نظرات مطالب
مفاهیم برنامه نویسی ـ مروری بر فیلدها، متدها و ساخت اشیاء
ممنون بابت مطلب آموزشی تون،
تاکیدتان بر استفاده از قرار دادهای نامگذاری، تاکید مثبتی است و واقعا مهم، 
کتاب Framework Design Guidelines: Conventions, Idioms, and Patterns for Reusable .NET Libraries در این زمینه اطلاعات کاملتر و دقیقتری در بر داره.
یکی از روش هایی که در رعایت استاندارهای کد نویسی تاثیر مفیدی داره این هستش که در قطعه کد هایی که به عنوان مثال در آموزش‌ها ارائه می‌شه تا حد امکان سعی بشه این اصول رعایت بشه تا به صورت تدریجی این روش کد نویسی جزئی از عادات برنامه نویسی ما بشود.
مطالب
Functional Programming یا برنامه نویسی تابعی - قسمت دوم – مثال‌ها
در قسمت قبلی این مقاله، با مفاهیم تئوری برنامه نویسی تابعی آشنا شدیم. در این مطلب قصد دارم بیشتر وارد کد نویسی شویم و الگوها و ایده‌های پیاده سازی برنامه نویسی تابعی را در #C مورد بررسی قرار دهیم.


Immutable Types

هنگام ایجاد یک Type جدید باید سعی کنیم دیتای داخلی Type را تا حد ممکن Immutable کنیم. حتی اگر نیاز داریم یک شیء را برگردانیم، بهتر است که یک instance جدید را برگردانیم، نه اینکه همان شیء موجود را تغییر دهیم. نتیحه این کار نهایتا به شفافیت بیشتر و Thread-Safe بودن منجر خواهد شد.
مثال:
public class Rectangle
{
    public int Length { get; set; }
    public int Height { get; set; }

    public void Grow(int length, int height)
    {
        Length += length;
        Height += height;
    }
}

Rectangle r = new Rectangle();
r.Length = 5;
r.Height = 10;
r.Grow(10, 10);// r.Length is 15, r.Height is 20, same instance of r
در این مثال، Property های کلاس، از بیرون قابل Set شدن می‌باشند و کسی که این کلاس را فراخوانی میکند، هیچ ایده‌ای را درباره‌ی مقادیر قابل قبول آن‌ها ندارد. بعد از تغییر بهتر است وظیفه‌ی ایجاد آبجکت خروجی به عهده تابع باشد، تا از شرایط ناخواسته جلوگیری شود:
// After
public class ImmutableRectangle
{
    int Length { get; }
    int Height { get; }

    public ImmutableRectangle(int length, int height)
    {
        Length = length;
        Height = height;
    }

    public ImmutableRectangle Grow(int length, int height) =>
          new ImmutableRectangle(Length + length, Height + height);
}

ImmutableRectangle r = new ImmutableRectangle(5, 10);
r = r.Grow(10, 10);// r.Length is 15, r.Height is 20, is a new instance of r
با این تغییر در ساختار کد، کسی که یک شیء از کلاس ImmutableRectangle را ایجاد میکند، باید مقادیر را وارد کند و مقادیر Property ها به صورت فقط خواندنی از بیرون کلاس در دسترس هستند. همچنین در متد Grow، یک شیء جدید از کلاس برگردانده می‌شود که هیچ ارتباطی با کلاس فعلی ندارد.


استفاده از Expression بجای Statement

یکی از موارد با اهمیت در سبک کد نویسی تابعی را در مثال زیر ببینید:
public static void Main()
{
    Console.WriteLine(GetSalutation(DateTime.Now.Hour));
}

// imparitive, mutates state to produce a result
/*public static string GetSalutation(int hour)
{
    string salutation; // placeholder value

    if (hour < 12)
        salutation = "Good Morning";
    else
        salutation = "Good Afternoon";

    return salutation; // return mutated variable
}*/

public static string GetSalutation(int hour) => hour < 12 ? "Good Morning" : "Good Afternoon";
به خط‌های کامنت شده دقت کنید؛ می‌بینیم که یک متغیر، تعریف شده که نگه دارنده‌ای برای خروجی خواهد بود. در واقع به اصطلاح آن را mutate می‌کند؛ در صورتیکه نیازی به آن نیست. ما می‌توانیم این کد را به صورت یک عبارت (Expression) در آوریم که خوانایی بیشتری دارد و کوتاه‌تر است.


استفاده از High-Order Function ها برای ایجاد کارایی بیشتر

در قسمت قبلی درباره توابع HOF صحبت کردیم. به طور خلاصه توابعی که یک تابع را به عنوان ورودی میگیرند و یک تابع را به عنوان خروجی برمی‌گردانند. به مثال زیر توجه کنید:
public static int Count<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate)
{
    int count = 0;

    foreach (TSource element in source)
    {
        checked
        {
            if (predicate(element))
            {
                count++;
            }
        }
    }

    return count;
}
این قطعه کد، مربوط به متد Count کتابخانه‌ی Linq می‌باشد. در واقع این متد تعدادی از چیز‌ها را تحت شرایط خاصی می‌شمارد. ما دو راهکار داریم، برای هر شرایط خاص، پیاده سازی نحوه‌ی شمردن را انجام دهیم و یا یک تابع بنویسیم که شرط شمردن را به عنوان ورودی دریافت کند و تعدادی را برگرداند.


ترکیب توابع

ترکیب توابع به عمل پیوند دادن چند تابع ساده، برای ایجاد توابعی پیچیده گفته می‌شود. دقیقا مانند عملی که در ریاضیات انجام می‌شود. خروجی هر تابع به عنوان ورودی تابع بعدی مورد استفاده قرار میگیرد و در آخر ما خروجی آخرین فراخوانی را به عنوان نتیجه دریافت میکنیم. ما میتوانیم در #C به روش برنامه نویسی تابعی، توابع را با یکدیگر ترکیب کنیم. به مثال زیر توجه کنید:
public static class Extensions
{
    public static Func<T, TReturn2> Compose<T, TReturn1, TReturn2>(this Func<TReturn1, TReturn2> func1, Func<T, TReturn1> func2)
    {
        return x => func1(func2(x));
    }
}

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Func<int, int> square = (x) => x * x;
        Func<int, int> negate = x => x * -1;
        Func<int, string> toString = s => s.ToString();
        Func<int, string> squareNegateThenToString = toString.Compose(negate).Compose(square);
        Console.WriteLine(squareNegateThenToString(2));
    }
}
در مثال بالا ما سه تابع جدا داریم که میخواهیم نتیجه‌ی آن‌ها را به صورت پشت سر هم داشته باشیم. ما میتوانستیم هر کدام از این توابع را به صورت تو در تو بنویسیم؛ ولی خوانایی آن به شدت کاهش خواهد یافت. بنابراین ما از یک Extension Method استفاده کردیم.


Chaining / Pipe-Lining و اکستنشن‌ها

یکی از روش‌های مهم در سبک برنامه نویسی تابعی، فراخوانی متد‌ها به صورت زنجیره‌ای و پاس دادن خروجی یک متد به متد بعدی، به عنوان ورودی است. به عنوان مثال کلاس String Builder یک مثال خوب از این نوع پیاده سازی است. کلاس StringBuilder از پترن Fluent Builder استفاده می‌کند. ما می‌توانیم با اکستنشن متد هم به همین نتیجه برسیم. نکته مهم در مورد کلاس StringBuilder این است که این کلاس، شیء string را mutate نمیکند؛ به این معنا که هر متد، تغییری در object ورودی نمی‌دهد و یک خروجی جدید را بر می‌گرداند.
string str = new StringBuilder()
  .Append("Hello ")
  .Append("World ")
  .ToString()
  .TrimEnd()
  .ToUpper();
در این مثال  ما کلاس StringBuilder را توسط یک اکستنشن متد توسعه داده‌ایم:
public static class Extensions
{
    public static StringBuilder AppendWhen(this StringBuilder sb, string value, bool predicate) => predicate ? sb.Append(value) : sb;
}

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // Extends the StringBuilder class to accept a predicate
        string htmlButton = new StringBuilder().Append("<button").AppendWhen(" disabled", false).Append(">Click me</button>").ToString();
    }
}


نوع‌های اضافی درست نکنید ، به جای آن از کلمه‌ی کلیدی yield استفاده کنید!

گاهی ما نیاز داریم لیستی از آیتم‌ها را به عنوان خروجی یک متد برگردانیم. اولین انتخاب معمولا ایجاد یک شیء از جنس List یا به طور کلی‌تر Collection و سپس استفاده از آن به عنوان نوع خروجی است:
public static void Main()
{
    int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    foreach (int n in GreaterThan(a, 3))
    {
        Console.WriteLine(n);
    }
}


/*public static IEnumerable<int> GreaterThan(int[] arr, int gt)
{
    List<int> temp = new List<int>();
    foreach (int n in arr)
    {
        if (n > gt) temp.Add(n);
    }
    return temp;
}*/

public static IEnumerable<int> GreaterThan(int[] arr, int gt)
{
    foreach (int n in arr)
    {
        if (n > gt) yield return n;
    }
}
همانطور که مشاهده میکنید در مثال اول، ما از یک لیست موقت استفاده کرد‌ه‌ایم تا آیتم‌ها را نگه دارد. اما میتوانیم از این مورد با استفاده از کلمه کلیدی yield اجتناب کنیم. این الگوی iterate بر روی آبجکت‌ها در برنامه نویسی تابعی، خیلی به چشم میخورد.


برنامه نویسی declarative به جای imperative با استفاده از Linq

در قسمت قبلی به طور کلی درباره برنامه نویسی Imperative صحبت کردیم. در مثال زیر یک نمونه از تبدیل یک متد که با استایل Imperative نوشته شده به declarative را می‌بینید. شما میتوانید ببینید که چقدر کوتاه‌تر و خواناتر شده:
List<int> collection = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

// Imparative style of programming is verbose
List<int> results = new List<int>();

foreach(var num in collection)
{
  if (num % 2 != 0) results.Add(num);
}

// Declarative is terse and beautiful
var results = collection.Where(num => num % 2 != 0);


Immutable Collection

در مورد اهمیت immutable قبلا صحبت کردیم؛ Immutable Collection ها، کالکشن‌هایی هستند که به جز زمانیکه ایجاد می‌شنود، اعضای آن‌ها نمی‌توانند تغییر کنند. زمانیکه یک آیتم به آن اضافه یا کم شود، یک لیست جدید، برگردانده خواهد شد. شما می‌توانید انواع این کالکشن‌ها را در این لینک ببینید.
به نظر میرسد که ایجاد یک کالکشن جدید میتواند سربار اضافی بر روی استفاده از حافظه داشته باشد، اما همیشه الزاما به این صورت نیست. به طور مثال اگر شما f(x)=y را داشته باشید، مقادیر x و y به احتمال زیاد یکسان هستند. در این صورت متغیر x و y، حافظه را به صورت مشترک استفاده می‌کنند. به این دلیل که هیچ کدام از آن‌ها Mutable نیستند. اگر به دنبال جزییات بیشتری هستید این مقاله به صورت خیلی جزیی‌تر در مورد نحوه پیاده سازی این نوع کالکشن‌ها صحبت میکند. اریک لپرت یک سری مقاله در مورد Immutable ها در #C دارد که میتوانید آن هار در اینجا پیدا کنید.

 

Thread-Safe Collections

اگر ما در حال نوشتن یک برنامه‌ی Concurrent / async باشیم، یکی از مشکلاتی که ممکن است گریبانگیر ما شود، race condition است. این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که دو ترد به صورت همزمان تلاش میکنند از یک resource استفاده کنند و یا آن را تغییر دهند. برای حل این مشکل میتوانیم آبجکت‌هایی را که با آن‌ها سر و کار داریم، به صورت immutable تعریف کنیم. از دات نت فریمورک نسخه 4 به بعد  Concurrent Collection‌ها معرفی شدند. برخی از نوع‌های کاربردی آن‌ها را در لیست پایین می‌بینیم:
Collection
توضیحات
 ConcurrentDictionary 
  پیاده سازی thread safe از دیکشنری key-value 
 ConcurrentQueue 
  پیاده سازی thread safe از صف (اولین ورودی ، اولین خروجی) 
 ConcurrentStack 
  پیاده سازی thread safe از پشته (آخرین ورودی ، اولین خروجی) 
 ConcurrentBag 
  پیاده سازی thread safe از لیست نامرتب 

این کلاس‌ها در واقع همه مشکلات ما را حل نخواهند کرد؛ اما بهتر است که در ذهن خود داشته باشیم که بتوانیم به موقع و در جای درست از آن‌ها استفاده کنیم.

در این قسمت از مقاله سعی شد با روش‌های خیلی ساده، با مفاهیم اولیه برنامه نویسی تابعی درگیر شویم. در ادامه مثال‌های بیشتری از الگوهایی که میتوانند به ما کمک کنند، خواهیم داشت.   
مطالب
C# 7 - Pattern matching and switch expressions
هرچند کار کردن با کلاس‌ها و اینترفیس‌های strongly typed ساده‌تر است، اما گاهی از اوقات نیاز است تا با نوع object کار کرد. به علاوه حتی در حین کار کردن با کلاس‌ها و اینترفیس‌ها هم نیاز است تا نوع خاصی از کلاس‌های مشتق شده را جهت فراخوانی متدی ویژه، بررسی کرد. به همین جهت مفهوم «pattern matching» به C# 7 اضافه شده‌است تا بتوان با سلسله مراتب اشیاء، ساده‌تر کار کرد. برای این منظور اپراتور is و عبارت switch، با الگوهای const ،var و type بهبود و تکامل بخشیده شده‌اند.


استفاده از اپراتور is به همراه pattern matching

اپراتور is از اولین نگارش #C مهیا بوده‌است و هدف آن بررسی تطابق شیءایی خاص، با نوعی مفروض است. برای مثال آیا این نوع مورد بررسی، اینترفیس خاصی را پیاده سازی می‌کند و یا اینکه آیا از کلاسی خاص مشتق شده‌است یا خیر؟ حاصل این بررسی هم true یا false است.
با بهبودهای حاصل شده‌ی در C# 7، اکنون می‌توان از اپراتور is جهت بررسی الگوها نیز استفاده کرد.


الگوی const

در مثال ذیل، آرایه‌ای از اشیاء، شامل یک نال، یک عدد و دو شیء کاربر، تعریف شده‌اند:
public class User
{
    public User(string name)
    {
        Name = name;
    }
 
    public string Name { get; }
}


object[] data = { null, 42, new User("User 1"), new User("User 2") };
foreach (var item in data)
{
    if (item is null) Console.WriteLine("it's a const pattern");
    if (item is 42) Console.WriteLine("it's 42");
}
اولین الگوی مهیای در C# 7، با نام «const pattern» شناخته می‌شود که نمونه‌ای از آن‌را در بدنه‌ی حلقه‌ی فوق مشاهده می‌کنید.
در C# 7 می‌توان اپراتور is را بر روی یک عدد ثابت مانند 42 و یا یک null بکار گرفت. پیش از C# 7 برای بررسی نال بودن یک شیء، تنها از پراتور == می‌شد استفاده کرد.


الگوی Type

دومین الگوی مهیای در C# 7، «الگوی نوع» نام دارد و هدف آن بررسی تطابق یک شیء، با شیءایی دیگر است. مهم‌ترین تفاوت آن با نگارش‌های پیشین سی شارپ این است که اگر اکنون تطابقی تشخیص داده شود، شیء، به متغیر جدید تعریف شده، انتساب داده می‌شود:
object[] data = { null, 42, new User("User 1"), new User("User 2") };
foreach (var item in data)
{
    if (item is int i) Console.WriteLine($"it's a type pattern with an int and the value {i}");
    if (item is User p) Console.WriteLine($"it's a person: {p.Name}");
    if (item is User p2 && p2.Name.StartsWith("U"))
    {
        Console.WriteLine($"it's a person starting with U {p2.Name}");
    }
}
همانطور که ملاحظه می‌کنید اینبار می‌توان پس از اپراتور is، یک متغیر جدید را هم تعریف کرد و در صورت تطابق، این متغیر به صورت خودکار مقدار دهی می‌گردد. به علاوه در اینجا امکان ترکیب شرط‌ها نیز پس از is، مانند سومین if نوشته شده، میسر است.

و یا اکنون قطعه کد قدیمی ذیل را
object obj1 = "Hello, World!";
var str1 = obj1 as string;
if (str1 != null)
{
   Console.WriteLine(str1);
}
می‌توان با pattern matching و استفاده از «الگوی نوع»، به نحو ذیل خلاصه کرد:
object obj2 = "Hello, World!";
if (obj2 is string str2)
{
   Console.WriteLine(str2);
}


الگوی Var

سومین الگوی مهیای در C# 7، الگوی var نام دارد و در این حالت می‌توان بجای ذکر صریح نوع تطابق داده شده، از var استفاده کرد.
بدیهی است این الگو همواره با موفقیت روبرو می‌شود؛ چون var به همان نوع شیء مفروض اشاره می‌کند:
object[] data = { null, 42, new User("User 1"), new User("User 2") };
foreach (var item in data)
{
    if (item is var x) Console.WriteLine($"it's a var pattern with the type {x?.GetType()?.Name}");
}
مهم‌ترین مزیت آن این است که متغیر تعریف شده‌ی پس از var دقیقا دارای همان مقدار و نوع اصلی شیء است و پس از فراخوانی GetType می‌توان به خواص آن دسترسی یافت؛ مانند خاصیت Name ذکر شده‌ی در مثال فوق.
در این حالت اگر item دقیقا null باشد، برای بررسی آن می‌توان از null conditional operator معرفی شده‌ی در C# 6 استفاده کرد.


استفاده از عبارت switch به همراه pattern matching

در C# 7، عبارت switch نیز تکامل یافته‌است. در اینجا الگوهای const ،var و type را نیز می‌توان پس از ذکر case بکار گرفت:
public static void SwitchPattern(object o)
{
    switch (o)
    {
        case null:
            Console.WriteLine("it's a constant pattern");
            break;
        case int i:
            Console.WriteLine("it's an int");
            break;
        case User p when p.Name.StartsWith("U"):
            Console.WriteLine($"a U person {p.Name}");
            break;
        case User p:
            Console.WriteLine($"any other person {p.Name}");
            break;
        case var x:
            Console.WriteLine($"it's a var pattern with the type {x?.GetType().Name} ");
            break;
        default:
            break;
    }
}
الگوهایی را که در اینجا مشاهده می‌کنید دقیقا همان‌هایی هستند که پیشتر بررسی کردیم. الگوی const برای بررسی نال و یک عدد. الگوی type برای بررسی تطابق با یک شیء خاص و سپس استفاده‌ی از آن شیء و الگوی var برای دسترسی به نام نوع مفروض.
تنها نکته‌ی جدید در اینجا، استفاده از واژه‌ی کلیدی when است برای ترکیب شرط‌ها (case User p when p.Name.StartsWith). بنابراین در C# 7 امکان نوشتن case null میسر است؛ به همراه نوشتن شرط‌ها توسط when، در حین تعاریف caseها. به علاوه اینبار عبارت switch محدود به نوع‌های پایه مانند اعداد، رشته‌ها و enums نیست و در اینجا می‌توان یک شیء را نیز مشخص کرد.


شبیه سازی switch موجود در ویژوال بیسیک در C# 7

ویژوال بیسیک از نگارش‌های ابتدایی آن دارای case‌های پیشرفته‌تری است نسبت به #C. برای نمونه در اینجا امکان تعریف تعدادی عدد، استفاده از To و استفاده‌ی از =< را هم مشاهده می‌کنید:
Select Case age
  Case 50
    ageBlock = "the big five-oh"
  Case 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89
    ageBlock = "octogenarian"
  Case 90 To 99
    ageBlock = "nonagenarian"
  Case Is >= 100
    ageBlock = "centenarian"
  Case Else
    ageBlock = "just old"
End Select

اکنون در C# 7 می‌توان یک چنین توانمندی را با pattern matching هم پیاده سازی کرد:
string ageBlock;
var age = 40;
switch (age)
{
    case 50:
        ageBlock = "the big five-oh";
        break;
    case var testAge when (new List<int> { 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 }).Contains(testAge):
        ageBlock = "octogenarian";
        break;
    case var testAge when ((testAge >= 90) && (testAge <= 99)):
        ageBlock = "nonagenarian";
        break;
    case var testAge when (testAge >= 100):
        ageBlock = "centenarian";
        break;
    default:
        ageBlock = "just old";
        break;
}
در این مثال یکی از کاربردهای عملی الگوی var را مشاهده می‌کنید؛ یا همان دسترسی به مقدار و نوع وارد شده و سپس اعمال شرط بر روی آن.
همانطور که مشاهده می‌کنید، در قسمت when نیز می‌توان توسط && و || نیز شرط‌ها را ترکیب کرد و یا متدی را با خروجی bool (مانند Contains) بر روی مقدار دریافتی اعمال کرد.