Rust Programlama Dili

Hash Map’lerde Anahtarları ve İlişkili Değerleri Saklama

Yaygın koleksiyonlarımızın sonuncusu hash map’tir (karma eşlem). HashMap<K, V> türü, K türündeki anahtarların V türündeki değerlerle eşleşmesini bir karma (özetleme) fonksiyonu (hashing function) kullanarak saklar; bu fonksiyon, söz konusu anahtarların ve değerlerin belleğe nasıl yerleştirileceğini belirler. Pek çok programlama dili bu tür bir veri yapısını destekler ancak çoğu zaman hash, map (eşlem/harita), object (nesne), hash table (karma tablosu), dictionary (sözlük) veya associative array (ilişkisel dizi) gibi farklı adlar kullanır.

Hash map’ler, verilere vektörlerde olduğu gibi sayısal bir indeks kullanarak değil de herhangi bir türde olabilen bir anahtar üzerinden ulaşmak istediğinizde oldukça kullanışlıdır. Örneğin bir oyunda her takımın skorunu, anahtarların takım adları ve değerlerin ise her takımın skoru olduğu bir hash map’te tutabilirsiniz. Bir takımın adı verildiğinde, o takımın skoruna doğrudan ulaşabilirsiniz.

Bu bölümde hash map’lerin temel API’sini inceleyeceğiz; ancak standart kütüphanenin HashMap<K, V> üzerinde tanımladığı fonksiyonlar arasında çok daha fazla kullanışlı özellik gizlidir. Her zaman olduğu gibi, daha fazla bilgi için standart kütüphane belgelendirmesine göz atabilirsiniz.

Yeni Bir Hash Map Oluşturma

Boş bir hash map oluşturmanın bir yolu new fonksiyonunu kullanmak ve ardından insert metoduyla eleman eklemektir. Liste 8-20’de adları Mavi ve Sarı olan iki takımın skorlarını takip ediyoruz. Mavi takım 10 puanla, Sarı takım ise 50 puanla oyuna başlar.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut skorlar = HashMap::new();

    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 10);
    skorlar.insert(String::from("Sarı"), 50);
}

Öncelikle standart kütüphanenin koleksiyonlar modülünden HashMap türünü use ile kapsama dahil etmemiz gerektiğine dikkat edin. Üç yaygın koleksiyonumuz arasında en az sıklıkla kullanılanı bu olduğu için, ön tanımlı kapsamda (prelude) otomatik olarak kapsama dahil edilen öğeler arasında yer almaz. Hash map’ler standart kütüphaneden daha az yerleşik destek alır; örneğin vektörlerdeki vec! gibi bunları oluşturmaya yarayan yerleşik bir makro yoktur.

Tıpkı vektörler gibi hash map’ler de asıl verilerini öbekte (heap) saklar (HashMap değerinin tabloyu yöneten sabit boyutlu kısmı ise örneklerimizdeki yerel değişkenin içinde bulunur). Bu örnekteki HashMap, String türünde anahtarlara ve i32 türünde değerlere sahiptir. Vektörler gibi hash map’ler de türdeştir (homojendir): tüm anahtarlar kendi içinde aynı türde ve tüm değerler de kendi içinde aynı türde olmalıdır.

Bir Hash Map’teki Değerlere Erişme

Liste 8-21’de gösterildiği gibi anahtarını get metoduna vererek hash map’ten bir değer alabiliriz.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut skorlar = HashMap::new();

    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 10);
    skorlar.insert(String::from("Sarı"), 50);

    let takim_adi = String::from("Mavi");
    let skor = skorlar.get(&takim_adi).copied().unwrap_or(0);
}

Burada skor değişkeni Mavi takımla ilişkili değeri alacak ve sonuç 10 olacaktır. get metodu bir Option<&V> döndürür; hash map’te o anahtara karşılık gelen bir değer yoksa get metodu None döndürür. Bu program Option değerini işlemek için önce Option<&i32> yerine doğrudan Option<i32> elde etmek üzere copied metodunu, ardından skorlar içinde bu anahtara ait bir girdi bulunmuyorsa skor değişkenine 0 değerini atamak üzere unwrap_or metodunu çağırır.

Bir for döngüsü kullanarak, vektörlerde yaptığımıza benzer biçimde bir hash map’teki her anahtar-değer çifti üzerinde dönebiliriz:

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut skorlar = HashMap::new();

    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 10);
    skorlar.insert(String::from("Sarı"), 50);

    for (anahtar, deger) in &skorlar {
        println!("{anahtar}: {deger}");
    }
}

Bu kod her bir çifti rastgele (belirsiz) bir sırayla yazdıracaktır:

Sarı: 50
Mavi: 10

Hash Map’lerde Sahipliği Yönetme

i32 gibi Copy trait’ini uygulayan türler için değerler hash map’in içine kopyalanır. String gibi sahipli (owned) değerlerde ise değerler taşınır ve Liste 8-22’de gösterildiği gibi hash map bu değerlerin yeni sahibi olur.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let alan_adi = String::from("Favori renk");
    let alan_degeri = String::from("Mavi");

    let mut map = HashMap::new();
    map.insert(alan_adi, alan_degeri);
    // alan_adi ve alan_degeri bu noktada geçersizdir, bunları kullanmayı deneyin ve
    // hangi derleyici hatasını aldığınızı görün!
}

insert çağrısıyla hash map’in içine taşındıktan sonra alan_adi ve alan_degeri değişkenlerini artık kullanamayız.

Hash map’e değerlerin kendisi yerine referanslarını eklersek değerler hash map’e taşınmaz. Ancak referansların işaret ettiği değerlerin, en az hash map geçerli olduğu sürece geçerli kalması gerekir. Bu konuyu Bölüm 10’daki “Ömürlerle Referansları Doğrulama” başlığında daha ayrıntılı ele alacağız.

Bir Hash Map’i Güncelleme

Anahtar ve değer çiftlerinin sayısı dinamik olarak artabilse de her benzersiz anahtar aynı anda yalnızca tek bir değerle ilişkilendirilebilir (ancak tersi geçerli değildir: örneğin skorlar hash map’inde hem Mavi takım hem de Sarı takım 10 değerine sahip olabilir).

Bir hash map’teki veriyi değiştirmek istediğinizde, bir anahtara hâlihazırda bir değer atanmışsa bu durumu nasıl ele alacağınıza karar vermeniz gerekir. Eski değeri tamamen göz ardı ederek yerine yeni değeri yazabilirsiniz. Eski değeri koruyup yeni değeri yok sayabilir ve yeni değeri yalnızca anahtarın henüz bir değeri yoksa ekleyebilirsiniz. Ya da eski değer ile yeni değeri birleştirebilirsiniz. Gelin bu işlemlerin her birini nasıl yapacağımıza bakalım!

Bir Değerin Üzerine Yazma

Bir hash map’e bir anahtar ve değer ekledikten sonra aynı anahtarı farklı bir değerle tekrar eklerseniz, o anahtarla ilişkili değer yenisiyle değiştirilir. Liste 8-23’teki kod insert metodunu iki kez çağırsa da her iki seferde de Mavi takımın anahtarı için değer eklediğimizden hash map yalnızca tek bir anahtar-değer çifti barındıracaktır.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut skorlar = HashMap::new();

    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 10);
    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 25);

    println!("{skorlar:?}");
}

Bu kod ekrana {"Mavi": 25} yazdıracaktır; başlangıçtaki 10 değerinin üzerine yazılmıştır.

Yalnızca Anahtar Mevcut Değilse Anahtar ve Değer Ekleme

Belirli bir anahtarın hash map’te bir değerle birlikte hâlihazırda var olup olmadığını kontrol edip şu adımları uygulamak oldukça yaygın bir ihtiyaçtır: Anahtar hash map’te zaten varsa mevcut değer olduğu gibi kalsın; anahtar yoksa anahtar ve onun için verilen değer eklensin.

Hash map’ler bu işlem için, kontrol etmek istediğiniz anahtarı parametre olarak alan entry adında özel bir API sunar. entry metodunun dönüş değeri, var olabilecek ya da olmayabilecek bir girdiyi temsil eden Entry adlı bir enum’dır. Diyelim ki Sarı takımın anahtarıyla ilişkili bir değer olup olmadığını kontrol etmek istiyoruz; eğer yoksa 50 değerini eklemek istiyoruz ve aynı işlemi Mavi takım için de uygulamak istiyoruz. entry API’sini kullandığımızda kod Liste 8-24’teki gibi görünür.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let mut skorlar = HashMap::new();
    skorlar.insert(String::from("Mavi"), 10);

    skorlar.entry(String::from("Sarı")).or_insert(50);
    skorlar.entry(String::from("Mavi")).or_insert(50);

    println!("{skorlar:?}");
}

Entry üzerindeki or_insert metodu, ilgili Entry anahtarı mevcutsa o anahtarın değerine değiştirilebilir bir referans döndürecek; anahtar mevcut değilse verilen parametreyi bu anahtarın yeni değeri olarak ekleyip yeni değere değiştirilebilir bir referans döndürecek şekilde tanımlanmıştır. Bu teknik, aynı kontrol mantığını kendimiz yazmaktan çok daha temizdir ve ödünç alma denetleyicisiyle çok daha uyumlu çalışır.

Liste 8-24’teki kodu çalıştırdığımızda {"Sarı": 50, "Mavi": 10} çıktısını alırız. İlk entry çağrısı, Sarı takımın henüz bir değeri olmadığı için Sarı takım anahtarını 50 değeriyle birlikte ekler. İkinci entry çağrısı ise Mavi takımın zaten 10 değeri bulunduğu için hash map’te herhangi bir değişiklik yapmaz.

Eski Değere Göre Bir Değeri Güncelleme

Hash map’lerin bir diğer yaygın kullanım alanı, bir anahtarın değerini bulup onu eski değerine göre güncellemektir. Örneğin Liste 8-25, bir metin içinde her kelimenin kaç kez geçtiğini sayan bir kodu göstermektedir. Kelimeleri anahtar olarak tutan bir hash map kullanıyor ve o kelimeyle kaç kez karşılaştığımızı takip etmek için ilişkili değeri artırıyoruz. Bir kelimeyle ilk kez karşılaşıyorsak tabloya önce 0 değerini ekliyoruz.

fn main() {
    use std::collections::HashMap;

    let metin = "merhaba dünya harika dünya";

    let mut map = HashMap::new();

    for kelime in metin.split_whitespace() {
        let sayac = map.entry(kelime).or_insert(0);
        *sayac += 1;
    }

    println!("{map:?}");
}

Bu kod ekrana {"dünya": 2, "merhaba": 1, "harika": 1} yazdıracaktır. Aynı anahtar-değer çiftlerinin farklı bir sırada yazdırıldığını da görebilirsiniz: “Bir Hash Map’teki Değerlere Erişme” bölümünden, bir hash map üzerinde dönerken elemanların rastgele bir sırayla geldiğini hatırlayın.

split_whitespace metodu, metin içindeki değerin boşluk karakterleriyle ayrılmış alt dilimleri (&str) üzerinde dönen bir iteratör döndürür. or_insert metodu ise belirtilen anahtara karşılık gelen değere değiştirilebilir bir referans (&mut V) döndürür. Burada bu değiştirilebilir referansı sayac değişkeninde saklıyoruz; dolayısıyla doğrudan o değere atama yapabilmek için önce yıldız (*) başvuru çözme operatörünü kullanarak sayac referansını çözmemiz (*sayac += 1;) gerekir. Değiştirilebilir referans for döngüsünün her adımının sonunda kapsam dışına çıkar; bu nedenle yapılan tüm bu değişiklikler güvenlidir ve ödünç alma kurallarına uygundur.

Karma Fonksiyonları

Varsayılan olarak HashMap, karma tablolarını hedef alan hizmet reddi (denial-of-service, DoS) saldırılarına karşı direnç sağlayabilen SipHash adlı bir karma (özetleme) fonksiyonu kullanır¹. Bu mevcut en hızlı özetleme algoritması değildir; ancak daha yüksek güvenlik karşılığında katlanılan bu küçük performans ödünü buna değerdir. Kodunuzun performans profilini çıkarır ve varsayılan özetleme fonksiyonunun amacınız için fazla yavaş kaldığını tespit ederseniz, farklı bir karma oluşturucu (hasher) belirterek başka bir fonksiyona geçiş yapabilirsiniz. Karma oluşturucu, BuildHasher trait’ini uygulayan bir türdür. Trait’lerden ve bunların nasıl uygulanacağından Bölüm 10’da bahsedeceğiz. Kendi karma oluşturucunuzu sıfırdan yazmanız da gerekmez; crates.io üzerinde diğer Rust kullanıcılarının paylaştığı ve pek çok yaygın özetleme algoritmasını uygulayan hazır karma oluşturucu kütüphaneleri bulunmaktadır.

Özet

Vektörler, string’ler ve hash map’ler; programlarınızda veri saklamanız, verilere erişmeniz ve onları değiştirmeniz gerektiğinde ihtiyaç duyacağınız işlevselliğin büyük bir bölümünü sağlar. Artık çözebilecek donanıma sahip olduğunuz birkaç alıştırma aşağıda verilmiştir:

1. Bir tam sayı listesi verildiğinde, bir vektör kullanarak listenin medyanını (ortancasını; liste sıralandığında tam ortadaki konumda bulunan değeri) ve modunu (tepe değerini; en sık tekrar eden değeri — burada bir hash map işinize yarayacaktır) döndürün.
2. String’leri Pig Latin (Domuz Latincesi) biçimine dönüştürün. Ünsüz harfle başlayan her kelimenin ilk ünsüz harfi kelimenin sonuna taşınır ve sonuna ay eklenir; böylece first kelimesi irst-fay (veya Türkçe bir örnekle kitap kelimesi itap-kay) olur. Ünlü harfle başlayan kelimelerin sonuna ise bunun yerine doğrudan hay eklenir (apple kelimesi apple-hay veya elma kelimesi elma-hay olur). UTF-8 kodlamasıyla ilgili ayrıntıları göz önünde bulundurmayı unutmayın!
3. Bir hash map ve vektörler kullanarak, kullanıcının bir şirketteki bir departmana çalışan isimleri eklemesine olanak tanıyan metin tabanlı bir arayüz oluşturun; örneğin “Sally’yi Mühendislik bölümüne ekle” veya “Amir’i Satış bölümüne ekle” ("Add Sally to Engineering" veya "Add Amir to Sales"). Ardından kullanıcının bir departmandaki tüm kişilerin listesini ya da şirketteki tüm kişilerin departmanlara göre gruplanmış ve alfabetik olarak sıralanmış listesini alabilmesini sağlayın.

Standart kütüphane API belgelendirmesi; vektörlerin, string’lerin ve hash map’lerin bu alıştırmalar için çok yararlı olacak metotlarını açıklar!

Artık işlemlerin başarısız olabileceği daha karmaşık programlara adım atıyoruz; dolayısıyla hata yönetimini ele almak için en doğru zamandayız. Sırada tam olarak bu var!

1. https://en.wikipedia.org/wiki/SipHash ↩