چرا در C# 9.0 تا این اندازه بر روی سادگی ایجاد اشیاء Immutable تمرکز شدهاست؟
به شیءای Immutable گفته میشود که پس از وهله سازی ابتدایی آن، وضعیت آن دیگر قابل تغییر نباشد. همچنین به کلاسی Immutable گفته میشود که تمام وهلههای ساخته شدهی از آن نیز Immutable باشند. نمونهی یک چنین شیءای را از نگارش 1 دات نت در حال استفاده هستیم: رشتهها. رشتهها در دات نت غیرقابل تغییر هستند و هرگونه تغییری بر روی آنها، سبب ایجاد یک رشتهی جدید (یک شیء جدید) میشود. نوع جدید record نیز به همین صورت عمل میکند.
مزایای وجود Immutability:
- اشیاء Immutable یا غیرقابل تغییر، thread-safe هستند که در نتیجه، برنامه نویسی همزمان و موازی را بسیار ساده میکنند؛ چون چندین thread میتوانند با شیءای کار کنند که دسترسی به آن، تنها read-only است.
- اشیاء Immutable از اثرات جانبی، مانند تغییرات آنها در متدهای مختلف در امان هستند. میتوانید آنها را به هر متدی ارسال کنید و مطمئن باشید که پس از پایان کار، این شیء تغییری نکردهاست.
- کار با اشیاء Immutable، امکان بهینه سازی حافظه را میسر میکنند. برای مثال NET runtime.، هش رشتههای تعریف شدهی در برنامه را در پشت صحنه نگهداری میکند تا مطمئن شود که تخصیص حافظهی اضافی، برای رشتههای تکراری صورت نمیگیرد. نمونهی دیگر آن نمایش حرف "a" در یک ادیتور یا نمایشگر است. زمانیکه یک شیء Immutable حاوی اطلاعات حرف "a"، ایجاد شود، به سادگی میتوان این تک وهله را جهت نمایش هزاران حرف "a" مورد استفادهی مجدد قرار داد، بدون اینکه نگران مصرف حافظهی بالای برنامه باشیم.
- کار با اشیاء Immutable به باگهای کمتری ختم میشود؛ چون همواره امکان تغییر حالت درونی یک شیء، توسط قسمتهای مختلف برنامه، میتواند به باگهای ناخواستهای منتهی شوند.
- Hash listها که در جهت بهبود کارآیی برنامهها بسیار مورد استفاده قرار میگیرند، بر اساس کلیدهایی Immutable قابل تشکیل هستند.
روش تعریف نوعهای جدید record
کلاس سادهی زیر را در نظر بگیرید:
public class User { public string Name { set; get; } }
public record User { public string Name { set; get; } }
var user = new User(); user.Name = "User 1";
روش تعریف دومی نیز در اینجا میسر است (به آن positional record هم میگویند):
public record User(string Name);
برای کار با رکورد دومی که تعریف کردیم باید سازندهی این record را مقدار دهی کرد:
var user = new User("User 1"); // Error: Init-only property or indexer 'User.Name' can only be assigned // in an object initializer, or on 'this' or 'base' in an instance constructor // or an 'init' accessor. [CS9Features]csharp(CS8852) user.Name = "User 1";
نوع جدید record چه اطلاعاتی را به صورت خودکار تولید میکند؟
روش دوم تعریف recordها اگر در نظر بگیریم:
public record User(string Name);
using System; using System.Collections.Generic; using System.Runtime.CompilerServices; using System.Text; using CS9Features; public class User : IEquatable<User> { protected virtual Type EqualityContract { [System.Runtime.CompilerServices.NullableContext(1)] [CompilerGenerated] get { return typeof(User); } } public string Name { get; set/*init*/; } public User(string Name) { this.Name = Name; base..ctor(); } public override string ToString() { StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); stringBuilder.Append("User"); stringBuilder.Append(" { "); if (PrintMembers(stringBuilder)) { stringBuilder.Append(" "); } stringBuilder.Append("}"); return stringBuilder.ToString(); } protected virtual bool PrintMembers(StringBuilder builder) { builder.Append("Name"); builder.Append(" = "); builder.Append((object?)Name); return true; } [System.Runtime.CompilerServices.NullableContext(2)] public static bool operator !=(User? r1, User? r2) { return !(r1 == r2); } [System.Runtime.CompilerServices.NullableContext(2)] public static bool operator ==(User? r1, User? r2) { return (object)r1 == r2 || (r1?.Equals(r2) ?? false); } public override int GetHashCode() { return EqualityComparer<Type>.Default.GetHashCode(EqualityContract) * -1521134295 + EqualityComparer<string>.Default.GetHashCode(Name); } public override bool Equals(object? obj) { return Equals(obj as User); } public virtual bool Equals(User? other) { return (object)other != null && EqualityContract == other!.EqualityContract && EqualityComparer<string>.Default.Equals(Name, other!.Name); } public virtual User <Clone>$() { return new User(this); } protected User(User original) { Name = original.Name; } public void Deconstruct(out string Name) { Name = this.Name; } }
- recordها هنوز هم در اصل همان classهای استاندارد #C هستند (یعنی در اصل reference type هستند).
- این کلاس به همراه یک سازنده و یک خاصیت init-only است (بر اساس تعاریف ما).
- متد ToString آن بازنویسی شدهاست تا اگر آنرا بر روی شیء حاصل، فراخوانی کردیم، به صورت خودکار نمایش زیبایی را از محتوای آن ارائه دهد.
- این کلاس از نوع <IEquatable<User است که امکان مقایسهی اشیاء record را به سادگی میسر میکند. برای این منظور متدهای GetHashCode و Equals آن به صورت خودکار بازنویسی و تکمیل شدهاند (یعنی مقایسهی آن شبیه به value-type است).
- این کلاس امکان clone کردن اطلاعات جاری را مهیا میکند.
- همچنین به همراه یک متد Deconstruct هم هست که جهت انتساب خواص تعریف شدهی در آن، به یک tuple مفید است.
بنابراین یک رکورد به همراه قابلیتهایی است که سالها در زبان #C وجود داشتهاند و شاید ما به سادگی حاضر به تشکیل و تکمیل آنها نمیشدیم؛ اما اکنون کامپایلر زحمت کدنویسی خودکار آنها را متقبل میشود!
ساخت یک وهلهی جدید از یک record با clone کردن آن
اگر به کدهای حاصل از دیکامپایل فوق دقت کنید، یک قسمت جدید clone هم با syntax خاصی در آن ظاهر شدهاست:
public virtual User <Clone>$() { return new User(this); }
public record User(string Name, int Age);
var user1 = new User("User 1", 21);
var user2 = user1 with { Age = 31 };
مقایسهی نوعهای record
در کدهای حاصل از دیکامپایل فوق، قسمت عمدهای از آن به تکمیل اینترفیس <IEquatable<User پرداخته شده بود. به همین جهت اکنون دو رکورد با مقادیر خواص یکسانی را ایجاد میکنیم:
var user1 = new User("User 1", 21); var user2 = new User("User 1", 21);
Console.WriteLine("user1.Equals(user2) -> {0}", user1.Equals(user2)); Console.WriteLine("user1 == user2 -> {0}", user1 == user2);
user1.Equals(user2) -> True user1 == user2 -> True
- زمانیکه عملگر == را بر روی شیء user1 و user2 اعمال میکنیم، اگر User، از نوع کلاس معمولی باشد، حاصل آن false خواهد بود؛ چون این دو، به یک مکان از حافظه اشاره نمیکنند، حتی با اینکه مقادیر خواص هر دو شیء یکی است.
- اما اگر به قطعه کد دیکامپایل شده دقت کنید، در یک رکورد که هر چند در اصل یک کلاس است، حتی عملگر == نیز بازنویسی شدهاست تا در پشت صحنه همان متد Equals را فراخوانی کند و این متد با توجه به پیاده سازی اینترفیس <IEquatable<User، اینبار دقیقا مقادیر خواص رکورد را یک به یک مقایسه کرده و نتیجهی حاصل را باز میگرداند:
public virtual bool Equals(User? other) { return (object)other != null && EqualityContract == other!.EqualityContract && EqualityComparer<string>.Default.Equals(Name, other!.Name) && EqualityComparer<int>.Default.Equals(Age, other!.Age); }
یک نکته: بازنویسی عملگر == در SDK نگارش rc2 فعلی رخدادهاست و در نگارشهای قبلی preview، اینگونه نبود.
امکان ارثبری در recordها
دو رکورد زیر را در نظر بگیرید که اولی به همراه Name است و نمونهی مشتق شدهی از آن، خاصیت init-only سن را نیز به همراه دارد:
public record User { public string Name { get; init; } public User(string name) { Name = name; } } public record UserWithAge : User { public int Age { get; init; } public UserWithAge(string name, int age) : base(name) { Age = age; } }
var user1 = new User("User 1"); var user2 = new UserWithAge("User 1", 21); Console.WriteLine("user1.Equals(user2) -> {0}", user1.Equals(user2)); Console.WriteLine("user1 == user2 -> {0}", user1 == user2);
user1.Equals(user2) -> False user1 == user2 -> False
امکان تعریف ارثبری رکوردها به صورت زیر نیز وجود دارد و الزاما نیازی به روش تعریف کلاس مانند آنها، مانند مثال فوق نیست:
public abstract record Food(int Calories); public record Milk(int C, double FatPercentage) : Food(C);
رکوردها متد ToString را بازنویسی میکنند
در مثال قبلی اگر یک ToString را بر روی اشیاء تشکیل شده فراخوانی کنیم:
Console.WriteLine(user1.ToString()); Console.WriteLine(user2.ToString());
User { Name = User 1 } UserWithAge { Name = User 1, Age = 21 }
امکان استفادهی از Deconstruct در رکوردها
دو روش برای تعریف رکوردها وجود دارند؛ یکی شبیه به تعریف کلاسها است و دیگری تعریف یک سطری، که positional record نیز نامیده میشود:
public record Person(string Name, int Age);
public void Deconstruct(out string Name, out int Age) { Name = this.Name; Age = this.Age; }
var (name, age) = new Person("User 1", 21);
امکان استفادهی از نوعهای record در ASP.NET Core 5x
سیستم model binding در ASP.NET Core 5x، از نوعهای record نیز پشتیبانی میکند؛ یک مثال:
public record Person([Required] string Name, [Range(0, 150)] int Age); public class PersonController { public IActionResult Index() => View(); [HttpPost] public IActionResult Index(Person person) { // ... } }
پرسش و پاسخ
آیا نوعهای record به صورت value type معرفی میشوند؟
پاسخ: خیر. رکوردها در اصل reference type هستند؛ اما از لحاظ مقایسه، شبیه به value types عمل میکنند.
آیا میتوان در یک کلاس، خاصیتی از نوع رکورد را تعریف کرد؟
پاسخ: بله. از این لحاظ محدودیتی وجود ندارد.
آیا میتوان در رکوردها، از struct و یا کلاسها جهت تعریف خواص استفاده کرد؟
پاسخ: بله. از این لحاظ محدودیتی وجود ندارد.
آیا میتوان از واژهی کلیدی with با کلاسها و یا structها استفاده کرد؟
پاسخ: خیر. این واژهی کلیدی در C# 9.0 مختص به رکوردها است.
آیا رکوردها به صورت پیشفرض Immutable هستند؟
پاسخ: اگر آنها را به صورت positional records تعریف کنید، بله. چون در این حالت خواص تشکیل شدهی توسط آنها از نوع init-only هستند. در غیراینصورت، میتوان خواص غیر init-only را نیز به تعریف رکوردها اضافه کرد.