هنگامیکه درحال طراحی کلاس‌هایی هستیم که وابستگی‌هایی دارند، ممکن است با شرایطی مواجه شویم که به این وابستگی‌ها نیاز نباشد و یا به رفتار عادی بعضی از وابستگی‌ها نیاز نداشته باشیم. شاید راهی که در این مواقع به ذهن برسد این باشد که بجای شیء واقعی وابستگی موردنظر، از یک شیء Null Reference استفاده کنیم. ولی استفاده از این روش کدهایمان را پیچیده خواهد کرد؛ چون هر جای کد که نیازمند استفاده‌ی از اعضای شیء وابستگی موردنظرمان باشیم، مثلا متدی را فراخوانی کنیم یا از یک پراپرتی آن استفاده کنیم، باید ابتدا از نال بودن یا نبودن آن اطمینان حاصل کنیم و سپس از آن استفاده نماییم؛ چون در غیر این صورت با خطای Null Pointer مواجه می‌شویم.

الگوی طراحی Null Object این مشکل را حل می‌کند که جای پاس دادن شیء Null Reference بجای شیء ای که واقعا به آن وابستگی وجود دارد و باید هر بار قبل استفاده‌ی از آن بررسی کنیم که آیا آن شیء ای که داریم با آن کار می‌کنیم نال است یا خیر، کلاسی خاصی را بسازیم که یک وابستگی غیر کاربردی است. به این معنا که قرار نیست هیچ کاری را انجام دهد و عملا یک non-functional Dependency است. این کلاس یا یک اینترفیس خاصی را پیاده سازی می‌کند و یا اینکه از یک کلاس انتزاعی ارث بری خواهد کرد؛ ولی هیچ عملکرد خاصی را نخواهد داشت. به این معنا که متدها و پراپرتی‌های این کلاس کاری را انجام نداده و یک مقدار پیشفرض و یا یک مقدار خاصی را برگشت خواهند داد. این روش به ساده سازی کد کمک خواهد کرد، چون می‌توان بدون انجام پیش شرط‌هایی مانند بررسی نال بودن یا نبودن یک شیء وابسته، از آن استفاده کرد.

این الگوی طراحی معمولا همراه با دیگر الگوهای طراحی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بهینه‌تر است که خود کلاس Null Object به صورت Singleton پیاده سازی شود. مزیت این کار در این است که چون شیء ساخته شده از این کلاس، نه کار خاصی را انجام می‌دهد و نه حالت خاصی را نگه می‌دارد، پس ساختن شیءای از آن عملا ضرورتی نداشته و هیچگونه ارزشی ندارد و فقط سرباری را بر روی نرم افزار قرار می‌دهد. پس سزاوار است فقط به یک شیء از این کلاس اکتفا کرد و هر بار همان شیء را برگشت داد. الگوی دیگری که غالبا از الگوی Null Object در آن استفاده می‌شود، الگوی Strategy است. زمانیکه یکی از استراتژی‌ها این باشد که کار خاصی را انجام نداد و یا استراتژی مورد نظر عملکردی نداشته باشد، از الگوی Null Object استفاده می‌کنیم. الگوی دیگری که از الگوی Null Object زیاد استفاده می‌کند، الگوی Factory است. برای مثال هنگامیکه بخواهیم بر طبق شرایط برنامه یک شیء Null Reference را بسازیم و برگردانیم، از الگوی Null Object استفاده خواهیم کرد.

فرض کنید می‌خواهیم ماژولی را توسعه دهیم که وظیفه‌ی آن گزارش دادن وضعیت وقوع رخدادها است و می‌خواهیم پیام‌های وضعیت، به روش‌های مختلفی مانند ارسال ایمیل و یا ثبت لاگ در سرورهای راه دور که برای لاگ گیری تعبیه شده‌اند، انجام گیرد و در بعضی از مواقع هم می‌خواهیم برای برخی از رخداد‌ها نیاز به گزارش نباشد. در این مواقع برای استراتژی سوم از الگوی طراحی Null Object استفاده می‌کنند.

پیاده سازی الگوی طراحی Null Object

کلاس دیاگرام زیر چگونگی پیاده سازی این الگو را نشان می‌دهد. در ادامه قصد داریم بخش‌های مختلف این دیاگرام را توضیح دهیم.

Client : این کلاس دارای یک وابستگی به یک کلاس دیگر است که در بعضی مواقع نیازی به این وابستگی پیدا نمی‌کند و در صورتیکه به کارکرد اصلی وابستگی نیاز پیدا نکند، متدهای داخل کلاس Null Object را اجرا می‌کند.

DependencyBase : این قسمت کلاس پایه‌ای است که به صورت Abstract بوده و شامل همه وابستگی‌هایی است که ممکن است Client به آن وابسته باشد. همچنین این بخش، کلاس پایه‌ی کلاس Null Object هم است. شایان ذکر است که بجای استفاده از کلاس Abstract می‌توان از یک Interface هم استفاده کرد؛ چون این کلاس هیچ عملکرد مشترکی را برای زیر کلاس‌هایش پیاده سازی نمی‌کند.

Dependency : این کلاس یک عملکرد واقعی از یک وابستگی است که Client به آن وابسته است.

NullObject : این همان کلاس Null Object است که به عنوان یک وابستگی توسط Client مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کلاس هیچ عملکرد مشخصی را ندارد ولی باید تمام اعضای کلاس پایه، یعنی DependencyBase را پیاده سازی کند.

مثال زیر کدهای اصلی پیاده سازی الگوی طراحی Null Object را نشان خواهد داد که با زبان سی شارپ نوشته شده‌است. کلاس Client، وابستگی‌های خود را از طریق سازنده دریافت خواهد کرد که به آن Constructor injection گفته می‌شود. همانطور که می‌بینید در کلاس NullObject، تنها متد Operation بازنویسی شده است و داخل آن هیچ عملکرد خاصی پیاده سازی نشده است؛ زیر تنها به وجود آن نیاز است و نه عملکرد داخلی آن.

public class Client
{
    DependencyBase _dependency;
 
    public void Client(DependencyBase dependency)
    {
        _dependency = dependency;
    }
 
    public void DoSomething()
    {
        _dependency.Operation();
    }
}
 
 
public abstract class DependencyBase
{
    public abstract void Operation();
}
 
 
public class Dependency : DependencyBase
{
    public override void Operation()
    {
        Console.WriteLine("Dependency.Operation() executed");
    }
}
 
 
public class NullObject : DependencyBase
{
    public override void Operation() { }
}

یک نمونه واقعی از الگوی طراحی Null Object

در این بخش قصد داریم مثالی از الگوی استراتژی را ارائه دهیم که در یکی از استراتژی‌هایش از کلاس Null Object استفاده خواهد کرد. در این مثال کلاسی وجود دارد به نام StatusMonitor که پس از انجام کارهایی، وضعیت انجام آن را اعلام می‌کند. ۳ نوع استراتژی برای اعلام وضعیت انجام کارها متصور است که بسته به موقعیت‌های مختلف، یکی از آنها انتخاب خواهد شد. استراتژی‌های اعلام وضعیت شامل ارسال ایمیل، ارسال وضعیت به یک وب سرویس و یا اصلا اعلام نکردن وضعیت هستند. زمانیکه قصد داریم هیچگونه وضعیتی اعلام نشود، از نمونه‌ای از کلاس Null Object استفاده خواهد شد که در این مثال کلاس NullStatusReporter این وابستگی را تامین می‌کند. همه کلاس‌های استراتژی که بیان شد تنها شامل یک متد هستند که از آن برای گزارش پیام وضعیت استفاده خواهیم کرد.

کلاس‌های EmailStatusReporter و WebServiceStstusReporter در صورتیکه بتوانند به درستی پیام‌ها را گزارش دهند، مقدار true را برگشت خواهند داد و در غیر اینصورت مقدار false برگشت داده می‌شود. اما کلاس Null Object هیچ کاری را انجام نمی‌دهد و چیزی را گزارش نمی‌دهد و تنها مقدار true را برگشت خواهد داد. اینکه این کلاس چه مقداری را برگشت دهد، قراردادی است که بین Client و Dependency انجام می‌گیرد. به این نکته هم توجه بفرمایید که کلاس NullStatusReporter به صورت Singleton پیاده سازی شده است.

public class StatusMonitor
{
    StatusReporterBase _reporter;
 
    public StatusMonitor(StatusReporterBase reporter)
    {
        _reporter = reporter;
    }
 
    public void CheckStatus()
    {
        // Do something to check status
        if (!_reporter.Report("Everything's OK"))
        {
            Console.WriteLine("Failed to report status.");
        }
    }
}
 
 
public abstract class StatusReporterBase
{
    public abstract bool Report(string message);
}
 
 
public class EmailStatusReporter : StatusReporterBase
{
    public override bool Report(string message)
    {
        try
        {
            Console.WriteLine("Emailed '{0}'.", message);
            return true;
        }
        catch
        {
            return true;
            throw;
        }
    }
}
 
 
public class WebServiceStatusReporter : StatusReporterBase
{
    public override bool Report(string message)
    {
        try
        {
            Console.WriteLine("Sent '{0}' to web service.", message);
            return true;
        }
        catch
        {
            return true;
            throw;
        }
    }
}
 
 
public class NullStatusReporter : StatusReporterBase
{
    private static NullStatusReporter _instance;
    private static object _lock = new object();
 
    private NullStatusReporter() { }
 
    public static NullStatusReporter GetReporter()
    {
        lock (_lock)
        {
            if (_instance == null) _instance = new NullStatusReporter();
        }
 
        return _instance;
    }
 
    public override bool Report(string message)
    {
        return true;
    }
}

تست کلاس Null Object

برای تست کلاس StatusMonitor باید یکی از انواع استرتژی‌ها را برایش تعیین و آن را به سازنده کلاس تزریق کرد و با آن استراتژی، کلاس را تست نمود. در کد زیر از استراتژی NullObject استفاده شده‌است. پس یک نمونه‌ی آن ساخته شده و از طریق سازنده به کلاس StatusMonitor فرستاده می‌شود. سپس متد CheckStatus فراخوانی می‌گردد. اما این متد کاری را انجام نمی‌دهد و تنها مقدار true  برگشت داده می‌شود. بررسی روش‌های دیگر را به خودتان واگذار می‌کنم.

StatusReporterBase reporter = NullStatusReporter.GetReporter();
StatusMonitor monitor = new StatusMonitor(reporter);
monitor.CheckStatus();

Options یا Maybe در یک زبان تابعی مثل #F، نشان دهنده‌ی این است که شیء (Object) ممکن است وجود نداشته باشد(Null Reference) که یکی از مهمترین ویژگی‌های یک زبان شیءگرا مثل #C و یا Java محسوب می‌شود. ما برنامه نویس‌ها (اغلب) از هرچیزی که باعث کرش برنامه می‌شود، بیزاریم و برای اینکه برنامه کرش نکند، مجبور میشویم تمام کد‌های خود  را از Null Reference محافظت کنیم. تمام این مشکلات توسط Tony Hoare مخترع ALOGL است که تنها دلیل وجود Null References را سادگی پیاده سازی آن می‌داند و او این مورد را یک «خطای  میلیون دلاری» نامیده‌است. 

به این مثال توجه بفرمایید: 

public class User
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }

public class UserService : IUserService
    {
        private IList<User> _userData;

        public UserService()
        {
            _userData = new List<User>
            {
                new User {Id = 1,Name = "ali"},
                new User {Id = 2,Name = "Karim"}
            };
        }

        public User GetById(int id)
        {
            return _userData.FirstOrDefault(x => x.Id == id);
        }
    }  

public class UserController : Controller
    {
        private readonly IUserService _userService;

        public UserController(IUserService  userService)
        {
            _userService = userService;
        }
        public ActionResult Details(int id)
        {
            var user=_userService.GetById(3); // این متد ممکن است مقداری برگرداند و یا مقدار نال برگرداند                           
            if( user == null)
                 return HttpNotFound();    
            return View(user);  
        }
    }

این کدی است که ما برنامه نویسان به صورت متداولی با آن سروکار داریم. اما چه چیزی درباره این کد اشکال دارد؟

مشکل از آن جایی هست که ما نمی‌دانیم متد GetById مقداری را برمیگرداند و یا Null را بر می‌گرداند. این متد هرگاه که امکان برگرداندن Null وجود داشته باشد، خطای  NullReferenceException را در زمان اجرا بر می‌گرداند و همان طور که میدانید، به ازای هر شرطی که به برنامه اضافه میکنیم، پیچیدگی برنامه هم افزایش می‌یابد و کد خوانایی خود را از دست می‌دهد. تصور کنید دنیایی بدون NullReferenceException چه دنیایی زیبایی می‌بود؛ ولی متاسفانه این مورد از ویژگی‌های زبان #C است. خوشبختانه راه‌حل‌های برای حل NRE ارائه شده‌اند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

ما می‌خواهیم متد GetById همیشه چیزی غیر از نال را برگرداند و یکی از راه‌هایی که ما را به این هدف می‌رساند این است که این متد یک توالی را برگرداند.

public class UserService : IUserService
    {
        private IList<User> _userData;

        public UserService()
        {
            _userData = new List<User>
            {
                new User {Id = 1,Name = "ali"},
                new User {Id = 2,Name = "Karim"}
            };
        }

        public IEnumerable<User> GetById(int id)
        {
            var user = _userData.FirstOrDefault(x => x.Id == id);
            if (user == null) return new User[0];
            return new[] { user };
        }
    } 

اگر به امضای متد GetById توجه کنید، به جای اینکه User را برگرداند، این متد یک توالی از User را بر می‌گرداند و اگر در اینجا کاربری یافت شد، این توالی دارای یک المان خواهد بود و در غیر این صورت اگر User یافت نشد، این متد یک توالی را بر می‌گرداند که دارای هیچ المانی نیست. در ادامه اگر کلاینت بخواهد از متد GetById استفاده کند، به صورت زیر خواهد بود:

 public ActionResult Details(int id)
        {
            var user = _userService
                            .GetById(3)
                            .DefaultIfEmpty(new User())
                            .Single();
            return View(user);
        }

 متد GetById دارای دو وجه است و وجه مثبت آن این است که اگر مجموعه دارای مقداری باشد، هیچ مشکلی نیست؛ ولی اگر مجموعه دارای المانی نباشد، باید یک شیء را به صورت پیش فرض به آن اختصاص دهیم که این کار را با استفاده از متد DefualtIfEmpty انجام داده‌ایم. 

 در اول مقاله هم اشاره کردیم که  Maybe یا Options، مجموعه‌ای است که دارای یک المان و یا هیچ المانی است. اگر به امضای متد GetById توجه کنید، متوجه خواهید شد که این متد می‌تواند مجموعه‌ای را برگرداند و نمی‌تواند گارانتی کند که حتما مجموعه‌ای را بر می‌گرداند که دارای یک المان و یا هیچ باشد. برای حل این مشکل می‌توانیم از کلاس Option استفاده کنیم:

public class Option<T> : IEnumerable<T>
    {
        private readonly T[] _data;

        private Option(T[] data)
        {
            _data = data;
        }

        public static Option<T> Create(T element) => new Option<T>(new[] { element });

        public static Option<T> CreateEmpty() => new Option<T>(new T[0]);

        public IEnumerator<T> GetEnumerator() => ((IEnumerable<T>) _data).GetEnumerator();

        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => this.GetEnumerator();
    }

تنها دلیل استفاده از متد‌های Create و CreateEmpty این است که به خوانایی برنامه کمک کنیم؛ نه بیشتر. در ادامه اگر بخواهیم از کلاس option استفاده کنیم، به صورت زیر خواهد بود:

 public class UserService : IUserService
    {
       ...
       ...
       public Option<User> GetById(int id)
        {
            var user = _userData.FirstOrDefault(x => x.Id == id);
            return user == null ? Option<User>.CreateEmpty() : Option<User>.Create(user);
        }
    }

 public class UserController : Controller
    {
       ...
       ...
       public ActionResult Details(int id)
        {
            var user = _userService
                            .GetById(3)
                            .DefaultIfEmpty(new User())
                            .Single();
            return View(user);
        }
    }

چکیده:

مدیریت کردن References کار بسیار پیچیده‌ای است. قبل از آن که تلاش کنیم مقداری را برگردانیم و یا عملیاتی را بر روی آن انجام دهیم، اول باید مطمئن شویم که این شیء به جایی اشاره می‌کند. نمونه‌های متفاوتی از Option و یا Maybe را می‌توانید در اینترنت پیدا کنید که هدف نهایی آن‌ها، حذف NullReferenceException است و آشنایی با این ایده، شما را به دنیای برنامه نویسی تابعی در#C هدایت می‌کند.

طراحی یک معماری خوب و مناسب یکی از عوامل مهم تولید یک برنامه کاربردی موفق می‌باشد. بنابراین انتخاب یک ساختار مناسب به منظور تولید برنامه کاربردی بسیار مهم و تا حدودی نیز سخت است. در اینجا یاد خواهیم گرفت که چگونه یک طراحی مناسب را انتخاب نماییم. همچنین روش‌های مختلف تولید برنامه‌های کاربردی را که مطمئنا شما هم از برخی از این روشها استفاده نمودید را بررسی می‌نماییم و مزایا و معایب آن را نیز به چالش می‌کشیم.

ضد الگو (Antipattern) – رابط کاربری هوشمند (Smart UI)

با استفاده از Visual Studio یا به اختصار VS، می‌توانید برنامه‌های کاربردی را به راحتی تولید نمایید. طراحی رابط کاربری به آسانی عمل کشیدن و رها کردن (Drag & Drop) کنترل‌ها بر روی رابط کاربری قابل انجام است. همچنین در پشت رابط کاربری (Code Behind) تمامی عملیات مربوط به مدیریت رویدادها، دسترسی به داده ها، منطق تجاری و سایر نیازهای برنامه کاربردی، کد نویسی خواهند شد. مشکل این نوع کدنویسی بدین شرح است که تمامی نیازهای برنامه در پشت رابط کاربری قرار می‌گیرند و موجب تولید کدهای تکراری، غیر قابل تست، پیچیدگی کدنویسی و کاهش قابلیت استفاده مجدد از کد می‌گردد.

به این روش کد نویسی Smart UI می‌گویند که موجب تسهیل تولید برنامه‌های کاربردی می‌گردد. اما یکی از مشکلات عمده‌ی این روش، کاهش قابلیت نگهداری و پشتیبانی و عمر کوتاه برنامه‌های کاربردی می‌باشد که در برنامه‌های بزرگ به خوبی این مشکلات را حس خواهید کرد.

از آنجایی که تمامی برنامه نویسان مبتدی و تازه کار، از جمله من و شما در روزهای اول برنامه نویسی، به همین روش کدنویسی می‌کردیم، لزومی به ارائه مثال در رابطه با این نوع کدنویسی نمی‌بینم.

تفکیک و جدا سازی اجزای برنامه کاربردی (Separating Your Concern)

راه حل رفع مشکل Smart UI، لایه بندی یا تفکیک اجزای برنامه از یکدیگر می‌باشد. لایه بندی برنامه می‌تواند به شکل‌های مختلفی صورت بگیرد. این کار می‌تواند توسط تفکیک کدها از طریق فضای نام (Namespace)، پوشه بندی فایلهای حاوی کد و یا جداسازی کدها در پروژه‌های متفاوت انجام شود. در شکل زیر نمونه ای از معماری لایه بندی را برای یک برنامه کاربردی بزرگ می‌بینید.

به منظور پیاده سازی یک برنامه کاربردی لایه بندی شده و تفکیک اجزای برنامه از یکدیگر، مثالی را پیاده سازی خواهیم کرد. ممکن است در این مثال با مسائل جدید و شیوه‌های پیاده سازی جدیدی مواجه شوید که این نوع پیاده سازی برای شما قابل درک نباشد. اگر کمی صبر پیشه نمایید و این مجموعه‌ی آموزشی را پیگیری کنید، تمامی مسائل نامانوس با جزئیات بیان خواهند شد و درک آن برای شما ساده خواهد گشت. قبل از شروع این موضوع را هم به عرض برسانم که علت اصلی این نوع پیاده سازی، انعطاف پذیری بالای برنامه کاربردی، پشتیبانی و نگهداری آسان، قابلیت تست پذیری با استفاده از ابزارهای تست، پیاده سازی پروژه بصورت تیمی و تقسیم بخشهای مختلف برنامه بین اعضای تیم و سایر مزایای فوق العاده آن می‌باشد.

1- Visual Studio را باز کنید و یک Solution خالی با نام SoCPatterns.Layered ایجاد نمایید.

· جهت ایجاد Solution خالی، پس از انتخاب New Project، از سمت چپ گزینه Other Project Types و سپس Visual Studio Solutions را انتخاب نمایید. از سمت راست گزینه Blank Solution را انتخاب کنید.

2- بر روی Solution کلیک راست نموده و از گزینه Add > New Project یک پروژه Class Library با نام SoCPatterns.Layered.Repository ایجاد کنید.

3- با استفاده از روش فوق سه پروژه Class Library دیگر با نامهای زیر را به Solution اضافه کنید:

• SoCPatterns.Layered.Model
  
• SoCPatterns.Layered.Service
  
• SoCPatterns.Layered.Presentation
  

4- با توجه به نیاز خود یک پروژه دیگر را باید به Solution اضافه نمایید. نوع و نام پروژه در زیر لیست شده است که شما باید با توجه به نیاز خود یکی از پروژه‌های موجود در لیست را به Solution اضافه کنید.

• Windows Forms Application (SoCPatterns.Layered.WinUI)
  
• WPF Application (SoCPatterns.Layered.WpfUI)
  
• ASP.NET Empty Web Application (SoCPatterns.Layered.WebUI)
  
• ASP.NET MVC 4 Web Application (SoCPatterns.Layered.MvcUI)
  

5- بر روی پروژه SoCPatterns.Layered.Repository کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Add Reference به پروژه‌ی SoCPatterns.Layered.Model ارجاع دهید.

6- بر روی پروژه SoCPatterns.Layered.Service کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Add Reference به پروژه‌های SoCPatterns.Layered.Model و SoCPatterns.Layered.Repository ارجاع دهید.

7- بر روی پروژه SoCPatterns.Layered.Presentation کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Add Reference به پروژه‌های SoCPatterns.Layered.Model و SoCPatterns.Layered.Service ارجاع دهید.

8- بر روی پروژه‌ی UI خود به عنوان مثال SoCPatterns.Layered.WebUI کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Add Reference به پروژه‌های SoCPatterns.Layered.Model، SoCPatterns.Layered.Repository، SoCPatterns.Layered.Service و SoCPatterns.Layered.Presentation ارجاع دهید.

9- بر روی پروژه‌ی UI خود به عنوان مثال SoCPatterns.Layered.WebUI کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Set as StartUp Project پروژه‌ی اجرایی را مشخص کنید.

10-  بر روی Solution کلیک راست نمایید و با انتخاب گزینه Add > New Solution Folder پوشه‌های زیر را اضافه نموده و پروژه‌های مرتبط را با عمل Drag & Drop در داخل پوشه‌ی مورد نظر قرار دهید.

• 1. UI
  
• § SoCPatterns.Layered.WebUI

• 2. Presentation Layer
  
• § SoCPatterns.Layered.Presentation

• 3. Service Layer
  
• § SoCPatterns.Layered.Service

• 4. Domain Layer
  
• § SoCPatterns.Layered.Model

• 5. Data Layer
  
• § SoCPatterns.Layered.Repository
• توجه داشته باشید که پوشه بندی برای مرتب سازی لایه‌ها و دسترسی راحت‌تر به آنها می‌باشد.
  

پیاده سازی ساختار لایه بندی برنامه به صورت کامل انجام شد. حال به پیاده سازی کدهای مربوط به هر یک از لایه‌ها و بخش‌ها می‌پردازیم و از لایه Domain شروع خواهیم کرد.