فیلدهای خصوصی جاوا اسکریپت: تسلط بر کپسوله‌سازی کلاس برای کدی استوار

در دنیای توسعه جاوا اسکریپت، نوشتن کدی تمیز، قابل نگهداری و امن از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از اصول کلیدی برای دستیابی به این هدف، کپسوله‌سازی (encapsulation) است که شامل بسته‌بندی داده‌ها (خصوصیات) و متدهایی که روی آن داده‌ها کار می‌کنند در یک واحد واحد (یک کلاس) و محدود کردن دسترسی مستقیم به برخی از اجزای آن شیء است.

قبل از معرفی فیلدهای خصوصی در ECMAScript 2022 (ES2022)، دستیابی به کپسوله‌سازی واقعی در کلاس‌های جاوا اسکریپت چالش‌برانگیز بود. اگرچه قراردادهایی مانند استفاده از آندرلاین (_) به عنوان پیشوند برای نام خصوصیات به کار می‌رفت تا نشان دهد که یک خصوصیت باید به عنوان خصوصی تلقی شود، اما این‌ها فقط قرارداد بودند و حریم خصوصی واقعی را اعمال نمی‌کردند. توسعه‌دهندگان همچنان می‌توانستند به این خصوصیات "خصوصی" از خارج کلاس دسترسی پیدا کرده و آن‌ها را تغییر دهند.

اکنون با معرفی فیلدهای خصوصی، جاوا اسکریپت مکانیزم قدرتمندی برای کپسوله‌سازی واقعی ارائه می‌دهد که کیفیت و قابلیت نگهداری کد را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این مقاله به طور عمیق به بررسی فیلدهای خصوصی جاوا اسکریپت می‌پردازد و سینتکس، مزایا و مثال‌های عملی آن‌ها را بررسی می‌کند تا به شما در تسلط بر کپسوله‌سازی کلاس برای ساخت برنامه‌های امن و استوار کمک کند.

فیلدهای خصوصی جاوا اسکریپت چه هستند؟

فیلدهای خصوصی، خصوصیات کلاسی هستند که فقط از داخل کلاسی که در آن تعریف شده‌اند قابل دسترسی هستند. آن‌ها با استفاده از یک پیشوند هشتگ (#) قبل از نام خصوصیت تعریف می‌شوند. برخلاف قرارداد آندرلاین، فیلدهای خصوصی توسط موتور جاوا اسکریپت اعمال می‌شوند، به این معنی که هرگونه تلاش برای دسترسی به آن‌ها از خارج کلاس منجر به خطا خواهد شد.

ویژگی‌های کلیدی فیلدهای خصوصی:

• تعریف: آن‌ها با پیشوند # تعریف می‌شوند (مثلاً #name، #age).
• حوزه دسترسی: آن‌ها فقط از داخل کلاسی که در آن تعریف شده‌اند قابل دسترسی هستند.
• اعمال قانون: دسترسی به یک فیلد خصوصی از خارج کلاس منجر به یک SyntaxError می‌شود.
• یکتایی: هر کلاس حوزه دسترسی مخصوص به خود را برای فیلدهای خصوصی دارد. کلاس‌های مختلف می‌توانند فیلدهای خصوصی با نام یکسان بدون تداخل داشته باشند.

سینتکس فیلدهای خصوصی

سینتکس تعریف و استفاده از فیلدهای خصوصی ساده است:

class Person {
  #name;
  #age;

  constructor(name, age) {
    this.#name = name;
    this.#age = age;
  }

  getName() {
    return this.#name;
  }

  getAge() {
    return this.#age;
  }
}

const person = new Person("Alice", 30);
console.log(person.getName()); // خروجی: Alice
console.log(person.getAge());  // خروجی: 30

//console.log(person.#name); // این خط یک SyntaxError ایجاد می‌کند: فیلد خصوصی '#name' باید در کلاس محصور کننده تعریف شود

در این مثال:

• #name و #age به عنوان فیلدهای خصوصی در کلاس Person تعریف شده‌اند.
• سازنده (constructor) این فیلدهای خصوصی را با مقادیر ارائه شده مقداردهی اولیه می‌کند.
• متدهای getName() و getAge() دسترسی کنترل‌شده‌ای به فیلدهای خصوصی فراهم می‌کنند.
• تلاش برای دسترسی به person.#name از خارج کلاس منجر به یک SyntaxError می‌شود که حریم خصوصی اعمال شده را نشان می‌دهد.

مزایای استفاده از فیلدهای خصوصی

استفاده از فیلدهای خصوصی مزایای قابل توجهی برای توسعه جاوا اسکریپت به همراه دارد:

۱. کپسوله‌سازی واقعی

فیلدهای خصوصی، کپسوله‌سازی واقعی را فراهم می‌کنند، به این معنی که وضعیت داخلی یک شیء از تغییر یا دسترسی خارجی محافظت می‌شود. این امر از تغییر تصادفی یا مخرب داده‌ها جلوگیری کرده و منجر به کدی استوارتر و قابل اعتمادتر می‌شود.

۲. قابلیت نگهداری بهتر کد

با پنهان کردن جزئیات پیاده‌سازی داخلی، فیلدهای خصوصی تغییر و بازنویسی (refactor) کد را بدون تأثیر بر وابستگی‌های خارجی آسان‌تر می‌کنند. تا زمانی که رابط عمومی (متدها) ثابت بماند، تغییرات در پیاده‌سازی داخلی یک کلاس کمتر احتمال دارد که سایر بخش‌های برنامه را دچار مشکل کند.

۳. امنیت بهبود یافته

فیلدهای خصوصی از دسترسی غیرمجاز به داده‌های حساس جلوگیری کرده و امنیت برنامه شما را افزایش می‌دهند. این امر به ویژه هنگام کار با داده‌هایی که نباید توسط کد خارجی در معرض دید قرار گیرند یا تغییر کنند، اهمیت دارد.

۴. کاهش پیچیدگی

با کپسوله کردن داده‌ها و رفتار در یک کلاس، فیلدهای خصوصی به کاهش پیچیدگی کلی پایگاه کد کمک می‌کنند. این امر درک، اشکال‌زدایی و نگهداری برنامه را آسان‌تر می‌کند.

۵. نیت واضح‌تر

استفاده از فیلدهای خصوصی به وضوح نشان می‌دهد که کدام خصوصیات فقط برای استفاده داخلی در نظر گرفته شده‌اند، که این امر خوانایی کد را بهبود بخشیده و درک طراحی کلاس را برای سایر توسعه‌دهندگان آسان‌تر می‌کند.

مثال‌های عملی از فیلدهای خصوصی

بیایید چند مثال عملی از نحوه استفاده از فیلدهای خصوصی برای بهبود طراحی و پیاده‌سازی کلاس‌های جاوا اسکریپت را بررسی کنیم.

مثال ۱: حساب بانکی

یک کلاس BankAccount را در نظر بگیرید که نیاز به محافظت از موجودی حساب در برابر تغییر مستقیم دارد:

class BankAccount {
  #balance;

  constructor(initialBalance) {
    this.#balance = initialBalance;
  }

  deposit(amount) {
    if (amount > 0) {
      this.#balance += amount;
    }
  }

  withdraw(amount) {
    if (amount > 0 && amount <= this.#balance) {
      this.#balance -= amount;
    }
  }

  getBalance() {
    return this.#balance;
  }
}

const account = new BankAccount(1000);
account.deposit(500);
account.withdraw(200);
console.log(account.getBalance()); // خروجی: 1300

// account.#balance = 0; // این خط یک SyntaxError ایجاد می‌کند

در این مثال، #balance یک فیلد خصوصی است که فقط توسط متدهای deposit() و withdraw() قابل دسترسی و تغییر است. این امر از دستکاری مستقیم موجودی حساب توسط کد خارجی جلوگیری کرده و یکپارچگی داده‌های حساب را تضمین می‌کند.

مثال ۲: حقوق کارمند

بیایید به یک کلاس Employee نگاه کنیم که نیاز به محافظت از اطلاعات حقوق دارد:

class Employee {
  #salary;

  constructor(name, salary) {
    this.name = name;
    this.#salary = salary;
  }

  getSalary() {
    return this.#salary;
  }

  raiseSalary(percentage) {
    if (percentage > 0) {
      this.#salary *= (1 + percentage / 100);
    }
  }
}

const employee = new Employee("Bob", 50000);
console.log(employee.getSalary()); // خروجی: 50000
employee.raiseSalary(10);
console.log(employee.getSalary()); // خروجی: 55000

// employee.#salary = 100000; // این خط یک SyntaxError ایجاد می‌کند

در اینجا، #salary یک فیلد خصوصی است که فقط از طریق متد getSalary() قابل دسترسی و توسط متد raiseSalary() قابل تغییر است. این امر تضمین می‌کند که اطلاعات حقوق محافظت شده و فقط از طریق متدهای مجاز به‌روزرسانی می‌شود.

مثال ۳: اعتبارسنجی داده

فیلدهای خصوصی می‌توانند برای اعمال اعتبارسنجی داده در یک کلاس استفاده شوند:

class Product {
  #price;

  constructor(name, price) {
    this.name = name;
    this.#price = this.#validatePrice(price);
  }

  #validatePrice(price) {
    if (typeof price !== 'number' || price <= 0) {
      throw new Error("Price must be a positive number.");
    }
    return price;
  }

  getPrice() {
    return this.#price;
  }

  setPrice(newPrice) {
    this.#price = this.#validatePrice(newPrice);
  }
}

try {
  const product = new Product("Laptop", 1200);
  console.log(product.getPrice()); // خروجی: 1200
  product.setPrice(1500);
  console.log(product.getPrice()); // خروجی: 1500
  //const invalidProduct = new Product("Invalid", -100); // این خط یک خطا ایجاد می‌کند
} catch (error) {
  console.error(error.message);
}

در این مثال، #price یک فیلد خصوصی است که با استفاده از متد خصوصی #validatePrice() اعتبارسنجی می‌شود. این امر تضمین می‌کند که قیمت همیشه یک عدد مثبت است و از ذخیره داده‌های نامعتبر در شیء جلوگیری می‌کند.

موارد استفاده در سناریوهای مختلف

فیلدهای خصوصی می‌توانند در طیف گسترده‌ای از سناریوها در توسعه جاوا اسکریپت به کار روند. در اینجا چند مورد استفاده در زمینه‌های مختلف آورده شده است:

۱. توسعه وب

• کامپوننت‌های UI: کپسوله کردن وضعیت داخلی کامپوننت‌های UI (مثلاً وضعیت دکمه، اعتبارسنجی فرم) برای جلوگیری از تغییرات ناخواسته از اسکریپت‌های خارجی.
• مدیریت داده: محافظت از داده‌های حساس در برنامه‌های سمت کلاینت، مانند اطلاعات کاربری یا کلیدهای API، از دسترسی غیرمجاز.
• توسعه بازی: پنهان کردن منطق بازی و متغیرهای داخلی برای جلوگیری از تقلب یا دستکاری وضعیت بازی.

۲. توسعه بک‌اند (Node.js)

• مدل‌های داده: اعمال یکپارچگی داده در مدل‌های بک‌اند با جلوگیری از دسترسی مستقیم به ساختارهای داده داخلی.
• احراز هویت و مجوزدهی: محافظت از اطلاعات حساس کاربر و مکانیزم‌های کنترل دسترسی.
• توسعه API: پنهان کردن جزئیات پیاده‌سازی APIها برای ارائه یک رابط پایدار و سازگار برای کلاینت‌ها.

۳. توسعه کتابخانه

• کپسوله کردن منطق داخلی: پنهان کردن عملکرد داخلی یک کتابخانه برای ارائه یک API تمیز و پایدار برای کاربران.
• جلوگیری از تداخل: اجتناب از تداخل نام با متغیرها و توابع تعریف شده توسط کاربر با استفاده از فیلدهای خصوصی برای متغیرهای داخلی.
• حفظ سازگاری: امکان ایجاد تغییرات داخلی در یک کتابخانه بدون شکستن کدهای موجودی که از API عمومی کتابخانه استفاده می‌کنند.

متدهای خصوصی

علاوه بر فیلدهای خصوصی، جاوا اسکریپت از متدهای خصوصی نیز پشتیبانی می‌کند. متدهای خصوصی توابعی هستند که فقط از داخل کلاسی که در آن تعریف شده‌اند قابل دسترسی هستند. آن‌ها با استفاده از همان پیشوند # مانند فیلدهای خصوصی تعریف می‌شوند.

class MyClass {
  #privateMethod() {
    console.log("This is a private method.");
  }

  publicMethod() {
    this.#privateMethod(); // دسترسی به متد خصوصی از داخل کلاس
  }
}

const myInstance = new MyClass();
myInstance.publicMethod(); // خروجی: This is a private method.

// myInstance.#privateMethod(); // این خط یک SyntaxError ایجاد می‌کند

متدهای خصوصی برای کپسوله کردن منطق داخلی و جلوگیری از فراخوانی متدهایی که قرار نیست بخشی از API عمومی کلاس باشند، توسط کد خارجی مفید هستند.

پشتیبانی مرورگر و ترنسپایل (Transpilation)

فیلدهای خصوصی در مرورگرهای مدرن و محیط‌های Node.js پشتیبانی می‌شوند. با این حال، اگر نیاز به پشتیبانی از مرورگرهای قدیمی‌تر دارید، ممکن است لازم باشد از یک ترنسپایلر مانند Babel برای تبدیل کد خود به نسخه‌ای که با موتورهای جاوا اسکریپت قدیمی‌تر سازگار است، استفاده کنید.

Babel می‌تواند فیلدهای خصوصی را به کدی تبدیل کند که از closureها یا WeakMaps برای شبیه‌سازی دسترسی خصوصی استفاده می‌کند. این به شما امکان می‌دهد تا از فیلدهای خصوصی در کد خود استفاده کنید و در عین حال از مرورگرهای قدیمی‌تر نیز پشتیبانی کنید.

محدودیت‌ها و ملاحظات

در حالی که فیلدهای خصوصی مزایای قابل توجهی دارند، محدودیت‌ها و ملاحظاتی نیز وجود دارد که باید در نظر داشت:

• عدم ارث‌بری: فیلدهای خصوصی توسط زیرکلاس‌ها به ارث برده نمی‌شوند. این بدان معناست که یک زیرکلاس نمی‌تواند به فیلدهای خصوصی تعریف شده در کلاس والد خود دسترسی پیدا کرده یا آن‌ها را تغییر دهد.
• عدم دسترسی از نمونه‌های دیگر همان کلاس: در حالی که فیلدهای خصوصی از داخل *یک* کلاس قابل دسترسی هستند، این دسترسی باید از داخل همان نمونه‌ای باشد که آن را تعریف کرده است. نمونه دیگری از همان کلاس به فیلدهای خصوصی یک نمونه دیگر دسترسی ندارد.
• عدم دسترسی پویا: فیلدهای خصوصی را نمی‌توان به صورت پویا با استفاده از براکت (مثلاً object[#fieldName]) دسترسی پیدا کرد.
• عملکرد: در برخی موارد، فیلدهای خصوصی ممکن است در مقایسه با فیلدهای عمومی تأثیر عملکردی جزئی داشته باشند، زیرا به بررسی‌ها و غیرمستقیم‌سازی‌های اضافی نیاز دارند.

بهترین شیوه‌ها برای استفاده از فیلدهای خصوصی

برای استفاده مؤثر از فیلدهای خصوصی در کد جاوا اسکریپت خود، بهترین شیوه‌های زیر را در نظر بگیرید:

• استفاده از فیلدهای خصوصی برای محافظت از وضعیت داخلی: خصوصیاتی را که نباید از خارج کلاس به آن‌ها دسترسی یا تغییر داده شوند، شناسایی کرده و آن‌ها را به عنوان خصوصی تعریف کنید.
• فراهم کردن دسترسی کنترل‌شده از طریق متدهای عمومی: متدهای عمومی برای ارائه دسترسی کنترل‌شده به فیلدهای خصوصی ایجاد کنید تا کد خارجی بتواند با وضعیت شیء به روشی امن و قابل پیش‌بینی تعامل داشته باشد.
• استفاده از متدهای خصوصی برای منطق داخلی: منطق داخلی را در متدهای خصوصی کپسوله کنید تا از فراخوانی متدهایی که قرار نیست بخشی از API عمومی باشند، توسط کد خارجی جلوگیری کنید.
• در نظر گرفتن بده‌بستان‌ها: مزایا و محدودیت‌های فیلدهای خصوصی را در هر موقعیت ارزیابی کرده و رویکردی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با نیازهای شما مطابقت دارد.
• مستندسازی کد خود: به وضوح مستند کنید که کدام خصوصیات و متدها خصوصی هستند و هدف آن‌ها را توضیح دهید.

نتیجه‌گیری

فیلدهای خصوصی جاوا اسکریپت مکانیزم قدرتمندی برای دستیابی به کپسوله‌سازی واقعی در کلاس‌ها فراهم می‌کنند. با محافظت از وضعیت داخلی و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز، فیلدهای خصوصی کیفیت، قابلیت نگهداری و امنیت کد را افزایش می‌دهند. اگرچه محدودیت‌ها و ملاحظاتی برای در نظر گرفتن وجود دارد، اما مزایای استفاده از فیلدهای خصوصی به طور کلی بر معایب آن برتری دارد و آن‌ها را به ابزاری ارزشمند برای ساخت برنامه‌های جاوا اسکریپت استوار و قابل اعتماد تبدیل می‌کند. اتخاذ فیلدهای خصوصی به عنوان یک رویه استاندارد منجر به پایگاه‌های کد تمیزتر، امن‌تر و قابل نگهداری‌تر خواهد شد.

با درک سینتکس، مزایا و مثال‌های عملی فیلدهای خصوصی، می‌توانید به طور مؤثر از آن‌ها برای بهبود طراحی و پیاده‌سازی کلاس‌های جاوا اسکریپت خود استفاده کنید و در نهایت به نرم‌افزار بهتری دست یابید.

این راهنمای جامع، یک پایه محکم برای تسلط بر کپسوله‌سازی کلاس با استفاده از فیلدهای خصوصی جاوا اسکریپت فراهم کرده است. اکنون زمان آن است که دانش خود را به کار بگیرید و شروع به ساخت برنامه‌های امن‌تر و قابل نگهداری‌تر کنید!