seçer. kur önce kilide bakar; paket kilitteyse aralığı hiç çözmez. Kilit boşsa kurulum aralığa güvenir ve sonucu kaydın o anki haline bağlar. Yeniden üretilebilir kurulum bu farka dayanır: kilitteki sürüm kayıtta durduğu sürece, aynı kilit dosyası kayıt değişse de aynı sürümü verir.

Yalnız Başlıktan Oluşan Kütüphane

Bir şablon kütüphanesi çoğu zaman yalnız başlıktan oluşan kütüphanedir (header-only library). Sebebi kursun ilk dersinde görüldü: derleyici şablonu her kullanım yerinde tipi yerine koyarak üretir, bu yüzden gövde kullanan her birimde görünür olmak zorundadır. Her tip için ayrı gövde üretilir ve bu üretim, o başlığı içeren her birimin derleme süresine yazılır. Gövde başlıkta durduğu için kütüphanenin içindeki bir değişiklik, başlığı içeren birimlerin hepsini eskitir.

Derlenmiş bir kütüphane başka bir düzen kurar. Başlık yalnızca arayüzü bildirir; gövde tek bir .cpp dosyasında durur. Gövdedeki değişiklik tek birimi yeniden derletir. Ancak bu düzen, önceki dersin açık somutlaştırmasındaki gibi yalnızca önceden seçilmiş tipler için çalışır. Her tipe açık bir kütüphane, şablon olmaktan çıkar.

// olcum.cpp — degisen baslik kac birimi yeniden derletiyor
#include <iostream>

#include "bagimlilik.hpp"
#include "surum.hpp"

int main() {
    std::vector<Birim> birimler = {
        {"giris.cpp", {"ortak.hpp"}},
        {"hesap.cpp", {"ortak.hpp"}},
        {"rapor.cpp", {"ortak.hpp", "ozel.hpp"}},
    };
    std::cout << "degisen baslik derleme ortak=" << yeniden(birimler, "ortak.hpp")
              << " ozel=" << yeniden(birimler, "ozel.hpp") << "\n";

    std::vector<int> kayit = {100, 110, 130};
    KilitDosyasi kilit;
    int ilk = kur(kilit, "sayac", kayit, 100, 200);
    kilit["sayac"] = ilk;
    kayit.push_back(140);
    kayit.push_back(210);
    int kilitsiz = kur(KilitDosyasi{}, "sayac", kayit, 100, 200);
    int kilitli = kur(kilit, "sayac", kayit, 100, 200);
    std::cout << "surum sabitleme ilk=" << ilk << " kilitsiz=" << kilitsiz
              << " kilitli=" << kilitli << "\n";

    std::vector<Birim> yalniz = {
        {"giris.cpp", {"ortak.hpp", "kutuphane.hpp"}},
        {"hesap.cpp", {"ortak.hpp", "kutuphane.hpp"}},
        {"rapor.cpp", {"ortak.hpp", "ozel.hpp", "kutuphane.hpp"}},
        {"cizim.cpp", {"kutuphane.hpp"}},
    };
    std::vector<Birim> derlenmis = {
        {"giris.cpp", {"ortak.hpp", "arayuz.hpp"}},
        {"hesap.cpp", {"ortak.hpp", "arayuz.hpp"}},
        {"rapor.cpp", {"ortak.hpp", "ozel.hpp", "arayuz.hpp"}},
        {"cizim.cpp", {"arayuz.hpp"}},
        {"kutuphane.cpp", {"arayuz.hpp"}},
    };
    std::cout << "yalniz baslik govde=" << yeniden(yalniz, "kutuphane.hpp")
              << " derlenmis govde=" << yeniden(derlenmis, "kutuphane.cpp")
              << " arayuz=" << yeniden(derlenmis, "arayuz.hpp") << "\n";
    return 0;
}

degisen baslik derleme ortak=3 ozel=1
surum sabitleme ilk=130 kilitsiz=140 kilitli=130
yalniz baslik govde=4 derlenmis govde=1 arayuz=5

EB30. İlk satır bağımlılık tablosunun sonucudur: ortak.hpp değişince üç birimin üçü de yeniden derlenir (ortak=3), ozel.hpp değişince yalnızca rapor.cpp (ozel=1). Aynı kod tabanında iki başlığın bedeli üçe bir farkla ayrışır; fark başlığın büyüklüğünden değil, kaç birimin onu içerdiğinden gelir.

EB31. İkinci satırda ilk=130: kayıt henüz 100, 110 ve 130 sürümlerini taşırken aralık 130’a çözüldü ve sonuç kilide yazıldı. Kayda 140 ve aralığın dışında kalan 210 eklendi. Kilitsiz kurulum 140’ı seçti (kilitsiz=140), çünkü 210 aralıkta değil; kilitli kurulum hâlâ 130 verdi (kilitli=130).

EB32. Yukarıdaki iki kurulum aynı projenin iki koşumudur ve arada tek fark kaydın değişmesidir. Kilitli olan değişmedi, kilitsiz olan kaydı. Bu çıktı sürüm numarasının kendisini değil, aralığın kaymasını gösterir; 130 ve 140 yalnızca modelin kodlamasıdır.

EB33. Üçüncü satırda yalnız başlıktan oluşan kütüphanenin gövdesi değişince dört birimin dördü yeniden derlenir (govde=4). Derlenmiş kütüphanede aynı gövde değişikliği tek birimi, kutuphane.cpp’yi eskitir (govde=1).

EB34. arayuz=5: derlenmiş kütüphanenin yalnızca bildirimleri taşıyan başlığı değişirse, onu içeren dört birimin yanında kutuphane.cpp de yeniden derlenir. Derlenmiş düzen gövde değişikliğini tek birime indirir, arayüz değişikliğini indirmez.

EB35. Dört ve beş birimlik tablolar kurulumdan çıkar, ölçülen bir derleme değildir. Sayı, tabloya yazdığımız içermelere bağlıdır; gerçek bir projede dolaylı içermeler eksik yazılırsa sayı olduğundan küçük çıkar. Model bu yüzden bir sayım örneğidir, derleme süresi hakkında bir şey söylemez.

Sınırlayıcı Ölçüm

Bu dersin ölçtüğü düzenek, değişen bir başlığın yeniden derlettiği birim sayısıdır. Sınır, yalnız başlıktan oluşan şablon kütüphanesindedir. Kütüphane bir şablon taşıdığında gövdesi başlıkta durmak zorundadır ve onu içeren her birim gövdeyi kendi içinde yeniden üretir. Kütüphanenin gövdesinde yapılan en küçük değişiklik de bu yüzden dört birimin dördünü eskitir: govde=4. Derlenmiş kütüphanede aynı değişiklik govde=1 verir.

Yani şablonun bedeli, kursun başında görülen gövdenin her birimde görünmesi, derlemeye geri döner. Şablon kullanıcıya her tip için çalışma özgürlüğü verir; karşılığında gövde başlıkta kalır ve her değişiklik içeren birimlerin sayısıyla çarpılır. Her kütüphaneyi derlenmiş hâle getirmek genel bir çözüm değildir, çünkü derlenmiş düzen şablonun tipten bağımsızlığını yalnızca açık somutlaştırılan tiplerle sınırlar. Seçim, bir ödünleşimdir: gövde sık değişiyor ve başlık çok birime görünüyorsa derlenmiş düzen kazandırır; gövde nadiren değişiyorsa yalnız başlıktan oluşan düzenin sadeliği yeter.

Sayının yeri de önemlidir. govde=4 bir ölçünün yanıtı değildir; yanıt, düzeneğin derleme sınıfına girdiğidir. Sayı bu sınıflandırmanın kanıtıdır: bedel çalışan programda değil, programı kurmadan önce ödeniyor. Bu dersin düzenekleri koşum, bellek ya da bekleme sınıfında satır doğurmaz; hepsi derleme sınıfındadır.

Özet

• Bu dersin ölçtüğü düzenek bedeli derleme sınıfına taşır: değişen bir başlık, onu içeren her birimi yeniden derletir.
• Bağımlılık tablosu ortak=3 ozel=1 verdi: aynı projede iki başlığın bedeli, kaç birim tarafından içerildiğine göre ayrışır.
• Sürüm aralığı bir söz verir, kilit dosyası bir sürüm hatırlar: kilitsiz=140 iken kilitli=130, yani yeniden üretilebilir kurulum kilide bağlıdır. Kilit dosyası dışlama kilidinden ayrıdır.
• Yalnız başlıktan oluşan kütüphane gövde değişince govde=4 birimi eskitir; derlenmiş kütüphane govde=1 eskitir, ama arayüz değişince arayuz=5.
• Şablonun bedeli, gövdenin her birimde görünmesi, derlemeye geri döner; derlenmiş düzen bunu ancak önceden seçilmiş tiplerle azaltabilir.

Kurs Kapanışı

Bu kurs boyunca on iki düzeneği aynı soruyla ölçtük: bedel nereye ödeniyor? Aşağıdaki tablo her dersin ölçtüğü düzeneği, bedelin gittiği yeri ve o dersin sınırlayıcı ölçümünü özetliyor.

Ders	Ölçülen düzenek	Bedel nereye	Sınırlayıcı ölçüm
Fonksiyon ve Sınıf Şablonları	Şablon somutlaştırma	derleme	const int argümanı yeni gövde doğurmaz
Şablon Özelleştirme	bool özelleştirmesi	bellek	Okuma başına iki adım: bedel koşuma döner
Değişken Sayıda Şablon Parametresi	Özyinelemeli paket açma	derleme	Yeni tip listesi yeni gövde doğurur
Tip Özellikleri	if constexpr ile seçim	derleme	volatile argümanla hesap koşuma geçer: adim=10
Aşırı Yükleme Çözümlemesi ve SFINAE	void_t ile algılama	derleme	Gövdedeki hata elenmez, derlemeyi durdurur
Statik Çok Biçimlilik	CRTP ile gönderim	derleme	Karışık koleksiyon std::variant ister
İş Parçacıkları ve Kilitler	Kilitli sayaç	bekleme	Yerel toplam kilit alımını 4’e indirir
Bellek Modeli	release/acquire yayını	bekleme	Her eleman atomik olursa eşgüdüm 1000 olur
Önbellek Dostu Veri Düzeni	Yalnız x alanı	bellek	Üç alan birlikte okununca tablo tersine döner: aos=0/11
Profilleme ve Karşılaştırmalı Ölçüm	Araçlı profil	koşum	Tembel tabloda ilk çağrı 110, ikinci 10 adım
Derleme Süresi Yönetimi	Gizleme deyimi	koşum	Taşıma 0, kopya 1 ayırma
Paket Yönetimi ve Derleme Araçları	Değişen başlık	derleme	Yalnız başlıktan oluşan kütüphane her birimi eskitir

6 derleme · 2 koşum · 2 bellek · 2 bekleme; derlemede ödenen 6, koşumda ödenen 6. Bu dağılım kursun başında kurulan çekirdeğin dağılımıyla birebir aynıdır: altı düzenek bedeli derlemeye yazar, altısı programı çalıştırırken tahsil eder. Gövdenin her birimde görünmesi, kursun ilk dersinde şablonun bedeliydi; bu derste aynı bedel değişen başlık başına birim sayısı olarak geri geldi.

Bu ders M11’in son dersidir; M11 burada kapanır.