قابلیتی تحت عنوان Primary Constructors به C# 12 اضافه شده‌است که ... البته جدید نیست! این قابلیت از زمان
C# 9، با ارائه‌ی رکوردها، به زبان #C اضافه شد و در طی چند نگارش بعدی، توسعه و تکامل یافت (برای مثال اضافه شدن records for structs به
C# 10) تا در C# 12، به کلاس‌های معمولی نیز تعمیم پیدا کرد. این ویژگی را در ادامه با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.
Primary Constructors چیست؟
Primary Constructors، قابلیتی است که به C# 12 اضافه شده‌است تا توسط آن بتوان خواص را مستقیما توسط پارامترهای سازنده‌ی یک کلاس تعریف و همچنین مقدار دهی کرد. هدف از آن، کاهش قابل ملاحظه‌ی یکسری کدهای تکراری و مشخص است تا به کلاس‌هایی زیباتر، کم‌حجم‌تر و خواناتر برسیم. برای مثال کلاس متداول زیر را درنظر بگیرید:
public class Employee
{
public string FirstName { get; set; }
public string LastName { get; set; }
public DateTime HireDate { get; set; }
public decimal Salary { get; set; }
public Employee(string firstName, string lastName, DateTime hireDate, decimal salary)
{
FirstName = firstName;
LastName = lastName;
HireDate = hireDate;
Salary = salary;
}
}
در زبان #C، سازنده، متد ویژه‌ای است که در حین ساخت نمونه‌ای از یک کلاس، فراخوانی می‌شود. هدف از آن، آغاز و مقدار دهی حالت شیء ایجاد شده‌است که عموما با مقدار دهی خواص آن شیء، انجام می‌شود.
اکنون اگر بخواهیم همین کلاس را با استفاده از ویژگی Primary Constructor اضافه شده به C# 12.0 بازنویسی کنیم، به قطعه کد زیر می‌رسیم:
public class Employee(string firstName, string lastName, DateTime hireDate, decimal salary)
{
public string FirstName { get; set; } = firstName;
public string LastName { get; set; } = lastName;
public DateTime HireDate { get; set; } = hireDate;
public decimal Salary { get; set; } = salary;
}
و نحوه‌ی نمونه سازی از آن به صورت زیر است:
var employee = new Employee("John", "Doe", new DateTime(2020, 1, 1), 50000); یک نکته: اگر از Rider و یا ReSharper استفاده می‌کنید، یک چنین Refactoring توکاری جهت سهولت کار، به آنها اضافه شده‌است و به سرعت می‌توان این تبدیلات را توسط آنها انجام داد.
توضیحات:
- متد سازنده در این حالت، به ظاهر حذف شده و به قسمت تعریف کلاس منتقل شده‌است.
- تمام مقدار دهی‌های آغازین موجود در متد سازنده‌ی پیشین نیز حذف شده‌اند و مستقیما به قسمت تعریف خواص، منتقل شده‌اند.
در نتیجه از یک کلاس 15 سطری، به کلاسی 7 سطری رسیده‌ایم که کاهش حجم قابل ملاحظه‌ای را پیدا کرده‌است.
نکته 1: هیچ ضرورتی وجود ندارد که به همراه یک primary constructor، خواصی هم مانند مثال فوق ارائه شوند؛ چون پارامترهای آن در تمام اعضای این کلاس، به همین شکل، قابل دسترسی هستند. در این مثال صرفا جهت بازسازی کد قبلی، این خواص اضافی را مشاهده می‌کنید. یعنی اگر تنها قرار بود، کار تزریق وابستگی‌ها صورت گیرد که عموما به همراه تعریف فیلدهایی جهت انتساب پارامترهای متد سازنده به آنها است، استفاده از یک primary constructor، کدهای فوق را بیش از این هم فشرده‌تر می‌کرد و ... یک سطری می‌شد.
نکته 2: استفاده از پارامترهای سازنده‌ی اولیه، صرفا جهت مقدار دهی خواص عمومی یک کلاس، یک code smell هستند! چون می‌توان یک چنین کارهایی را به نحو شکیل‌تری توسط required properties معرفی شده‌ی در
C# 11، پیاده سازی کرد.
بررسی تاریخچه‌ی primary constructors
همانطور که در مقدمه‌ی بحث نیز عنوان شد، primary constructors قابلیت جدیدی نیست و برای نمونه به همراه C# 9 و مفهوم جدید رکوردهای آن، ارائه شد:
public record class Book(string Title, string Publisher);
مثال فوق که به positional syntax هم معروف است، به همراه بکارگیری primary constructors است. در اینجا کامپایلر به صورت خودکار، کار تولید کدهای خواص متناظر را که از نوع get و init دار هستند، انجام می‌دهد. در این حالت به علت استفاده از init accessors، پس از نمونه سازی شیءای از آن، دیگر نمی‌توان مقدار خواص متناظر را تغییر داد.
پس از آن در C# 10، این توسعه ادامه یافت و به امکان تعریف record structها، بسط یافت که در اینجا هم قابلیت تعریف primary constructors وجود دارد:
public record struct Color(int R, int G, int B);
که البته در این حالت برخلاف record classها، کامپایلر، کدی را که برای خواص تولید می‌کند، get و set دار است. در اینجا اگر نیاز است به همان حالت خواص get و init دار رسید، می‌توان یک readonly record struct را تعریف کرد.
پس از این مقدمات، اکنون در C# 12 نیز می‌توان primary constructors را به تمام کلاس‌ها و structهای معمولی هم اعمال کرد؛ با این تفاوت که در اینجا برخلاف رکوردها، کدهای خواص‌های متناظر، به صورت خودکار تولید نمی‌شوند و اگر به آنها نیاز دارید، باید آنها را همانند مثال ابتدای بحث، خودتان به صورت دستی تعریف کنید.
primary constructors کلاس‌ها و structهای معمولی، با primary constructors رکوردها یکی نیست
در C# 12 و به همراه معرفی primary constructors مخصوص کلاس‌ها و structهای معمولی آن، از روش متفاوتی برای دسترسی به پارامترهای تعریف شده، استفاده می‌کند که به آن capturing semantics هم می‌گویند. در این حالت پارامترهای تعریف شده‌ی در یک primary constructor، توسط هر عضوی از آن کلاس قابل استفاده‌است که یکی از کاربردهای آن، ساده کردن تعاریف تزریق وابستگی‌ها است. در این حالت دیگر نیازی نیست تا ابتدا یک فیلد را برای انتساب به پارامتر تزریق شده تعریف کرد و سپس از آن فیلد، استفاده نمود؛ مستقیما می‌توان با همان پارامتر تعریف شده، در متدها و اعضای کلاس، کار کرد.
برای مثال سرویس زیر را که از تزریق وابستگی‌ها، در سازنده‌ی خود استفاده می‌کند، درنظر بگیرید:
public class MyService
{
private readonly IDepedent _dependent;
public MyService(IDependent dependent)
{
_dependent = dependent;
}
public void Do()
{
_dependent.DoWork();
}
}
این کلاس در C# 12 به صورت زیر خلاصه شده و پارامتر dependent تعریف شده‌ی در سازنده‌ی اولیه‌ی آن، به همان شکل و بدون نیاز به کد اضافی، در سایر متدهای این کلاس قابل استفاده‌است:
public class MyService(IDependent dependent)
{
public void Do()
{
dependent.DoWork();
}
}
البته
مفهوم Captures هم در زبان #C جدید نیست و در ابتدا به همراه anonymous methods و بعدها به همراه lambda expressions، معرفی و بکار گرفته شد. برای مثال درون یک lambda expression، اگر از متغیری خارج از آن lambda expressions استفاده شود، کامپایلر یک capture از آن متغیر را تهیه کرده و استفاده می‌کند.
بنابراین به صورت خلاصه primary constructors در رکوردها، با هدف تعریف خواص عمومی فقط خواندنی، ارائه شدند؛ اما primary constructors ارائه شده‌ی در C# 12 که اینبار قابل اعمال به کلاس‌ها و structs معمولی است، بیشتر هدف ساده سازی تعریف کدهای تکراری private fields را دنبال می‌کند. برای نمونه این کدی است که کامپایلر برای primary constructor مثال ابتدای بحث تولید می‌کند و در اینجا نحوه‌ی تولید خودکار این فیلدهای خصوصی را مشاهده می‌کنید:
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
namespace CS8Tests
{
[NullableContext(1)]
[Nullable(0)]
public class Employee
{
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private string <FirstName>k__BackingField;
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private string <LastName>k__BackingField;
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private DateTime <HireDate>k__BackingField;
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private Decimal <Salary>k__BackingField;
public Employee(string firstName, string lastName, DateTime hireDate, Decimal salary)
{
this.<FirstName>k__BackingField = firstName;
this.<LastName>k__BackingField = lastName;
this.<HireDate>k__BackingField = hireDate;
this.<Salary>k__BackingField = salary;
base..ctor();
}
public string FirstName
{
[CompilerGenerated] get
{
return this.<FirstName>k__BackingField;
}
[CompilerGenerated] set
{
this.<FirstName>k__BackingField = value;
}
}
public string LastName
{
[CompilerGenerated] get
{
return this.<LastName>k__BackingField;
}
[CompilerGenerated] set
{
this.<LastName>k__BackingField = value;
}
}
public DateTime HireDate
{
[CompilerGenerated] get
{
return this.<HireDate>k__BackingField;
}
[CompilerGenerated] set
{
this.<HireDate>k__BackingField = value;
}
}
public Decimal Salary
{
[CompilerGenerated] get
{
return this.<Salary>k__BackingField;
}
[CompilerGenerated] set
{
this.<Salary>k__BackingField = value;
}
}
}
}
بنابراین آیا پارامترهای سازنده‌ی اولیه، به صورت خواص تعریف میشوند و قابلیت تغییر میدان دید آنها میسر است؟ پاسخ: خیر. این پارامترها توسط کامپایلر، به صورت فیلدهای خصوصی در سطح کلاس، تعریف و استفاده میشوند. یعنی تمام اعضای کلاس، البته منهای سازنده‌های ثانویه، به این پارامترها دسترسی دارند. همچنین، این تولید کد هم بهینه‌است و صرفا برای پارامترهایی انجام می‌شود که واقعا در کلاس استفاده شده باشند؛ درغیر اینصورت، فیلد خصوصی متناظری برای آنها تولید نخواهد شد.
یک نکته: برای مشاهده‌ی یک چنین کدهایی می‌توانید از منوی Tools->IL Viewer برنامه‌ی Rider استفاده کرده و در برگه‌ی ظاهر شده، گزینه‌ی #Low-Level C آن‌را انتخاب نمائید.
امکان تعریف سازنده‌های دیگر، به همراه سازنده‌ی اولیه
اگر به کدهای #Low-Level C تولیدی فوق دقت کنید، این کلاس، به همراه یک سازنده‌ی خالی بدون پارامتر (parameter less constructor) نیست و سازنده‌ی پیش‌فرضی (default constructor) برای آن درنظر گرفته نشده‌است ... اما اگر کلاسی به همراه یک primary constructor تعریف شد، می‌توان با استفاده از واژه‌ی کلیدی this، سازنده‌ی ثانویه‌ای را هم برای آن تعریف کرد:
public class Person(string firstName, string lastName)
{
public Person() : this("John", "Smith") { }
public Person(string firstName) : this(firstName, "Smith") { }
public string FullName => $"{firstName} {lastName}";
}
در اینجا نحوه‌ی تعریف یک Default constructor بدون پارامتر را هم ملاحظه می‌کنید.
امکان ارث‌بری و تعریف سازنده‌ی اولیه
مثال زیر را درنظر بگیرید که در آن کلاس مشتق شده‌ی از کلاس User، یک سازنده‌ی اولیه را تعریف کرده:
public class User
{
public User(string firstName, string lastName) { }
}
public class Editor(string firstName, string lastName) : User
{
}
در این حالت برنامه با خطای «Base class 'CS8Tests.User' does not contain parameterless constructor» کامپایل نمی‌شود. عنوان می‌کند که اگر کلاس مشتق شده می‌خواهد سازنده‌ی اولیه‌ای داشته باشد، باید کلاس پایه را به همراه یک سازنده‌ی پیش‌فرض بدون پارامتر تعریف کنید.
البته این محدودیت با structها وجود ندارد؛ چون structها، value type هستند و همواره به صورت پیش‌فرض، به همراه یک سازنده‌ی پیش فرض بدون پارامتر، تولید میشوند.
یک مثال: قطعه کد متداول ارث‌بری زیر را درنظر بگیرید که در آن، کلاس مشتق شده به کمک واژه‌ی کلید base، امکان تعریف سازنده‌ی جدیدی را یافته و یکی از پارامترهای سازنده‌ی کلاس پایه را مقدار دهی می‌کند:
public class Automobile
{
public Automobile(int wheels, int seats)
{
Wheels = wheels;
Seats = seats;
}
public int Wheels { get; }
public int Seats { get; }
}
public class Car : Automobile
{
public Car(int seats) : base(4, seats)
{
}
}
این تعاریف در C# 12 به صورت زیر خلاصه میشوند:
public class Automobile(int wheels, int seats)
{
public int Wheels { get; } = wheels;
public int Seats { get; } = seats;
}
public class Car(int seats) : Automobile(4, seats);
و یا یک نمونه مثال دیگر آن به صورت زیر است که در آن، ذکر بدنه‌ی کلاس در C# 12، الزامی ندارد:
public class MyBaseClass(string s); // no body required
public class Derived(int i, string s, bool b) : MyBaseClass(s)
{
public int I { get; set; } = i;
public string B => b.ToString();
} توصیه به پرهیز از double capturing
با مفهوم capture در این مطلب آشنا شدیم. در مثال زیر دوبار از پارامتر سازنده‌ی age، در دو قسمت عمومی شده، استفاده شده‌است:
public class Human(int age)
{
// initialization
public int Age { get; set; } = age;
// capture
public string Bio => $"My age is {age}!";
}
در این حالت ممکن است استفاده کننده در طول برنامه، با وضعیت ناخواسته‌ی زیر مواجه شود:
var p = new Human(42);
Console.WriteLine(p.Age); // Output: 42
Console.WriteLine(p.Bio); // Output: My age is 42!
p.Age++;
Console.WriteLine(p.Age); // Output: 43
Console.WriteLine(p.Bio); // Output: My age is 42! // !
در اینجا پس از افزودن مقداری به خاصیت عمومی Age، زمانیکه به مقدار عبارت Bio مراجعه می‌شود، خروجی قبلی را دریافت می‌کنیم!
درک بهتر آن، نیاز به #Low-Level C کلاس Human را دارد:
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
namespace CS8Tests
{
[NullableContext(1)]
[Nullable(0)]
public class Human
{
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private int <age>P;
[CompilerGenerated]
[DebuggerBrowsable(DebuggerBrowsableState.Never)]
private int <Age>k__BackingField;
public Human(int age)
{
this.<age>P = age;
this.<Age>k__BackingField = this.<age>P;
base..ctor();
}
public int Age
{
[CompilerGenerated] get
{
return this.<Age>k__BackingField;
}
[CompilerGenerated] set
{
this.<Age>k__BackingField = value;
}
}
public string Bio
{
get
{
DefaultInterpolatedStringHandler interpolatedStringHandler = new DefaultInterpolatedStringHandler(11, 1);
interpolatedStringHandler.AppendLiteral("My age is ");
interpolatedStringHandler.AppendFormatted<int>(this.<age>P);
interpolatedStringHandler.AppendLiteral("!");
return interpolatedStringHandler.ToStringAndClear();
}
}
}
}
همانطور که مشاهده می‌کنید، کامپایلر، پارامتر age را دوبار، جداگانه capture کرده‌است:
public Human(int age)
{
this.<age>P = age;
this.<Age>k__BackingField = this.<age>P;
base..ctor();
}
به همین جهت است که ++p.Age، فقط بر روی یکی از فیلدهای capture شده تاثیر داشته و بر روی دیگری خیر. به این مورد، double capturing گفته می‌شود و توصیه شده از آن پرهیز کنید و بجای استفاده‌ی دوباره از پارامتر age، از خود خاصیت Age استفاده نمائید.
