نوع‌های ارجاعی (Reference Types) در #C، همیشه نال‌پذیر بوده‌اند؛ در مقابل نوع‌های مقداری (value types) مانند DateTime که برای نال‌پذیر کردن آنها باید یک علامت سؤال را در حین تعریف نوع آنها ذکر کرد تا تبدیل به یک نوع نال‌پذیر شود (DateTime? Created). بنابراین عنوانی مانند «نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر» شاید آنچنان مفهوم نباشد.
خالق Null در زبان‌های برنامه نویسی، آن‌را یک اشتباه چند میلیارد دلاری می‌داند! و به عنوان یک توسعه دهنده‌ی دات نت، غیرممکن است که در حین اجرای برنامه‌های خود تابحال به null reference exception برخورد نکرده باشید. هدف از ارائه‌ی قابلیت جدید «نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر» در C# 8.0، مقابله‌ی با یک چنین مشکلاتی است و خصوصا غنی سازی IDEها برای ارائه‌ی اخطارهایی پیش از کامپایل برنامه، در مورد قسمت‌هایی از کد که ممکن است سبب بروز null reference exception شوند.
فعالسازی «نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر»
قابلیت «نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر» به صورت پیش‌فرض غیرفعال است. برای فعالسازی آن میتوان فایل csproj را به صورت زیر، با افزودن خاصیت NullableContextOptions، ویرایش کرد:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>netcoreapp3.0</TargetFramework>
<LangVersion>8.0</LangVersion>
<NullableContextOptions>enable</NullableContextOptions>
</PropertyGroup>
</Project> یک نکته: در نگارش‌های بعدی NET Core SDK. و همچنین ویژوال استودیو (از نگارش 16.2.0 به بعد)، خاصیت NullableContextOptions به صرفا Nullable تغییر نام یافته و ساده شده‌است. بنابراین اگر در این نگارش‌ها به خطاهای ذیل برخوردید:
CS8632: The annotation for nullable reference types should only be used in code within a ‘#nullable’ context.
CS8627: A nullable type parameter must be known to be a value-type or non-nullable reference type. Consider adding a ‘class’, ‘struct’ or type constraint.
صرفا به معنای استفاده‌ی از نام قدیمی این ویژگی است که باید به Nullable تغییر پیدا کند:
<PropertyGroup>
<LangVersion>preview</LangVersion>
<Nullable>enable</Nullable>
</PropertyGroup>
اما در زمان نگارش این مطلب که
3.0.100-
preview5-011568 در دسترس است، فعلا همان نام قدیمی NullableContextOptions کار میکند.
تغییر ماهیت نوع‌های ارجاعی #C با فعالسازی NullableContextOptions 
در #C ای که ما می‌شناسیم، رشته‌ها قابلیت پذیرش نال را دارند و همچنین ذکر آنها به صورت nullable بی‌معنا است. اما پس از فعالسازی ویژگی نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر، اکنون عکس آن رخ می‌دهد. رشته‌ها نال‌نپذیر می‌شوند؛ اما میتوان در صورت نیاز، آنها را nullable نیز تعریف کرد.
یک مثال: بررسی تاثیر فعالسازی NullableContextOptions بر روی یک پروژه
کلاس زیر را در نظر بگیرید:
public class Person
{
public string FirstName { get; set; }
public string MiddleName { get; set; }
public string LastName { get; set; }
public Person(string first, string last) =>
(FirstName, LastName) = (first, last);
public Person(string first, string middle, string last) =>
(FirstName, MiddleName, LastName) = (first, middle, last);
public override string ToString() => $"{FirstName} {MiddleName} {LastName}";
}
با فعالسازی خاصیت NullableContextOptions، بلافاصله اخطار زیر در IDE ظاهر میشود (اگر ظاهر نشد، یکبار پروژه را بسته و مجددا بارگذاری کنید):
در این کلاس، دو سازنده وجود دارند که یکی MiddleName را دریافت میکند و دیگری خیر. در اینجا کامپایلر تشخیص داده‌است که چون در سازنده‌ی اولی که MiddleName را دریافت نمی‌کند، مقدار پیش‌فرض خاصیت MiddleName، نال خواهد بود و همچنین ما NullableContextOptions را نیز فعال کرده‌ایم، بنابراین این خاصیت دیگر به صورت معمول و متداول یک نوع ارجاعی نال‌پذیر عمل نمی‌کند و دیگر نمی‌توان نال را به عنوان مقدار پیش‌فرض آن، به آن نسبت داد. به همین جهت اخطار فوق ظاهر شده‌است.
برای رفع این مشکل:
به کامپایلر اعلام میکنیم: «می‌دانیم که MiddleName می‌تواند نال هم باشد» و آن‌را در این زمینه راهنمایی میکنیم:
public string? MiddleName { get; set; }
پس از این تغییر، اخطار فوق که ذیل سازنده‌ی اول کلاس Person ظاهر شده بود، محو میشود. اما اکنون مجددا کامپایلر، در جائیکه می‌خواهیم از آن استفاده کنیم:
public static class NullableReferenceTypes
{
//#nullable enable // Toggle to enable
public static string Exemplify()
{
var vahid = new Person("Vahid", "N");
var length = GetLengthOfMiddleName(vahid);
return $"{vahid.FirstName}'s middle name has {length} characters in it.";
static int GetLengthOfMiddleName(Person person)
{
string middleName = person.MiddleName;
return middleName.Length;
}
}
}
اخطارهایی را صادر میکند:
در اینجا در متد محلی (local function) تعریف شده، سعی در دسترسی به خاصیت MiddleName وجود دارد و اکنون با تغییر جدیدی که اعمال کردیم، به صورت نال‌پذیر تعریف شده‌است.
همچنین در سطر بعدی آن نیز نتیجه‌ی نهایی middleName، مورد استفاده قرار گرفته‌است که آن نیز مشکل‌دار تشخیص داده شده‌است.
مشکل اولین سطر را به این صورت می‌توانیم برطرف کنیم:
var middleName = person.MiddleName;
در اینجا بجای ذکر صریح نوع string، از var استفاده شده‌است. پیشتر با ذکر صریح نوع string، آن‌را یک رشته‌ی نال‌نپذیر تعریف کرده بودیم. اما اکنون چون person.MiddleName نال‌پذیر تعریف شده‌است، var نیز به صورت خودکار به این رشته‌ی نال‌پذیر اشاره میکند.
اما مشکل سطر دوم هنوز باقی است:
علت اینجا است که متغیر middleName نیز اکنون ممکن است مقدار نال را داشته باشد. برای رفع این مشکل میتوان از اپراتور .? استفاده کرد و سپس اگر مقدار نهایی این عبارت نال بود، مقدار صفر را بازگشت می‌دهیم:
static int GetLengthOfMiddleName(Person person)
{
var middleName = person.MiddleName;
return middleName?.Length ?? 0;
}
هدف از این قابلیت و ویژگی کامپایلر، کمک کردن به توسعه دهنده‌ها جهت نوشتن کدهایی امن‌تر و مقاوم‌تر به null reference exceptionها است.
امکان خاموش و روشن کردن ویژگی نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر به صورت موضعی
زمانیکه خاصیت NullableContextOptions را فعال میکنیم، بر روی کل پروژه تاثیر می‌گذارد. برای مثال اگر یک چنین قابلیتی را بر روی پروژه‌های قدیمی خود فعال کنید، با صدها اخطار مواجه خواهید شد. به همین جهت است که این ویژگی حتی با فعالسازی C# 8.0 و انتخاب آن، به صورت پیش‌فرض غیرفعال است. بنابراین برای اینکه بتوان پروژه‌های قدیمی را قدم به قدم و سر فرصت، «مقاوم‌تر» کرد، میتوان تعیین کرد که کدام قسمت، تحت تاثیر این ویژگی قرار بگیرد و کدام قسمت‌ها خیر:
public static class NullableReferenceTypes
{
#nullable disable // Toggle to enable
در اینجا میتوان با استفاده از compiler directive جدید nullable# به کامپایلر اعلام کرد که از این قسمت صرفنظر کن. مقدار آن می‌تواند disable و یا enable باشد.
مجبور ساختن خود به «مقاوم سازی» برنامه
اگر NullableContextOptions را فعال کنید، کامپایلر صرفا یکسری اخطار را در مورد مشکلات احتمالی صادر میکند؛ اما برنامه هنوز کامپایل میشود. برای اینکه خود را مقید به «مقاوم سازی» برنامه کنیم، می‌توانیم با فعالسازی ویژگی TreatWarningsAsErrors در فایل csprj، این اخطارها را تبدیل به خطای کامپایلر کرده و از کامپایل برنامه جلوگیری کنیم:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>netcoreapp3.0</TargetFramework>
<LangVersion>8.0</LangVersion>
<NullableContextOptions>enable</NullableContextOptions>
<TreatWarningsAsErrors>true</TreatWarningsAsErrors>
</PropertyGroup>
</Project>
البته TreatWarningsAsErrors تمام اخطارهای برنامه را تبدیل به خطا میکند. اگر می‌خواهید انتخابی‌تر عمل کنید، میتوان از خاصیت WarningsAsErrors استفاده کرد:
<WarningsAsErrors>CS8600;CS8602;CS8603</WarningsAsErrors>
آیا اگر برنامه‌ای با C# 7.0 کامپایل شود، کتابخانه‌های تهیه شده‌ی با C# 8.0 را می‌تواند استفاده کند؟
پاسخ: بله. از دیدگاه برنامه‌های قدیمی، کتابخانه‌های تهیه شده‌ی با C# 8.0، تفاوتی با سایر کتابخانه ندارند. آنها نوع‌های نال‌پذیر جدید را مانند ?string مشاهده نمی‌کنند؛ آنها فقط string را مشاهده می‌کنند و روش کار کردن با آنها نیز همانند قبل است. بدیهی است در این حالت از مزایای کامپایلر C# 8.0 در تشخیص زود هنگام مشکلات برنامه محروم خواهند بود؛ اما عملکرد برنامه تفاوتی نمی‌کند.
وضعیت برنامه‌ی C# 8.0 ای که از کتابخانه‌های C# 7.0 و یا قبل از آن استفاده میکند، چگونه خواهد بود؟
چون کتابخانه‌های قدیمی‌تر از مزایای کامپایلر C# 8.0 استفاده نمی‌کنند، خروجی‌های آن بدون بروز خطایی توسط کامپایلر C# 8.0 استفاده می‌شوند؛ چون حجم اخطارهای صادر شده‌ی در این حالت بیش از حد خواهد بود. یعنی این بررسی‌های کامپایلر صرفا برای کتابخانه‌های جدید فعال هستند و نه برای کتابخانه‌های قدیمی.
مهارت‌های مواجه شدن با اخطارهای ناشی از فعالسازی NullableContextOptions
در مثالی که بررسی شد، یک نمونه از روش‌های مواجه شدن با اخطارهای ناشی از فعالسازی ویژگی نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر را بررسی کردیم. در ادامه روش‌های تکمیلی دیگری را بررسی میکنیم.
1- هرجائیکه قرار است متغیر ارجاعی نال‌پذیر باشد، آن‌را صراحتا اعلام کنید. string name = null; // ERROR
string? name = null; // OK!
این مثال را پیشتر بررسی کردیم. با فعالسازی ویژگی نوع‌های ارجاعی نال‌نپذیر، ماهیت آنها نیز تغییر میکند و دیگر نمی‌توان به آنها null را انتساب داد. اگر نیاز است حتما اینکار صورت گیرد، آنها را توسط ? به صورت nullable تعریف کنید.
نمونه‌ی دیگر آن مثال زیر است:
public class Person
{
public Address? Address { get; set; };
public string Country => Address?.Country; // ERROR!
}
در اینجا Address یک نوع ارجاعی نال‌پذیر است. بنابراین حاصل Address?.Country می‌تواند نال باشد و به Country نال‌نپذیر قابل انتساب نیست. برای رفع این مشکل کافی است دقیقا مشخص کنیم که این رشته نیز نال‌پذیر است:
public class Person
{
public Address? Address { get; set; };
public string? Country => Address?.Country; // OK!
}
البته در این حالت باید به مثال زیر دقت داشت:
var node = this; // Initialize non-nullable variable
while (node != null)
{
node = null; // ERROR!
}
چون node در اینجا توسط var تعریف شده‌است، دقیقا نوع this را که non-nullable است، پیدا میکند. بنابراین بعدها نمی‌توان به آن null را انتساب داد. اگر چنین موردی نیاز بود، باید صریحا نوع آن‌را بدو امر، nullable تعریف کرد؛ چون هنوز امکان تعریف ?var میسر نیست:
Node? node = this; // Initialize nullable variable
while (node != null) {
node = null; // OK!
}
2- نوع‌های خود را مقدار دهی اولیه کنید.
در مثال زیر:
public class Person
{
public string Name { get; set; } // ERROR!
}
در این حالت چون خاصیت Name، در سازنده‌ی کلاس مقدار دهی اولیه نشده‌است، یک اخطار صادر میشود که بیانگر احتمال نال بودن آن است. یک روش مواجه شدن با این مشکل، تعریف آن به صورت یک خاصیت نال‌پذیر است:
public class Person
{
public string? Name { get; set; }
}
یا یک استثناء را صادر کنید:
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public Person(string name) {
Name = name ?? throw new ArgumentNullException(nameof(name));
}
}
به این ترتیب کامپایلر می‌داند که اگر نام دریافتی نال بود، دقیقا باید چگونه رفتار کند.
البته در این حالت برای مقدار دهی اولیه‌ی Name، حتما نیاز به تعریف یک سازنده‌است و در این حالت کدهایی را که از سازنده‌ی پیش‌فرض استفاده کرده بودند (مانند new Person { Name = "Vahid" })، باید تغییر دهید.
راه‌حل دیگر، مقدار دهی اولیه‌ی این خواص بدون تعریف یک سازنده‌ی اضافی است:
public class Person
{
public string Name { get; set; } = string.Empty;
// -or-
public string Name { get; set; } = "";
}
برای مثال میتوان از مقادیر خالی زیر برای مقدار دهی اولیه‌ی رشته‌ها، آرایه‌ها و مجموعه‌ها استفاده کرد:
String.Empty
Array.Empty<T>()
Enumerable.Empty<T>()
یا حتی میتوان اشیاء دیگر را نیز به صورت زیر مقدار دهی اولیه کرد:
public class Person
{
public Address Address { get; set; } = new Address();
}
البته در این حالت باید مفهوم فلسفی «خالی بودن» را پیش خودتان تفسیر و تعریف کنید که دقیقا مقصود از یک آدرس خالی چیست؟ به همین جهت شاید تعریف این شیء به صورت nullable بهتر باشد.
