مطالب
بررسی Source Generators در #C - قسمت دوم - یک مثال
یک مثال: پیاده سازی INotifyPropertyChanged توسط Source Generators

هدف از اینترفیس INotifyPropertyChanged که به همراه یک رخ‌داد است:
public interface INotifyPropertyChanged  
{ 
   event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;  
}
مطلع سازی استفاده کننده‌ی از یک شیء، از تغییرات رخ‌داده‌ی در مقادیر خواص آن است که نمونه‌ی آن، در برنامه‌های WPF، جهت به روز رسانی UI، زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این رخ‌داد به خودی خود کار خاصی را انجام نمی‌دهد و برای استفاده‌ی از آن، باید مقدار زیادی کد نوشت و این مقدار کد نیز باید به ازای تک تک خواص یک کلاس مدل، تکرار شوند:
  partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {

    private double _speedKmPerHour;
    
    public double SpeedKmPerHour
    {
      get => _speedKmPerHour;
      set
      {
        _speedKmPerHour = value;
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof(SpeedKmPerHour)));
      }
    }

    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;
  }
همچنین باید درنظر داشت که با تغییر نام خاصیتی، میزان قابل ملاحظه‌ای از این کدهای تکراری نیز باید به روز رسانی شوند که این عملیات می‌تواند ایده‌ی خوبی برای استفاده‌ی از Source Generators باشد.
اگر بخواهیم تولید این کدهای تکراری را به Source Generators محول کنیم، می‌توان برای مثال فیلد خصوصی مرتبط را نگه داشت و تولید مابقی کدها را خودکار کرد:
  partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {
    private double _speedKmPerHour;    
  }
در این حالت کلاس مدل، به صورت partial تعریف می‌شود و فقط فیلد خصوصی، در کدهای ما حضور خواهد داشت. مابقی کدهای این کلاس partial به صورت خودکار توسط یک Source Generator سفارشی تولید خواهد شد. همانطور که ملاحظه می‌کنید، کاهش حجم قابل ملاحظه‌ای حاصل شده و همچنین اگر فیلد خصوصی دیگری نیز در اینجا اضافه شود، واکنش Source Generator ما آنی خواهد بود و بلافاصله کدهای مرتبط را تولید می‌کند و برنامه، بدون مشکلی کامپایل خواهد شد؛ هرچند به ظاهر INotifyPropertyChanged ذکر شده، در این کلاس اصلا پیاده سازی نشده‌است.


ایجاد پروژه‌ی Source Generator

در ابتدا برای ایجاد تولید کننده‌ی خودکار کدهای INotifyPropertyChanged، یک class library را به solution جاری اضافه می‌کنیم. سپس نیاز است ارجاعاتی را به دو بسته‌ی نیوگت زیر نیز افزود:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="Microsoft.CodeAnalysis.Analyzers" Version="3.3.3">
      <IncludeAssets>runtime; build; native; contentfiles; analyzers; buildtransitive</IncludeAssets>
      <PrivateAssets>all</PrivateAssets>
    </PackageReference>
    <PackageReference Include="Microsoft.CodeAnalysis.CSharp" Version="4.2.0" PrivateAssets="all" />
  </ItemGroup>
</Project>
سپس کلاس جدید NotifyPropertyChangedGenerator را به نحو زیر به آن اضافه می‌کنیم:
  [Generator]
  public class NotifyPropertyChangedGenerator : ISourceGenerator
  {
    public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
    {
    }

    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
- این کلاس باید اینترفیس ISourceGenerator را پیاده سازی کرده و همچنین مزین به ویژگی Generator باشد.
- اینترفیس ISourceGenerator به همراه دو متد Initialize و Execute است که در صورت نیاز باید پیاده سازی شوند.

در متد Execute، به خاصیت context.Compilation دسترسی داریم. این خاصیت تمام اطلاعاتی را که کامپایلر از Solution جاری در اختیار دارد، به توسعه دهنده ارائه می‌دهد. برای نمونه پیاده سازی متد Execute تولید کننده‌ی کد مثال جاری، چنین شکلی را دارد:
    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
      // uncomment to debug the actual build of the target project
      // Debugger.Launch();
      var compilation = context.Compilation;
      var notifyInterface = compilation.GetTypeByMetadataName("System.ComponentModel.INotifyPropertyChanged");

      foreach (var syntaxTree in compilation.SyntaxTrees)
      {
        var semanticModel = compilation.GetSemanticModel(syntaxTree);
        var immutableHashSet = syntaxTree.GetRoot()
          .DescendantNodesAndSelf()
          .OfType<ClassDeclarationSyntax>()
          .Select(x => semanticModel.GetDeclaredSymbol(x))
          .OfType<ITypeSymbol>()
          .Where(x => x.Interfaces.Contains(notifyInterface))
          .ToImmutableHashSet();

        foreach (var typeSymbol in immutableHashSet)
        {
          var source = GeneratePropertyChanged(typeSymbol);
          context.AddSource($"{typeSymbol.Name}.Notify.cs", source);
        }
      }
    }
در اینجا با استفاده از context.Compilation به اطلاعات کامپایلر دسترسی پیدا کرده و سپس SyntaxTrees آن‌را یکی یکی، جهت یافتن کلاس‌ها و یا همان ClassDeclarationSyntax ها، پیمایش و بررسی می‌کنیم. سپس از بین این کلاس‌ها، کلاس‌هایی که INotifyPropertyChanged را پیاده سازی کرده باشند، انتخاب می‌کنیم که اطلاعات آن در پایان کار، به متد GeneratePropertyChanged جهت تولید مابقی کدهای partial class ارسال شده و کد تولیدی، به context اضافه می‌شود تا به نحو متداولی همانند سایر کدهای برنامه، به مجموعه کدهای مورد بررسی کامپایلر اضافه شود.

نکته‌ی مهم و جالب در اینجا این است که نیازی نیست تا قطعه کد جدید را به صورت SyntaxTrees در آورد و به کامپایلر اضافه کرد. می‌توان این قطعه کد را به نحو متداولی، به صورت یک قطعه رشته‌ی استاندارد #C، تولید و به کامپایلر با متد context.AddSource ارائه کرد که نمونه‌ای از آن‌را در ذیل مشاهده می‌کنید:
    private string GeneratePropertyChanged(ITypeSymbol typeSymbol)
    {
      return $@"
using System.ComponentModel;

namespace {typeSymbol.ContainingNamespace}
{{
  partial class {typeSymbol.Name}
  {{
    {GenerateProperties(typeSymbol)}
    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;
  }}
}}";
    }

    private static string GenerateProperties(ITypeSymbol typeSymbol)
    {
      var sb = new StringBuilder();
      var suffix = "BackingField";

      foreach (var fieldSymbol in typeSymbol.GetMembers().OfType<IFieldSymbol>()
        .Where(x=>x.Name.EndsWith(suffix)))
      {
        var propertyName = fieldSymbol.Name[..^suffix.Length];
        sb.AppendLine($@"
    public {fieldSymbol.Type} {propertyName}
    {{
      get => {fieldSymbol.Name};
      set
      {{
        {fieldSymbol.Name} = value;
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof({propertyName})));
      }}
    }}");
      }

      return sb.ToString();
    }
در اینجا در ابتدا بدنه‌ی کلاس partial تکمیل می‌شود. سپس خواص عمومی آن بر اساس فیلدهای خصوصی تعریف شده، تکمیل می‌شوند. در این مثال اگر یک فیلد خصوصی به عبارت BackingField ختم شود، به عنوان فیلدی که قرار است معادل کدهای INotifyPropertyChanged را داشته باشد، شناسایی می‌شود و به همراه کدهای تولید شده‌ی خودکار خواهد بود.

کدهای source generator ما همین مقدار بیش‌تر نیست. اکنون می‌خواهیم از آن در یک برنامه‌ی کنسول جدید (برای مثال به نام NotifyPropertyChangedGenerator.Demo) استفاده کنیم. برای اینکار نیاز است ارجاعی را به آن اضافه کنیم؛ اما این ارجاع، یک ارجاع متداول نیست و نیاز به ذکر چنین ویژگی خاصی وجود دارد:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <ItemGroup>
    <ProjectReference Include="..\NotifyPropertyChangedGenerator\NotifyPropertyChangedGenerator.csproj"
                      OutputItemType="Analyzer" ReferenceOutputAssembly="false"/>
  </ItemGroup>
</Project>
در اینجا میسر دهی پروژه‌ی تولید کننده‌ی کد، همانند سایر پروژه‌ها است؛ اما نوع آن باید آنالایزر معرفی شود. به همین جهت از خاصیت OutputItemType با مقدار Analyzer استفاده شده‌است. همچنین تنظیم ReferenceOutputAssembly به false به این معنا است که این اسمبلی ویژه، یک وابستگی و dependency واقعی پروژه‌ی جاری نیست و ما قرار نیست به صورت مستقیمی از کدهای آن استفاده کنیم.

برای آزمایش این تولید کننده‌ی کد، کلاس CarModel را به صورت زیر به پروژه‌ی کنسول آزمایشی اضافه می‌کنیم:
using System.ComponentModel;

namespace NotifyPropertyChangedGenerator.Demo
{
  public partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {
    private double SpeedKmPerHourBackingField;
    private int NumberOfDoorsBackingField;
    private string ModelBackingField = "";

    public void SpeedUp() => SpeedKmPerHour *= 1.1;
  }
}
این کلاس پیاده سازی کننده‌ی INotifyPropertyChanged است؛ اما به همراه هیچ خاصیت عمومی نیست. فقط به همراه یکسری فیلد خصوصی ختم شده‌ی به «BackingField» است که توسط تولید کننده‌ی کد شناسایی شده و اطلاعات آن‌ها تکمیل می‌شود. فقط باید دقت داشت که این کلاس حتما باید به صورت partial تعریف شود تا امکان تکمیل خودکار کدهای آن وجود داشته باشد.

یک نکته:   در این حالت هرچند برنامه بدون مشکل کامپایل و اجرا می‌شود، ممکن است خطوط قرمزی را در IDE خود مشاهده کنید که عنوان می‌کند این قطعه از کد قابل کامپایل نیست. اگر با چنین صحنه‌ای مواجه شدید، یکبار solution را بسته و مجددا باز کنید تا تولید کننده‌ی کد، به خوبی شناسایی شود. البته نگارش‌های جدیدتر Visual Studio و Rider به همراه قابلیت auto reload پروژه برای کار با تولید کننده‌‌های کد هستند و دیگر شاهد چنین صحنه‌هایی نیستیم و حتی اگر برای مثال فیلد جدیدی را به CarModel اضافه کنیم، نه فقط بلافاصله کدهای متناظر آن تولید می‌شوند، بلکه خواص عمومی تولید شده در Intellisense نیز قابل دسترسی هستند.


نحوه‌ی مشاهده‌ی کدهای خودکار تولید شده

اگر علاقمند باشید تا کدهای خودکار تولید شده را مشاهده کنید، در Visual Studio، در قسمت و درخت نمایشی dependencies پروژه، گره‌ای به نام Analyzers وجود دارد که در آن برای مثال نام NotifyPropertyChangedGenerator و ذیل آن، کلاس‌های تولید شده‌ی توسط آن، قابل مشاهده و دسترسی هستند و حتی قابل دیباگ نیز می‌باشند؛ یعنی می‌توان بر روی سطور مختلف آن، break-point قرار داد.


کدهای کامل این مطلب را از اینجا می‌توانید دریافت کنید: SourceGeneratorTests.zip

معرفی تعدادی منبع تکمیلی
- برنامه Source generator playground
در اینجا تعدادی مثال را که توسط مایکروسافت توسعه یافته‌است، مشاهده می‌کنید که اتفاقا یکی از آن‌ها پیاده سازی تولید کننده‌ی کد اینترفیس INotifyPropertyChanged است. در این برنامه، خروجی کدهای تولیدی نیز به سادگی قابل مشاهده‌است.

- برنامه SharpLab
برای توسعه‌ی تولید کننده‌های کد، عموما نیاز است تا با Roslyn API آشنا بود. در این برنامه اگر از منوی بالای صفحه قسمت results، گزینه‌ی «syntax tree» را انتخاب کنید و سپس قسمتی از کد خود را انتخاب کنید، بلافاصله معادل Roslyn API آن، در سمت راست صفحه نمایش داده می‌شود.

- معرفی مجموعه‌ای از Source Generators
در اینجا می‌توان مجموعه‌ای از پروژه‌های سورس باز Source Generators را مشاهده و کدهای آن‌ها را مطالعه کنید و یا از آن‌ها در پروژه‌های خود استفاده نمائید.

- معرفی یک cookbook در مورد Source Generators
این cookbook توسط خود مایکروسافت تهیه شده‌است و جهت شروع به کار با این فناوری، بسیار مفید است.

- مجموعه مثال‌های Source generators از مایکروسافت
در اینجا می‌توانید مجموعه مثال‌هایی از Source generators را که توسط مایکروسافت تهیه شده‌است، مشاهده کنید. شرح و توضیحات تعدادی از آن‌ها را هم در اینجا مطالعه کنید.
اشتراک‌ها
ReSharper 2021.2 منتشر شد

ReSharper 2021.2: Updates to C# Code Analysis, Nullable Reference Types, and Source Generators and Introducing HttpClient URI Support! | The .NET Tools Blog 

ReSharper 2021.2 منتشر شد
اشتراک‌ها
NET 7 Preview 5. منتشر شد

Today we released .NET 7 Preview 5. This preview of .NET 7 includes improvements to Generic Math which make the lives of API authors easier, a new Text Classification API for ML.NET that adds state-of-the-art deep learning techniques for natural language processing, various improvements to source code generators and a new Roslyn analyzer and fixer for RegexGenerator and multiple performance improvements in the areas of CodeGen, Observability, JSON serialization / deserialization and working with streams. 

NET 7 Preview 5. منتشر شد
اشتراک‌ها
سری بررسی NET Aspire.

.NET Aspire Developers Day

15 videos

Are you ready to take your .NET development skills to the next level? We are thrilled to announce .NET Aspire Developers Day, a unique livestream event happening on July 23, 2024. Whether you're an experienced .NET developer or just getting started with .NET Aspire, this event is designed to equip you with advanced knowledge, practical skills, and insights from industry experts.

سری بررسی NET Aspire.
مطالب
تغییرات Logging در ASP.NET Core 6x
فرض کنید با استفاده از روش متداول زیر، کار ثبت یک واقعه را انجام داده‌اید:
public class TestController
{
    private readonly ILogger<TestController> _logger;
    public TestController(ILogger<TestController> logger)
    {
        _logger = logger;
    }

   [HttpGet("/")]
    public string Get()
    {
        _logger.LogInformation("hello world");
          return "Hello world!";
    }
}
در یک برنامه‌ی متداول ASP.NET Core، زیرساخت کار با ILogger از پیش تنظیم شده‌است. برای کار با آن فقط کافی است به نمونه‌های ILogger و یا <ILogger<T از طریق سیستم تزریق وابستگی‌ها دسترسی یافت و سپس متدهای الحاقی آن‌را مانند LogInformation فراخوانی کرد.

اگر یک چنین برنامه‌ای را به دات نت 6 ارتقاء دهید، با پیام اخطار زیر مواجه خواهید شد:
CA1848: For improved performance, use the LoggerMessage delegates instead of calling LogInformation
به صورت خلاصه، تمام متدهای پیشین LogInformation، LogDebug و امثال آن در دات نت 6 منسوخ شده درنظر گرفته می‌شوند! دلیل آن‌را در ادامه بررسی خواهیم کرد.


استفاده‌ی گسترده از source generators در دات نت 6

source generators، امکان مداخله در عملیات کامپایل برنامه را میسر کرده و امکان تولید کدهای پویایی را در زمان کامپایل، فراهم می‌کنند. هرچند این قابلیت به همراه دات نت 5 ارائه شدند، اما تا زمان دات نت 6 استفاده‌ی گسترده‌ای از آن در خود دات نت صورت نگرفت. موارد زیر، تغییراتی است که بر اساس source generators در دات نت 6 رخ داده‌اند:
- source generators مخصوص ILogger (موضوع این بحث؛ یعنی LoggerMessage source generator)
- source generators مخصوص System.Text.Json تا سربار تبدیل به JSON و یا برعکس کمتر شود.
- بازنویسی مجدد پروسه‌ی کامپایل Blazor/Razor بر اساس source generators، بجای روش دو مرحله‌ای قبلی که امکان Hot Reload را فراهم کرده‌است.

نوشتن یک source generator هرچند ساده نیست، اما چون نیاز به reflection را به حداقل می‌رساند، می‌تواند تغییرات کارآیی بسیار مثبتی را به همراه داشته باشد.


توصیه به استفاده از LoggerMessage.Define در دات نت 6

ILogger به همراه قابلیت‌هایی مانند structural logging نیز هست که امکان فرمت بهتر پیام‌های ثبت شده را میسر می‌کند تا توسط برنامه‌های جانبی که قرار است این لاگ‌ها را پردازش کنند، به سادگی قابل خواندن باشند. برای مثال رکورد زیر را در نظر بگیرید:
public record Person (int Id, string Name);
به همراه نمونه‌ای از آن:
var person = new Person(123, "Test");
خروجی لاگ زیر در این حالت:
_logger.LogInformation("hello to {Person}", person);
به صورت زیر خواهد بود:
info: TestController[0]
hello world to Person { Id = 123, Name = Test }
دقت کنید که رشته‌ی ارسالی به LogInformation به همراه $ نیست. یعنی از string interpolation استفاده نشده‌است و نام پارامتر تعریف شده (placeholder name) با حروف بزرگ شروع شده‌است.

اگر در اینجا مانند مثال زیر از string interpolation استفاده شود:
_logger.LogInformation($"hello world to {person}"); // Using interpolation instead of structured logging
هرچند کار با آن ساده‌تر است از string.Format، اما برای عملیات ثبت وقایع با کارآیی بالا توصیه نمی‌شود؛ به این دلایل:
- ویژگی «لاگ‌های ساختار یافته» را از دست می‌دهیم و دیگر توسط نرم افزارهای ثالث لاگ خوان، به سادگی پردازش نخواهند شد.
- ویژگی «قالب ثابت» پیام را نیز از دست خواهیم داد که باز هم یافتن پیام‌های مشابه را در بین انبوهی از لاگ‌های رسیده مشکل می‌کند.
-  کار serialization شیء ارسالی به آن، پیش از عملیات ثبت وقایع رخ می‌دهد. اما ممکن است سطح لاگ سیستم در این حد نباشد و اصلا این پیام لاگ نشود. در این حالت یک کار اضافی صورت گرفته و بر روی کارآیی برنامه تاثیر منفی خواهد گذاشت.

برای جلوگیری از serialization و همچنین تخصیص حافظه‌ی اضافی و مشکلات عدم ساختار یافته بودن لاگ‌ها، توصیه شده‌است که ابتدا سطح لاگ مدنظر بررسی شود و همچنین از string interpolation استفاده نشود:
if (_logger.IsEnabled(LogLevel.Information))
{
   _logger.LogInformation("hello world to {Person}", person);
}
البته مشکل این روش، تکرار این if/else‌ها در تمام برنامه‌است و همچنین باید دقت داشت که LogLevel انتخابی، با متد لاگ، هماهنگی دارد.
مشکل دیگر لاگ‌های ساختار یافته، امکان فراموش کردن یکی از پارامترها است که با یک خطای زمان اجرا گوشزد خواهد شد؛ مانند مثال زیر:
_logger.LogInformation("hello world to {Person} because {Reason}", person);
اکنون در دات نت 6 با پیام اخطار CA1848 که در ابتدای بحث مشاهده کردید، توصیه می‌کنند که اگر قالب نهایی خاصی را مدنظر دارید، آن‌را توسط متد LoggerMessage.Define دقیقا مشخص کنید:
private static readonly Action<ILogger, Person, Exception?> _logHelloWorld =
    LoggerMessage.Define<Person>(
        logLevel: LogLevel.Information,
        eventId: 0,
        formatString: "hello world to {Person}");
در این روش جدید باید یک Action را برای لاگ کردن پیام‌ها تهیه کرد که از همان ابتدا LogLevel آن مشخص است (و نیازی به بررسی مجزا ندارد؛ یعنی خودش logger.IsEnabled را فراخوانی می‌کند) و همچنین از روش لاگ ساختار یافته استفاده می‌کند. مزیت این روش کش شدن قالب لاگ، در بار اول فراخوانی آن است ( برخلاف متدهای الحاقی مانند LogInformation که هربار باید این قالب‌ها را پردازش کنند) و همچنین در اینجا دیگر خبری از boxing و تبدیل نوع پارامترها نیست.

اکنون روش فراخوانی این Action با کارآیی بالا به صورت زیر است:
[HttpGet("/")]
public string Get()
{
    var person = new Person(123, "Test");
    _logHelloWorld(_logger, person, null);
      return "Hello world!";
}
همانطور که مشاهده می‌کنید اینبار دیگر حتی امکان فراموش کردن پارامتری وجود ندارد (مشکلی که می‌تواند با LogInformation متداول رخ دهد).


معرفی [LoggerMessage] source generator در دات نت 6

هرچند LoggerMessage.Define، مزایای قابل توجهی مانند کش شدن قالب لاگ، عدم نیاز به بررسی ضرورت لاگ شدن پیام و ارسال تعداد پارامترهای صحیح را به همراه دارد، اما ... کار کردن با آن مشکل است و برای کار با آن باید کدهای زیادی را نوشت. به همین جهت با استفاده از قابلیت source generators، امکان تولید خودکار این نوع کدها در زمان کامپایل برنامه پیش‌بینی شده‌است:
public partial class TestController
{
   [LoggerMessage(0, LogLevel.Information, "hello world to {Person}")]
   partial void LogHelloWorld(Person person);
}
این قطعه کد، LoggerMessage.Define را به صورت خودکار برای ما تولید می‌کند. برای اینکار باید یک متد partial را تهیه کرد و سپس آن‌را به ویژگی جدید LoggerMessage مزین کرد. پس از آن source generator، مابقی کارها را در زمان کامپایل برنامه انجام می‌دهد.
ویژگی partial method، امکان تعریف یک متد را در یک فایل و سپس ارائه‌ی پیاده سازی آن‌را در فایلی دیگر میسر می‌کند که البته در اینجا آن فایل دیگر، توسط source generator تولید می‌شود.
باید دقت داشت که در اینجا TestController را نیز باید به صورت partial تعریف کرد تا آن نیز قابلیت بسط در چند فایل را پیدا کند. همچنین متد فوق را به صورت static partial void نیز می‌توان نوشت.

یکی از مزایای کار با source generator که خودش در اصل یک آنالایزر هم هست، بررسی تعداد پارامترهای ارسالی و تعریف شده‌است:
[LoggerMessage(0, LogLevel.Information, "hello world to {Person} with a {Reason}")]
partial void LogHelloWorld(Person person);
برای مثال در اینجا متد LogHelloWorld یک پارامتر دارد اما LoggerMessage آن به همراه دو پارامتر تعریف شده‌است که این مشکل در زمان کامپایل تشخیص داده شده و گوشزد می‌شود (برخلاف روش‌های پیشین که در زمان اجرا این نوع مشکلات نمایان می‌شدند).

در این روش، امکان ذکر پارامتر اختیاری LogLevel هم وجود دارد؛ اگر نیاز است مقدار آن به صورت پویا تغییر کند:
[LoggerMessage(Message = "hello world to {Person}")]
partial void LogHelloWorld(LogLevel logLevel, Person person);