Handout No: 08 [Handout berikutnya, sebelumnya, atau kembali ke halaman utama]

    Modularitas dan Abstraksi Data

    3 Maret 1999

    Goal: modularitas, penyembunyian informasi (enkapsulasi), dan abstraksi data

    Definisi

    • Modul

      • unit dari organisasi sistem perangkat lunak yang membundel sekumpulan entitas (data dan metoda operasi) dan dengan secara teliti mengontrol apa "user eksternal" bisa lihat atau gunakan.
    • Penyembunyian informasi

      • dilakukan modul untuk melindungi informasi dari "user external" dalam penggunaannya (misalnya software error, security) dan merupakan basis dari abstract data type (ragam data abstraks).
    • Abstract data type (ADT)

      • Kumpulan obyek dan metoda operasi yang mempresentasikan sifat-sifat abstraks bagi "user" dengan menyembunyikan bagaimana semua itu direpresentasikan dalam representasi data level yang lebih rendah.
    • Interface dari modul

      • Spesifikasi bagaimana modul tersebut dilihat atau digunakan oleh "user" sementara bagian yang private tetap tersembunyi.

    Contoh

    • Sebuah microwave oven sebagai suatu modul. Pemakai dapat menggunakannya dengan tersedianya interface panel tombol. Pemakai hanya perlu tahu untuk apa tombol-tombol tersebut dan bagaimana mengoperasikannya. Pemakai tidak perlu tahu mekanisme kerja oven tersebut secara intenal (tabung magnetron, chip, dsb.).
    • Window menyediakan sejumlah button untuk dapat menutup, memperbesar, memperkecil, dsb windows tersebut.

    Bahasa Pemrograman Modular

    Bahasa-bahasa pemrograman moderen menyediakan cara-cara untuk dapat membuat sistem perangkat lunak secara modular demikian, yaitu
    • cara untuk mengelompokkan bersama data dan metoda operasi
    • cara untuk mendefinisikan interface yang "clean"
    • cara untuk menyembunyikan rincian internal dari data dan metoda-metoda operasi
    • cara untuk kompilasi secara terpisah
    Contoh:
    • Turbo Pascal menyediakan fasilitas pembuatan TPU dengan definisi interface.
    • Bahasa C memungkinkan pembuatan object module (*.obj) dan library (*.a) yang dapat di-link ke modul program utama melalui interface header file (*.h).

    Bahasa Java

    Bahasa Java memungkinkan konsep pemrograman modular, enkapsulasi, dan abstraksi data dengan disediakannya skema-skema class, interface, dan packages. Enkapsulasi dimungkinkan dengan pendefinisian private bagi data/metoda yang disemebunyikan dan public bagi data/metoda yang berperan sebagai interface.

    Dalam Java terdapat keyword interface dengan pengertian yang lain. Keword ini digunakan sebagai suatu definisi teknis yang menyatakan sekumpulan metoda abstraks yang bisa diimplementasikan dalam pendefinisian kelas-kelas obyek. Manfaat definisi interface ini agar obyek-obyek dari sejumlah kelas yang mengimplementasikan interface ini dapat saling direfer oleh variabel beragam interface ini.

    Contoh:

    interface Xclass {
       public void whataMethod();
    }
    public class Aclass implements Xclass {
       public void whataMethod() {
          ...// diimplementasikan disini
       }
    }

    public class Bclass implements Xclass {
       public void whataMethod() {
          ...// diimplementasikan disini
       }
    }
    class Mainclass {
       Xclass a,b;
       static public void main(String [] a) {
          a = new Aclass();
          b = new Bclass();
          a.whataMethod();
          b.whataMethod();
       }
    }

     Contoh lain adalah untuk masalah pencarian data (searching). Key data bisa muncul dalam berbagai tipe data: int, float, String, dsb. Fasiltas interface ini dapat memungkinkan pedefinisan algoritma umum compareTo() dalam interface ComparisonKey untuk setiap tipe data. Selanjutnya kelas-kelas yang mengimplementasikan interface tersebut dapat didefinisikan sesuai denga tipe data yang dikehendaki.

    Dengan fasilitas-fasilitasa  ini kita bisa mengembangkan sistem perangkat lunak besar dengan komponen-komponennya yang bersifat umum demikian dan selanjutnya dapat di-plug-and-play implementasi dalam berbagai tipe data.

    Fasilitas Java lain dalam pendefinisian modularitas dan ADT adalah keyword package. Keyword ini membundle sekumpulan kelas yang satu dengan yang lainnya saling memiliki relasi khusus. Pendefinisian package ini memungkinkan kompilasi secara terpisah dan diimport sebagai library.
    Sebagai contoh kasus untuk pembahasan modularitas dan ADT adalah suatu kelas Priority Queue.

    Definisi

    • Priority Queue

      • Priority queue (PQ) adalah suatu struktur data abstraks yang berperilaku sebagai berikut. PQ adalah kumpulan item data yang masing-masing memiliki tingkat prioritas yang bisa berbeda. Apabila item data diambil dari kumpulan tersebut maka item data yang berprioritas paling tinggi lah yang diperoleh.


    Dalam pengembangannya pertama kali adalah memformulasikan konsep abstraksnya tanpa harus memikirkan tipe datanya, apalagi implementasi rincinya. Implementasinya sendiri dapat dilakukan dalam dua representasi level bawah yang berbeda: array atau linked-list yang dapat belakangan kita buat.
     

    Kegunaannya PQ

    Banyak ditemukan dalam masalah-masalah penjadwalan, misalnya untuk sistem antrian untuk pelayanan pasien dalam ruang praktek dokter, penjadwalan pembayaran tagihan, dsb. Prioritas bisa didefinisikan dalam beberapa aspek. PQ dapat digunakan juga untuk pengurutan data kengan key data sebagai harga prioritas: sejumlah data tak terurut dimasukkan ke dalam PQ lalu setelah semua masuk satu demi satu data diambil dari PQ. Pada pengurutan menaik maka data yang diambil ditaruh dari kanan ke kiri elemen-elemen array. Pada pengurutan menurun harga key bisa kebalikan dari harga prioritas, alterntifnya data yang di ambil satu demi satu di taruh dari kiri ke kanan elemen-elemen array.

    Spesifikasi PQ

    Terdapat sejumlah metoda operasi yang menjadi 'interface': bagi pemakai kelas obyek ini.
    • mengkonstruksikan PQ yang diinisialisasi kosong
        • PQ = new PriorityQueue();
    • mendapatkan ukuran (jumlah item data) dalam PQ,
        • n = PQ.size();
    • menyisipkan item baru dalam PQ,
        • PQ.insert(X);
    • bila PQ tidak kosong, menghapus item dengan prioritas tertinggi dalam PQ
        • X = PQ.remove();
    Secara sepintas bisa diketahui bahwa terdapat suatu proses internal (yang tidak perlu diketahui oleh user) di dalam skema ini yaitu pengurutan item data. Implementasi bagaimana pun user "tidak perduli".

    Contoh penggunaan dalam metoda pengurutan data berdasarkan Priority Queue:
     

    void priorityQueueSort(ComparisonKey[] A) {
       int n = A.length;
       PriorityQueue PQ = new PriorityQueue();  // create & inisialisasi PQ
       for (int i = 0; i < n; i++) PQ.insert(A[i]);  // mengisi PQ
       for (int i = n-1; i >= 0; i--) A[i] = PQ.remove(); // mengambil satu/satu
    }


    Selanjutnya contoh penggunaan PQ dengan tipe key integer ini dapat dilihat dalam program lebih  lengkapnya.

    Pada saat ini definisi kelas PriorityQueue belum diimplementasikan. Sebelum mengimplementasikannya maka key data item yang sedang kerjakan ini dibungkus dalam tipe data yang generik yaitu ComparisonKey sebagai suatu interface.
     

    interface ComparisonKey {
       int compareTo(ComparisonKey value);
       String toString();
    }


    Untuk selanjutnya ComparisonKey ini diimplementasikan sesuai dengan tipe data yang sedang digunakan, dalam hal ini misalnya kita menggunakan  integer (nanti kita lihat bila key bertipe String).
     

    public class PQItem implements ComparisonKey {
       private int key;
       PQItem(int value) {
          key = value;
       }
       public String toString() {
          return Integer.toString(key);
       }
       public int compareTo(ComparisonKey value) {
          int a = this.key;
          int b = ((PQItem) value).key;
          return ((a==b)? 0:( (a > b)?1:-1));
       }
    }

    Implementasi Kelas PriorityQueue

    Pada level yang lebih rendah kelas priority queue ini dapat diimplementasikan baik dengan array atau dengan linked list
     
    • Versi Implementasi Unsorted Array (berukuran dinamis)

      • PQ menyimpan item data dalam suatu array yang apabila penuh panjangnya dapat diperbesar secara otomatis. Item data masuk begitu saja di bagian belakang. Saat di-remove maka item data dengan key terbesar dicari (dilakukan sequential search). Key yang diremove tempatnya digantikan oleh key yang paling belakang (tidak melakukan pergeseran!)
    • Versi Implementasi Sorted Linked-list

      • Saat item data masuk dalam PQ maka langsung ditempatkan pada posisi yang sesuai dalam urutan menurun (dilakukan pencarian posisi terlebih dulu lalu dilakukan insert), dan saat di-remove maka cukup dilakukan delete-first (node pertama yang diambil.
    Kedua implementasi tersebut berfungsi sama tapi dengan implementasi yang berbeda namun sekali lagi user melihatnya sesuai dengan abstraksi spesifikasi PQ yang ditentukan. Dalam prakteknya maka kedua versi itu bisa dipilih tanpa mengubah modul-modul pemakainya selama spesifikasinya ditaati.

    Representasi Untuk tipe key lain (Representation Independent Module)

    Selain implementasinya yang bisa berbeda tanpa mengubah rancangan modul tingkat di atasnya, representasi key data pun dapat diimplementasikan secara berbeda karena ComparisonKey yang didefinisikan abstraks tersebut. Dengan abstraksi ComparisonKey di atas maka key bertipe lain dapat menggantikan tipe key integer dalam contoh di atas.ComparisonKey ini memiliki konsep Representation Independent Module. Berikut ini representasi String untuk key.
      class PQItem implements ComparisonKey {
       private  String  key;
       PQItem(String value) {
          key = value;
       }
       public String toString() {
          return key;
       }
       public int compareTo(ComparisonKey value) {
          String a = this.key;
          String b = ((PQItem)value).key;
          return a.compareTo(b);  // metoda compareTo dalam kelas String
       }
    }


    Dalam program aplikasinya perubahan terjadi pada bagian data, sementara sejumlah metoda tetap sama, contoh dalam program lebih  lengkapnya.
     

    Modularitan dan Penyebunyian Informasi dalam Rancangan Program

    Saat program menjadi semakin besar terjadi situasi berbahaya: rumit, sulit melakukan debug, dan hampir tidak mungkin di modifikasi kecuali dikembangkan dengan taat dan secara terstruktur.

    Penulisan program komputer dilakukan melalui medium yang memungkinkan bervariasinya cara penulisan ekspresi-ekspresi yang potensial dapat menyebabkan masalah yang besar. Dekomposisi ke dalam komponen-komponennya pun dapat bervariasi, bisa saling kait-mengkait secara kompleks atau teratur dalam layer-layer.

    Abstraksi prosedural: menyatakan fungsi "apa" (what) yang dilakukan suatu prosedur. Kita perlu mendefinisikan "apa" dari suatu prosedur  terpisah dari "bagaimana" (how) cara yang dilakukan prosedur untuk mencapai fungsi tersebut. Setelah terdefinisi dengan baik abstraksi prosedur ini kemudian kita boleh menuliskan rincian "bagaimana" tersebut, bahkan suatu saat misalnya untuk peningkatan efisiensi maka metodologi/algoritmanya dapat disubstitusikan tanpa mengubah abstraksi proseduralnya. Jadi pemisahan tersebut memberi manfaat:

    • memudahkan penggunaan -- hanya perlu tahu apa yang dilakukan suatu prosedur P
    • memudahkan modifikasi -- rincian penulisan P dapat diubah tabpa mengganggu program secara keseluruhan (di mana saja pada pemanggilan-pemanggian P).
    Secara umum pendefinisian abstraksi dengan baik pada perancangan program dapat mengendalikan kompleksitas program serta meningkatkan modifiabilitas.

    Penyembunyian informasi (enkapsulasi) baik variabel ataupun metoda dalam modul-modul bermanfaat dalam:

    • menghindari interferensi entitas  lokal dalam modul terhadap entitas bernama sama di luar modul
    • menghindari interferensi entitas  diluar modul terhadap entitas lokal dalam modul terhadap entitas bernama sama
    Bahasa berorientasi obyek semacam C++ atau Java mengakomodasikan enkapsulasi ini dengan baik dengan deklarasi private. Dalam Java terdapat tingkatan lebih lanjut sepain private, yaitu: package, protected, baru kemudian public.

    Istilah package dalam Java memiliki konsep yang sama dengan istilah unit atau module dalam bahasa pemrograman lain.


    Keyword untuk diingat:
    • abstraksi prosedural
    • abstraksi data
    • enkapsulasi


    Handout berikutnya, sebelumnya, atau kembali ke halaman utama