نمط الكائن الفارغ

في بعض لغات Microsoft .NET ، يمكن استخدام دوال الإضافة لتنفيذ ما يُسمى "دمج القيم الفارغة". وذلك لأن دوال الإضافة يُمكن استدعاؤها على القيم الفارغة كما لو كانت "استدعاء دالة مثيل"، بينما هي في الواقع دوال ثابتة. يُمكن برمجة دوال الإضافة للتحقق من القيم الفارغة، مما يُعفي الكود الذي يستخدمها من القيام بذلك. لاحظ أن المثال أدناه يستخدم عامل دمج القيم الفارغة في لغة C# لضمان استدعاء خالٍ من الأخطاء، بينما كان من الممكن استخدام عبارة if...then...else أبسط. يعمل المثال التالي فقط عندما لا تُبالي بوجود القيم الفارغة، أو عندما تُعامل القيم الفارغة والسلاسل النصية الفارغة بنفس الطريقة. قد لا ينطبق هذا الافتراض في تطبيقات أخرى.

namespace Wikipedia.Examples ;// قم بالتجميع كتطبيق وحدة تحكم، يتطلب C# 3.0 أو أعلى باستخدام System ؛ باستخدام System.Linq ؛static class StringExtensions { public static int SafeGetLength ( this string valueOrNull ) { return ( valueOrNull ?? String . Empty ). Length ; } }public static class Program { // تعريف بعض السلاسل النصية static const string [] MY_STRINGS = new [] { "Mr X." , "Katrien Duck" , null , "Q" };// كتابة الطول الإجمالي لجميع السلاسل النصية في المصفوفة public static void Main ( string [] args ) { IEnumerable < int > query = from text in MY_STRINGS select text . SafeGetLength (); // لا حاجة لإجراء أي فحوصات هنا Console . WriteLine ( query . Sum ()); } } // سيكون الناتج: // 18

توضح لغة ذات مراجع ثابتة النوع للكائنات كيف يصبح الكائن الفارغ نمطًا أكثر تعقيدًا:

استيراد std ؛باستخدام std :: unique_ptr ؛class Animal { public : virtual ~ Animal () = default ;virtual void makeSound () const = 0 ; };class Dog : public Animal { public : virtual void makeSound () const override { std :: println ( "نباح!" ); } };class NullAnimal : public Animal { public : virtual void makeSound () const override { // صمت... } };int main () { unique_ptr < Animal > dog = std :: make_unique < Dog > (); dog -> makeSound (); // يُخرج صوت "نباح!"unique_ptr <Animal> unknown = std :: make_unique <NullAnimal> ( ); unknown- > makeSound ( ); // لا يُخرج أي شيء ، لكنه لا يُطلق استثناءً أثناء التشغيل }

الفكرة هنا هي أنه توجد حالات Animalتتطلب مؤشرًا أو مرجعًا لكائن ما، ولكن لا يتوفر كائن مناسب. المرجع الفارغ غير ممكن في لغة C++ المتوافقة مع المعايير. Animal*المؤشر الفارغ ممكن، وقد يكون مفيدًا كعنصر نائب، لكن لا يجوز استخدامه للإرسال المباشر: a->makeSound()يُعد سلوكًا غير مُعرَّف إذا aكان المؤشر فارغًا.

يحل نمط الكائن الفارغ هذه المشكلة من خلال توفير NullAnimalفئة خاصة يمكن إنشاء مثيل لها مرتبطة بمؤشر Animalأو مرجع.

يجب إنشاء فئة فارغة خاصة لكل تسلسل هرمي للفئات التي يجب أن تحتوي على كائن فارغ، لأن a NullAnimalلا فائدة منه عندما يكون المطلوب هو كائن فارغ فيما يتعلق بفئة Widgetأساسية لا علاقة لها بالتسلسل Animalالهرمي.

تجدر الإشارة إلى أن عدم وجود فئة فارغة (null) يُعدّ ميزةً مهمة، على عكس اللغات التي تُعتبر فيها أي قيمة مرجعية (مثل Java وC#). في لغة C++، قد يُحدد تصميم الدالة أو الطريقة صراحةً ما إذا كان مسموحًا بقيمة فارغة أم لا.

// دالة تتطلب كائنًا من نوع Animal، ولن تقبل قيمة فارغة (null). void doSomething ( const Animal & animal ) { // لا يمكن أن تكون قيمة animal فارغة (null) هنا. }// دالة قد تقبل كائنًا من نوع Animal أو قيمة فارغة (null). void doSomething ( const Animal * animal ) { // قد تكون قيمة animal فارغة (null). }

لغة C# هي لغة يمكن فيها تطبيق نمط الكائن الفارغ بشكل صحيح. يوضح هذا المثال كائنات حيوانات تُصدر أصواتًا، مع استخدام كائن NullAnimal بدلاً من الكلمة المفتاحية null في C#. يوفر الكائن الفارغ سلوكًا متسقًا ويمنع حدوث استثناء مرجعي فارغ أثناء التشغيل، والذي قد يحدث في حال استخدام الكلمة المفتاحية null في C#.

namespace Wikipedia.Examples ;// تطبيق نمط الكائن الفارغ: باستخدام النظام ؛// واجهة Animal هي المفتاح لتوافق تطبيقات Animal أدناه. interface IAnimal { void MakeSound (); }// Animal هي الحالة الأساسية. abstract class Animal : IAnimal { // نسخة مشتركة يمكن استخدامها للمقارنات public static readonly IAnimal Null = new NullAnimal (); // حالة Null: يجب استخدام فئة NullAnimal هذه بدلاً من الكلمة المفتاحية null في لغة C#. private class NullAnimal : Animal { public override void MakeSound () { // لا توفر أي سلوك عمدًا. } } public abstract void MakeSound (); }// الكلب حيوان حقيقي. class Dog : Animal { public override void MakeSound () { Console . WriteLine ( "نباح!" ); } }/* ========================= * مثال استخدام بسيط في نقطة دخول رئيسية. */ static class Program { static void Main () { IAnimal dog = new Dog (); dog . MakeSound (); // يُخرج "نباح!"/* بدلاً من استخدام قيمة null في لغة C#، استخدم كائن Animal.Null.  * هذا المثال مبسط ولكنه يوضح فكرة أنه في حال استخدام كائن Animal.Null، فلن يواجه البرنامج *  استثناء System.NullReferenceException في وقت التشغيل، على عكس ما يحدث عند استخدام قيمة null في لغة C#. * /  IAnimal unknown = Animal.Null ; // << يستبدل: IAnimal unknown = null; unknown.MakeSound (); // لا يُخرج أي شيء، ولكنه لا يُطلق استثناءً أثناء التشغيل } }

وفقًا لمبدأ سمول توك، كل شيء عبارة عن كائن ، وغياب الكائن نفسه يُنمذج بكائن يُسمى nil. في لغة جنو سمول توك، على سبيل المثال، فئة nilهي UndefinedObject، وهي سليل مباشر لـ Object.

أي عملية لا تُرجع كائنًا مناسبًا لغرضها، يُمكنها إرجاع قيمة nilفارغة، متجنبةً بذلك الحالة الخاصة المتمثلة في إرجاع "لا يوجد كائن" غير المدعومة من قِبل مصممي Smalltalk. تتميز هذه الطريقة بالبساطة (عدم الحاجة إلى حالة خاصة) مقارنةً بالنهج التقليدي "null" أو "لا يوجد كائن" أو "مرجع فارغ". من الرسائل المفيدة بشكل خاص عند استخدامها مع nilهذه الطريقة isNil، الرسائل `null` ifNil:أو `null` ifNotNil:، مما يجعل التعامل مع المراجع المحتملة إلى `null` nilفي برامج Smalltalk عمليًا وآمنًا.

في لغة ليسب، يمكن للدوال قبول كائنات خاصة بسلاسة nil، مما يقلل من الحاجة إلى اختبار الحالات الخاصة في كود التطبيق. على سبيل المثال، على الرغم من أن ` nilis` عبارة عن ذرة ولا يحتوي على أي حقول، فإن الدالتين `is` carو` is` cdrتقبلانه nilوتعيدانه مباشرةً، وهو أمر مفيد للغاية ويؤدي إلى كتابة كود أقصر.

بما أن `null` nilهي قائمة فارغة في لغة ليسب، فإن الحالة الموصوفة في المقدمة أعلاه غير موجودة. الكود الذي يُرجع `null` nilيُرجع في الواقع قائمة فارغة (وليس أي شيء يُشبه مرجعًا فارغًا لنوع قائمة)، لذا لا يحتاج المُستدعي إلى اختبار القيمة لمعرفة ما إذا كانت تحتوي على قائمة أم لا.

يدعم البرنامج نمط الكائن الفارغ في معالجة القيم المتعددة. إذا حاول البرنامج استخراج قيمة من تعبير لا يُرجع أي قيمة، فسيتم nilاستبدالها بكائن فارغ. وبالتالي، (list (values))تُرجع الدالة (nil)قائمةً من عنصر واحد تحتوي على قيمة فارغة (nil). (values)لا يُرجع التعبير أي قيمة على الإطلاق، ولكن بما أن استدعاء الدالة listيتطلب اختزال تعبير الوسيط إلى قيمة، فسيتم استبدال الكائن الفارغ تلقائيًا.

في لغة Common Lisp، الكائن nilهو النسخة الوحيدة من الصنف الخاص null. وهذا يعني أنه يمكن تخصيص دالة معينة لهذا nullالصنف، وبالتالي تطبيق نمط تصميم القيمة الفارغة. أي أنه مُدمج أساسًا في نظام الكائنات.

;; فئة الكلب الفارغ( defclass dog () ());; يصدر كائن الكلب صوتًا عن طريق النباح: يتم طباعة woof! على الإخراج القياسي ;; عند استدعاء (make-sound x)، إذا كان x هو مثيل لفئة الكلب.( defmethod make-sound (( obj dog )) ( format t "woof!~%" ));; السماح لـ (make-sound nil) بالعمل عبر التخصيص إلى فئة فارغة. ;; جسم فارغ غير ضار: nil لا يصدر أي صوت. ( defmethod make-sound (( obj null )))

الصنف nullهو صنف فرعي من symbolالصنف ، لأن nilرمز. وبما أن nilيمثل أيضًا القائمة الفارغة، nullفإن هو صنف فرعي من listالصنف أيضًا. وبالتالي، فإن معلمات الطرق المتخصصة في symbolأو listستأخذ nilوسيطًا. بالطبع، nullلا يزال من الممكن تعريف تخصص يكون أكثر تحديدًا لـ nil.

على عكس لغة Common Lisp، والعديد من لهجات Lisp، فإن لهجة Scheme لا تحتوي على قيمة nil تعمل بهذه الطريقة؛ لا يمكن تطبيق الدوال carعلى cdrقائمة فارغة؛ لذلك يتعين على كود تطبيق Scheme استخدام دوال الشرط empty?أو pair?لتجنب هذا الموقف، حتى في الحالات التي لا تحتاج فيها لغة Lisp المشابهة جدًا إلى التمييز بين الحالات الفارغة وغير الفارغة بفضل سلوك nil.

في اللغات ذات الكتابة الديناميكية مثل روبي ، لا يكون توريث اللغة ضروريًا لتوفير السلوك المتوقع.

class Dog def sound "bark" end end class NilAnimal def sound ( * ); end endدالة get_animal ( حيوان = NilAnimal . جديد ) حيوان نهايةget_animal ( Dog.new ) .sound = > " bark " get_animal.sound = > nil​

إن محاولات تعديل NilClass مباشرةً بدلاً من توفير تطبيقات صريحة تؤدي إلى آثار جانبية غير متوقعة أكثر من الفوائد.

في اللغات التي تعتمد على الكتابة الديناميكية مثل جافا سكريبت ، لا يكون توريث اللغة ضروريًا لتوفير السلوك المتوقع.

class Dog { sound () { return 'bark' ; } }class NullAnimal { sound () { return null ; } }دالة getAnimal ( النوع ) { إرجاع النوع === 'كلب' ؟ كلب جديد () : حيوان فارغ جديد (); }[ 'dog' , null ] .map (( animal ) => getAnimal ( animal ) .sound ()); // تُرجع ["bark", null]

package org.wikipedia.examples ;واجهة حيوان { void makeSound (); }class Dog implements Animal { public void makeSound () { System . out . println ( "نباح!" ); } }class NullAnimal implements Animal { public void makeSound () { // الصمت... } }public class Example { public static void main ( String [] args ) { Animal dog = new Dog (); dog . makeSound (); // يُخرج "نباح!"Animal unknown = new NullAnimal (); unknown.makeSound ( ); // لا يُصدر أي صوت ، لكنه لا يُطلق استثناءً أثناء التشغيل } }

يوضح هذا الكود صيغةً معدلةً لمثال C++ المذكور أعلاه، باستخدام لغة Java. كما هو الحال في C++، يمكن إنشاء كائن من فئة فارغة (null) في الحالات التي Animalتتطلب مرجعًا لكائن، ولكن لا يتوفر كائن مناسب. Animalيُمكن إنشاء كائن فارغ ( null Animal myAnimal = null;) وقد يكون مفيدًا كعنصر نائب، ولكن لا يُمكن استخدامه لاستدعاء دالة. في هذا المثال، myAnimal.makeSound();سيُطلق استثناء NullPointerException. لذلك، قد يكون من الضروري إضافة كود إضافي لاختبار الكائنات الفارغة.

يحل نمط الكائن الفارغ هذه المشكلة بتوفير NullAnimalفئة خاصة يمكن إنشاء مثيل لها ككائن من النوع المحدد Animal. وكما هو الحال في لغة C++ واللغات المشابهة، يجب إنشاء هذه الفئة الفارغة الخاصة لكل تسلسل هرمي للفئات يحتاج إلى كائن فارغ، لأن النوع المحدد NullAnimalغير مفيد عندما يكون المطلوب كائنًا فارغًا لا يُنفذ Animalالواجهة المطلوبة.

يوضح تطبيق نمط الكائن الفارغ التالي كيفية قيام الفئة الملموسة بتوفير كائنها الفارغ المقابل في حقل ثابت Empty. يُستخدم هذا الأسلوب بشكل متكرر في إطار عمل .NET (مثل .NET Framework String.Empty، و.NET Framework EventArgs.Empty، و.NET Framework Guid.Empty، وما إلى ذلك).

Public Class Animal Public Shared ReadOnly Empty As Animal = New AnimalEmpty ()Public Overridable Sub MakeSound () Console.WriteLine ( " Woof! " ) End Sub End Classصديق غير قابل للتوريث، فئة حيوان، فارغ ، يرث حيوانPublic Overrides Sub MakeSound () ' End Sub End Class