اندازه‌ی قلم متن
تخمین مدت زمان مطالعه‌ی مطلب:
پنج دقیقه
Source Generators که به همراه C# 9.0 ارائه شدند، یک فناوری نوین meta-programming است و به عنوان جزئی از پروسه‌ی استاندارد کامپایل برنامه، ظاهر میشود. هدف اصلی از ارائه‌ی Source Generators، تولید کدهای تکراری مورد استفاده‌ی در برنامه‌ها است. برای مثال بجای انجام کارهای تکراری مانند پیاده سازی متدهای GetHashCode، ToString و یا حتی یک AutoMapper و یا Serializer، برای تمام کلاس‌های برنامه، Source Generators می‌توانند آنها را به صورت خودکار پیاده سازی کنند و همچنین با هر تغییری در کدهای کلاس‌ها، این پیاده سازی‌ها به صورت خودکار به روز خواهند شد. مزیت این روش نه فقط تولید پویای کدها است، بلکه سبب بهبود کارآیی برنامه هم خواهند شد؛ از این جهت که برای مثال می‌توان اعمالی مانند Serialization را بدون انجام Reflection در زمان اجرا، توسط آنها پیاده سازی کرد.
زمانیکه پروسه‌ی کامپایل برنامه شروع میشود، در این بین، به مرحله‌ی جدیدی به نام «تولید کدها» می‌رسد. در این حالت، کامپایلر تمام اطلاعاتی را که در مورد پروژه‌ی جاری در اختیار دارد، به تولید کننده‌ی کد معرفی شده‌ی به آن ارائه می‌دهد. بر اساس این اطلاعات غنی ارائه شده‌ی توسط کامپایلر، تولید کننده‌ی کد، شروع به تولید کدهای جدیدی کرده و آنها را در اختیار ادامه‌ی پروسه‌ی کامپایل، قرار می‌دهد. پس از آن، کامپایلر با این کدهای جدید، همانند سایر کدهای موجود در پروژه رفتار کرده و عملکرد عادی خودش را ادامه می‌دهد.
یک برنامه می‌تواند از چندین Source Generators نیز استفاده کند که روش قرار گرفتن آنها را در پروسه‌ی کامپایل، در شکل زیر مشاهده می‌کنید:
Source Generators از یکدیگر کاملا مستقل هستند و اطلاعات آنها Immutable است. یعنی نمی‌توان اطلاعات تولیدی توسط یک Source Generator را در دیگری تغییر داد و تمام فایل‌های تولیدی توسط انواع Source Generators موجود، به پروسه‌ی کامپایل نهایی اضافه می‌شوند. هرچند زمانیکه فایلی توسط یک تولید کننده‌ی کد، به کامپایلر اضافه میشود، بلافاصله اطلاعات آن در کل برنامه و IDE و تمام Source Generators موجود دیگر، قابل مشاهده و استفاده است.
مقایسه‌ای بین تولید کننده‌های کد و فناوری IL Weaving
Source Generators، تنها راه و روش تولید کد، نیستند و پیش از آن روش‌هایی مانند استفاده از T4 templates ، Fody ، PostSharp و امثال آن نیز ارائه شده‌است. در ادامه مقایسه‌ای را بین تولید کننده‌های کد و فناوری IL Weaving را که پیشتر در سری AOP در این سایت مطالعه کرده‌اید، مشاهده می‌کنید:
تولید کننده‌های کد:
- تنها می‌توانند فایل‌های جدید را اضافه کنند. یعنی «در حین» پروسه‌ی کامپایل ظاهر می‌شوند و به عنوان یک مکمل، تاثیر گذارند. برای مثال نمی‌توانند محتوای یک خاصیت یا متد از پیش موجود را تغییر دهند. اما می‌توانند هر نوع کد partial ای را «تکمیل» کنند.
- محتوای اضافه شده‌ی توسط یک تولید کننده‌ی کد، بلافاصله توسط Compiler شناسایی شده و بررسی میشود و همچنین در Intellisense ظاهر شده و به سادگی قابل دسترسی است. همچنین، قابلیت دیباگ نیز دارد.
IL Weaving:
- می‌توانند bytecode برنامه را تغییر دهند. یعنی «پس از» پروسه‌ی کامپایل ظاهر شده و کدهایی را به اسمبلی نهایی تولید شده اضافه می‌کنند. در این حالت محدودیتی از لحاظ محل تغییر کدها وجود ندارد. برای مثال می‌توان بدنه‌ی یک متد یا خاصیت را بطور کامل بازنویسی کرد و کارکردهایی مانند تزریق کدهای caching و logging را دارند.
- کدهایی که توسط این پروسه اضافه می‌شوند، در حین کدنویسی متداول، قابلیت دسترسی ندارند؛ چون پس از پروسه‌ی کامپایل، به فایل باینری نهایی تولیدی، اضافه می‌شوند. بنابراین قابلیت دیباگ به همراه سایر کدهای برنامه را نیز ندارند. به علاوه چون توسط کامپایلر در حین پروسه‌ی کامپایل، بررسی نمی‌شوند، ممکن است به همراه قطعه کدهای غیرقابل اجرایی نیز باشند و دیباگ آنها بسیار مشکل است.
آینده‌ی Reflection به چه صورتی خواهد شد؟
هرچند Reflection کار تولید کدی را انجام نمی‌دهد، اما یکی از کارهای متداول با آن، یافتن و محاسبه‌ی اطلاعات خواص و فیلدهای اشیاء، در زمان اجرا است و مزیت کار کردن با آن نیز این است که اگر خاصیتی یا فیلدی تغییر کند، نیازی به بازنویسی قسمت‌های پیاده سازی شده‌ی با Reflection نیست. به همین جهت برای مثال تقریبا تمام کتابخانه‌های Serialization، از Reflection برای پیاده سازی اعمال خود استفاده می‌کنند.
امروز، تمام اینگونه عملیات را توسط Source Generators نیز می‌توان انجام داد و این فناوری جدید، قابلیت به روز رسانی خودکار کدهای تولیدی را با کم و زیاد شدن خواص و فیلدهای کلاس‌ها دارد و نمونه‌ای از آن، Source Generator توکار مرتبط با کار با JSON در دات نت 6 است که به شدت سبب بهبود کارآیی برنامه، در مقایسه با استفاده‌ی از Reflection میشود؛ چون اینبار تمام محاسبات دقیق مرتبط با Serialization به صورت خودکار در زمان کامپایل برنامه انجام میشود و جزئی از خروجی برنامه‌ی نهایی خواهد شد و دیگر نیازی به محاسبه‌ی هرباره‌ی اطلاعات مورد نیاز، در زمان اجرای برنامه نیست.
نمونه‌ای از روش دسترسی به اطلاعات کلاس‌ها و خواص و فیلدهای آنها را در زمان کامپایل برنامه توسط Source Generators، در مثال قسمت بعد، مشاهده خواهید کرد.
وضعیت T4 templates چگونه خواهد شد؟
در سال‌های آغازین ارائه‌ی دات نت، استفاده از T4 templates جهت تولید کدها بسیار مرسوم بود؛ اما با ارائه‌ی Source Generators، این ابزار نیز منسوخ شده در نظر گرفته میشود.
T4 Templates همانند Source Generators تنها کدها و فایل‌های جدیدی را تولید می‌کنند و توانایی تغییر کدهای موجود را ندارند. اما مشکل مهم آن، داشتن Syntax ای خاص است که توسط اکثر IDEها پشتیبانی نمی‌شود. همچنین عموما اجرای آنها نیز دستی است و برخلاف Source Generators، با تغییرات کدها، به صورت خودکار به روز نمی‌شوند.
تغییرات زبان #C در جهت پشتیبانی از تولید کننده‌های کد
از سال‌های اول ارائه‌ی زبان #C، واژه‌ی کلیدی partial، جهت فراهم آوردن امکان تقسیم کدهای یک کلاس، به چندین فایل، میسر شد که از این قابلیت در فناوری T4 Templates زیاد استفاده می‌شد. اکنون با ارائه‌ی تولید کننده‌های کد، واژه‌ی کلیدی partial را می‌توان به متدها نیز افزود تا پیاده سازی اصلی آنها، در فایلی دیگر، توسط تولید کننده‌های کد انجام شود. تا C# 8.0 امکان افزودن واژه‌ی کلیدی partial به متدهای خصوصی یک کلاس و آن هم از نوع void وجود داشت و در C# 9.0 به متدهای عمومی کلاس‌ها نیز اضافه شده‌است و اکنون این متدها می‌توانند void هم نباشند:
زمانیکه پروسه‌ی کامپایل برنامه شروع میشود، در این بین، به مرحله‌ی جدیدی به نام «تولید کدها» می‌رسد. در این حالت، کامپایلر تمام اطلاعاتی را که در مورد پروژه‌ی جاری در اختیار دارد، به تولید کننده‌ی کد معرفی شده‌ی به آن ارائه می‌دهد. بر اساس این اطلاعات غنی ارائه شده‌ی توسط کامپایلر، تولید کننده‌ی کد، شروع به تولید کدهای جدیدی کرده و آنها را در اختیار ادامه‌ی پروسه‌ی کامپایل، قرار می‌دهد. پس از آن، کامپایلر با این کدهای جدید، همانند سایر کدهای موجود در پروژه رفتار کرده و عملکرد عادی خودش را ادامه می‌دهد.
یک برنامه می‌تواند از چندین Source Generators نیز استفاده کند که روش قرار گرفتن آنها را در پروسه‌ی کامپایل، در شکل زیر مشاهده می‌کنید:
Source Generators از یکدیگر کاملا مستقل هستند و اطلاعات آنها Immutable است. یعنی نمی‌توان اطلاعات تولیدی توسط یک Source Generator را در دیگری تغییر داد و تمام فایل‌های تولیدی توسط انواع Source Generators موجود، به پروسه‌ی کامپایل نهایی اضافه می‌شوند. هرچند زمانیکه فایلی توسط یک تولید کننده‌ی کد، به کامپایلر اضافه میشود، بلافاصله اطلاعات آن در کل برنامه و IDE و تمام Source Generators موجود دیگر، قابل مشاهده و استفاده است.
مقایسه‌ای بین تولید کننده‌های کد و فناوری IL Weaving
Source Generators، تنها راه و روش تولید کد، نیستند و پیش از آن روش‌هایی مانند استفاده از T4 templates ، Fody ، PostSharp و امثال آن نیز ارائه شده‌است. در ادامه مقایسه‌ای را بین تولید کننده‌های کد و فناوری IL Weaving را که پیشتر در سری AOP در این سایت مطالعه کرده‌اید، مشاهده می‌کنید:
تولید کننده‌های کد:
- تنها می‌توانند فایل‌های جدید را اضافه کنند. یعنی «در حین» پروسه‌ی کامپایل ظاهر می‌شوند و به عنوان یک مکمل، تاثیر گذارند. برای مثال نمی‌توانند محتوای یک خاصیت یا متد از پیش موجود را تغییر دهند. اما می‌توانند هر نوع کد partial ای را «تکمیل» کنند.
- محتوای اضافه شده‌ی توسط یک تولید کننده‌ی کد، بلافاصله توسط Compiler شناسایی شده و بررسی میشود و همچنین در Intellisense ظاهر شده و به سادگی قابل دسترسی است. همچنین، قابلیت دیباگ نیز دارد.
IL Weaving:
- می‌توانند bytecode برنامه را تغییر دهند. یعنی «پس از» پروسه‌ی کامپایل ظاهر شده و کدهایی را به اسمبلی نهایی تولید شده اضافه می‌کنند. در این حالت محدودیتی از لحاظ محل تغییر کدها وجود ندارد. برای مثال می‌توان بدنه‌ی یک متد یا خاصیت را بطور کامل بازنویسی کرد و کارکردهایی مانند تزریق کدهای caching و logging را دارند.
- کدهایی که توسط این پروسه اضافه می‌شوند، در حین کدنویسی متداول، قابلیت دسترسی ندارند؛ چون پس از پروسه‌ی کامپایل، به فایل باینری نهایی تولیدی، اضافه می‌شوند. بنابراین قابلیت دیباگ به همراه سایر کدهای برنامه را نیز ندارند. به علاوه چون توسط کامپایلر در حین پروسه‌ی کامپایل، بررسی نمی‌شوند، ممکن است به همراه قطعه کدهای غیرقابل اجرایی نیز باشند و دیباگ آنها بسیار مشکل است.
آینده‌ی Reflection به چه صورتی خواهد شد؟
هرچند Reflection کار تولید کدی را انجام نمی‌دهد، اما یکی از کارهای متداول با آن، یافتن و محاسبه‌ی اطلاعات خواص و فیلدهای اشیاء، در زمان اجرا است و مزیت کار کردن با آن نیز این است که اگر خاصیتی یا فیلدی تغییر کند، نیازی به بازنویسی قسمت‌های پیاده سازی شده‌ی با Reflection نیست. به همین جهت برای مثال تقریبا تمام کتابخانه‌های Serialization، از Reflection برای پیاده سازی اعمال خود استفاده می‌کنند.
امروز، تمام اینگونه عملیات را توسط Source Generators نیز می‌توان انجام داد و این فناوری جدید، قابلیت به روز رسانی خودکار کدهای تولیدی را با کم و زیاد شدن خواص و فیلدهای کلاس‌ها دارد و نمونه‌ای از آن، Source Generator توکار مرتبط با کار با JSON در دات نت 6 است که به شدت سبب بهبود کارآیی برنامه، در مقایسه با استفاده‌ی از Reflection میشود؛ چون اینبار تمام محاسبات دقیق مرتبط با Serialization به صورت خودکار در زمان کامپایل برنامه انجام میشود و جزئی از خروجی برنامه‌ی نهایی خواهد شد و دیگر نیازی به محاسبه‌ی هرباره‌ی اطلاعات مورد نیاز، در زمان اجرای برنامه نیست.
نمونه‌ای از روش دسترسی به اطلاعات کلاس‌ها و خواص و فیلدهای آنها را در زمان کامپایل برنامه توسط Source Generators، در مثال قسمت بعد، مشاهده خواهید کرد.
وضعیت T4 templates چگونه خواهد شد؟
در سال‌های آغازین ارائه‌ی دات نت، استفاده از T4 templates جهت تولید کدها بسیار مرسوم بود؛ اما با ارائه‌ی Source Generators، این ابزار نیز منسوخ شده در نظر گرفته میشود.
T4 Templates همانند Source Generators تنها کدها و فایل‌های جدیدی را تولید می‌کنند و توانایی تغییر کدهای موجود را ندارند. اما مشکل مهم آن، داشتن Syntax ای خاص است که توسط اکثر IDEها پشتیبانی نمی‌شود. همچنین عموما اجرای آنها نیز دستی است و برخلاف Source Generators، با تغییرات کدها، به صورت خودکار به روز نمی‌شوند.
تغییرات زبان #C در جهت پشتیبانی از تولید کننده‌های کد
از سال‌های اول ارائه‌ی زبان #C، واژه‌ی کلیدی partial، جهت فراهم آوردن امکان تقسیم کدهای یک کلاس، به چندین فایل، میسر شد که از این قابلیت در فناوری T4 Templates زیاد استفاده می‌شد. اکنون با ارائه‌ی تولید کننده‌های کد، واژه‌ی کلیدی partial را می‌توان به متدها نیز افزود تا پیاده سازی اصلی آنها، در فایلی دیگر، توسط تولید کننده‌های کد انجام شود. تا C# 8.0 امکان افزودن واژه‌ی کلیدی partial به متدهای خصوصی یک کلاس و آن هم از نوع void وجود داشت و در C# 9.0 به متدهای عمومی کلاس‌ها نیز اضافه شده‌است و اکنون این متدها می‌توانند void هم نباشند:
partial class MyType
{
partial void OnModelCreating(string input); // C# 8.0
public partial bool IsPet(string input); // C# 9.0
}
partial class MyType
{
public partial bool IsPet(string input) =>
input is "dog" or "cat" or "fish";
}