اتحادهای متمایز در تایپ‌اسکریپت: ساخت ماشین‌های حالت امن از نظر نوع (Type-Safe)

در دنیای توسعه نرم‌افزار، مدیریت مؤثر وضعیت برنامه امری حیاتی است. ماشین‌های حالت یک انتزاع قدرتمند برای مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده با حالت‌های مختلف فراهم می‌کنند و رفتار قابل پیش‌بینی و ساده‌سازی منطق سیستم را تضمین می‌نمایند. تایپ‌اسکریپت، با سیستم نوع قوی خود، مکانیزم فوق‌العاده‌ای برای ساخت ماشین‌های حالت امن از نظر نوع با استفاده از اتحادهای متمایز (که به عنوان اتحادهای برچسب‌دار یا انواع داده جبری نیز شناخته می‌شوند) ارائه می‌دهد.

اتحادهای متمایز (Discriminated Unions) چه هستند؟

اتحاد متمایز نوعی است که مقداری را نشان می‌دهد که می‌تواند یکی از چندین نوع مختلف باشد. هر یک از این انواع، که اعضای اتحاد نامیده می‌شوند، یک ویژگی مشترک و متمایز به نام متمایزکننده یا برچسب (discriminant or tag) دارند. این متمایزکننده به تایپ‌اسکریپت اجازه می‌دهد تا به طور دقیق تشخیص دهد که کدام عضو اتحاد در حال حاضر فعال است و این امکان، بررسی نوع قدرتمند و تکمیل خودکار کد را فراهم می‌کند.

آن را مانند یک چراغ راهنمایی در نظر بگیرید. این چراغ می‌تواند در یکی از سه حالت باشد: قرمز، زرد یا سبز. ویژگی 'رنگ' به عنوان متمایزکننده عمل می‌کند و به ما دقیقاً می‌گوید که چراغ در کدام حالت قرار دارد.

چرا از اتحادهای متمایز برای ماشین‌های حالت استفاده کنیم؟

اتحادهای متمایز هنگام ساخت ماشین‌های حالت در تایپ‌اسکریپت چندین مزیت کلیدی به همراه دارند:

• امنیت نوع (Type Safety): کامپایلر می‌تواند تأیید کند که تمام حالت‌ها و انتقال‌های ممکن به درستی مدیریت شده‌اند و از خطاهای زمان اجرا مربوط به انتقال‌های حالت غیرمنتظره جلوگیری می‌کند. این امر به ویژه در برنامه‌های بزرگ و پیچیده مفید است.
• بررسی جامعیت (Exhaustiveness Checking): تایپ‌اسکریپت می‌تواند تضمین کند که کد شما تمام حالت‌های ممکن ماشین حالت را مدیریت می‌کند و در صورتی که یک حالت در یک عبارت شرطی یا switch case فراموش شود، در زمان کامپایل به شما هشدار می‌دهد. این به جلوگیری از رفتار غیرمنتظره کمک کرده و کد شما را قوی‌تر می‌کند.
• خوانایی بهبود یافته: اتحادهای متمایز به وضوح حالت‌های ممکن سیستم را تعریف می‌کنند و باعث می‌شوند کد برای درک و نگهداری آسان‌تر شود. نمایش صریح حالت‌ها، وضوح کد را افزایش می‌دهد.
• تکمیل کد پیشرفته: قابلیت intellisense تایپ‌اسکریپت پیشنهادات هوشمندانه‌ای برای تکمیل کد بر اساس حالت فعلی ارائه می‌دهد که احتمال خطا را کاهش داده و سرعت توسعه را افزایش می‌دهد.

تعریف یک ماشین حالت با اتحادهای متمایز

بیایید نحوه تعریف یک ماشین حالت با استفاده از اتحادهای متمایز را با یک مثال عملی نشان دهیم: یک سیستم پردازش سفارش. یک سفارش می‌تواند در حالت‌های زیر باشد: در انتظار (Pending)، در حال پردازش (Processing)، ارسال شده (Shipped) و تحویل داده شده (Delivered).

مرحله ۱: تعریف انواع حالت‌ها (State Types)

ابتدا، انواع مجزا را برای هر حالت تعریف می‌کنیم. هر نوع یک ویژگی `type` به عنوان متمایزکننده خواهد داشت، به همراه هر داده‌ای که مختص آن حالت است.

interface Pending {
  type: "pending";
  orderId: string;
  customerName: string;
  items: string[];
}

interface Processing {
  type: "processing";
  orderId: string;
  assignedAgent: string;
}

interface Shipped {
  type: "shipped";
  orderId: string;
  trackingNumber: string;
}

interface Delivered {
  type: "delivered";
  orderId: string;
  deliveryDate: Date;
}

مرحله ۲: ایجاد نوع اتحاد متمایز

سپس، با ترکیب این انواع مجزا با استفاده از عملگر `|` (union)، اتحاد متمایز را ایجاد می‌کنیم.

type OrderState = Pending | Processing | Shipped | Delivered;

اکنون، `OrderState` مقداری را نشان می‌دهد که می‌تواند `Pending`، `Processing`، `Shipped` یا `Delivered` باشد. ویژگی `type` در هر حالت به عنوان متمایزکننده عمل می‌کند و به تایپ‌اسکریپت اجازه می‌دهد تا بین آنها تمایز قائل شود.

مدیریت انتقال حالت‌ها

اکنون که ماشین حالت خود را تعریف کرده‌ایم، به مکانیزمی برای انتقال بین حالت‌ها نیاز داریم. بیایید یک تابع `processOrder` ایجاد کنیم که حالت فعلی و یک عمل (action) را به عنوان ورودی می‌گیرد و حالت جدید را برمی‌گرداند.

interface Action {
  type: string;
  payload?: any;
}

function processOrder(state: OrderState, action: Action): OrderState {
  switch (state.type) {
    case "pending":
      if (action.type === "startProcessing") {
        return {
          type: "processing",
          orderId: state.orderId,
          assignedAgent: action.payload.agentId,
        };
      }
      return state; // بدون تغییر حالت

    case "processing":
      if (action.type === "shipOrder") {
        return {
          type: "shipped",
          orderId: state.orderId,
          trackingNumber: action.payload.trackingNumber,
        };
      }
      return state; // بدون تغییر حالت

    case "shipped":
      if (action.type === "deliverOrder") {
        return {
          type: "delivered",
          orderId: state.orderId,
          deliveryDate: new Date(),
        };
      }
      return state; // بدون تغییر حالت

    case "delivered":
      // سفارش قبلاً تحویل داده شده، اقدامات بیشتری وجود ندارد
      return state;

    default:
      // این هرگز نباید به دلیل بررسی جامعیت اتفاق بیفتد
      return state; // یا پرتاب یک خطا
  }
}

توضیحات

• تابع `processOrder` حالت فعلی `OrderState` و یک `Action` را به عنوان ورودی می‌گیرد.
• از یک عبارت `switch` برای تعیین حالت فعلی بر اساس متمایزکننده `state.type` استفاده می‌کند.
• درون هر `case`، `action.type` را بررسی می‌کند تا ببیند آیا یک انتقال معتبر فعال شده است یا خیر.
• اگر یک انتقال معتبر یافت شود، یک شیء حالت جدید با `type` و داده‌های مناسب برمی‌گرداند.
• اگر انتقال معتبری یافت نشود، حالت فعلی را برمی‌گرداند (یا بسته به رفتار مورد نظر، یک خطا پرتاب می‌کند).
• بخش `default` برای کامل بودن گنجانده شده و به طور ایده‌آل هرگز نباید به دلیل بررسی جامعیت تایپ‌اسکریپت به آن دسترسی پیدا کرد.

بهره‌گیری از بررسی جامعیت (Exhaustiveness Checking)

بررسی جامعیت تایپ‌اسکریپت یک ویژگی قدرتمند است که تضمین می‌کند شما تمام حالت‌های ممکن در ماشین حالت خود را مدیریت می‌کنید. اگر یک حالت جدید به اتحاد `OrderState` اضافه کنید اما فراموش کنید تابع `processOrder` را به‌روزرسانی کنید، تایپ‌اسکریپت یک خطا نشان می‌دهد.

برای فعال کردن بررسی جامعیت، می‌توانید از نوع `never` استفاده کنید. در بخش `default` از عبارت switch خود، حالت را به یک متغیر از نوع `never` اختصاص دهید.

function processOrder(state: OrderState, action: Action): OrderState {
  switch (state.type) {
    // ... (case های قبلی) ...

    default:
      const _exhaustiveCheck: never = state;
      return _exhaustiveCheck; // یا پرتاب یک خطا
  }
}

اگر عبارت `switch` تمام مقادیر ممکن `OrderState` را مدیریت کند، متغیر `_exhaustiveCheck` از نوع `never` خواهد بود و کد کامپایل می‌شود. اما اگر یک حالت جدید به اتحاد `OrderState` اضافه کنید و فراموش کنید آن را در عبارت `switch` مدیریت کنید، متغیر `_exhaustiveCheck` از نوع دیگری خواهد بود و تایپ‌اسکریپت یک خطای زمان کامپایل پرتاب می‌کند و شما را از مورد فراموش شده آگاه می‌سازد.

مثال‌ها و کاربردهای عملی

اتحادهای متمایز در طیف گسترده‌ای از سناریوها فراتر از سیستم‌های پردازش سفارش ساده قابل استفاده هستند:

• مدیریت وضعیت رابط کاربری (UI State Management): مدل‌سازی وضعیت یک کامپوننت رابط کاربری (مانند در حال بارگذاری، موفقیت، خطا).
• مدیریت درخواست‌های شبکه: نمایش مراحل مختلف یک درخواست شبکه (مانند اولیه، در حال انجام، موفقیت، شکست).
• اعتبارسنجی فرم: پیگیری اعتبار فیلدهای فرم و وضعیت کلی فرم.
• توسعه بازی: تعریف حالت‌های مختلف یک شخصیت یا شیء در بازی.
• جریان‌های احراز هویت: مدیریت وضعیت‌های احراز هویت کاربر (مانند وارد شده، خارج شده، در انتظار تأیید).

مثال: مدیریت وضعیت رابط کاربری (UI State Management)

بیایید یک مثال ساده از مدیریت وضعیت یک کامپوننت رابط کاربری که داده‌ها را از یک API دریافت می‌کند در نظر بگیریم. می‌توانیم حالت‌های زیر را تعریف کنیم:

interface Initial {
  type: "initial";
}

interface Loading {
  type: "loading";
}

interface Success {
  type: "success";
  data: T;
}

interface Error {
  type: "error";
  message: string;
}

type UIState = Initial | Loading | Success | Error;

function renderUI(state: UIState): React.ReactNode {
  switch (state.type) {
    case "initial":
      return 
برای بارگذاری داده‌ها روی دکمه کلیک کنید.
;
    case "loading":
      return 
در حال بارگذاری...
;
    case "success":
      return 
{JSON.stringify(state.data, null, 2)}
;
    case "error":
      return 
خطا: {state.message}
;
    default:
      const _exhaustiveCheck: never = state;
      return _exhaustiveCheck;
  }
}

این مثال نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از اتحادهای متمایز برای مدیریت مؤثر حالت‌های مختلف یک کامپوننت رابط کاربری استفاده کرد و اطمینان حاصل نمود که رابط کاربری بر اساس حالت فعلی به درستی رندر می‌شود. تابع `renderUI` هر حالت را به طور مناسب مدیریت می‌کند و روشی واضح و امن از نظر نوع برای مدیریت رابط کاربری فراهم می‌کند.

بهترین شیوه‌ها برای استفاده از اتحادهای متمایز

برای استفاده مؤثر از اتحادهای متمایز در پروژه‌های تایپ‌اسکریپت خود، بهترین شیوه‌های زیر را در نظر بگیرید:

• انتخاب نام‌های معنادار برای متمایزکننده: نام‌هایی برای متمایزکننده انتخاب کنید که به وضوح هدف آن ویژگی را نشان دهد (مانند `type`، `state`، `status`).
• داده‌های حالت را حداقلی نگه دارید: هر حالت فقط باید شامل داده‌هایی باشد که به آن حالت خاص مربوط است. از ذخیره داده‌های غیرضروری در حالت‌ها خودداری کنید.
• از بررسی جامعیت استفاده کنید: همیشه بررسی جامعیت را فعال کنید تا اطمینان حاصل شود که تمام حالت‌های ممکن را مدیریت می‌کنید.
• استفاده از کتابخانه مدیریت حالت را در نظر بگیرید: برای ماشین‌های حالت پیچیده، استفاده از یک کتابخانه مدیریت حالت اختصاصی مانند XState را در نظر بگیرید که ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند نمودارهای حالت، حالت‌های سلسله مراتبی و حالت‌های موازی را ارائه می‌دهد. با این حال، برای سناریوهای ساده‌تر، اتحادهای متمایز ممکن است کافی باشند.
• ماشین حالت خود را مستند کنید: حالت‌ها، انتقال‌ها و اقدامات مختلف ماشین حالت خود را به وضوح مستند کنید تا قابلیت نگهداری و همکاری را بهبود بخشید.

تکنیک‌های پیشرفته

انواع شرطی (Conditional Types)

انواع شرطی را می‌توان با اتحادهای متمایز ترکیب کرد تا ماشین‌های حالت قدرتمندتر و انعطاف‌پذیرتری ایجاد شود. به عنوان مثال، می‌توانید از انواع شرطی برای تعریف انواع بازگشتی مختلف برای یک تابع بر اساس حالت فعلی استفاده کنید.

function getData(state: UIState): T | undefined {
  if (state.type === "success") {
    return state.data;
  }
  return undefined;
}

این تابع از یک عبارت `if` ساده استفاده می‌کند اما می‌توان آن را با استفاده از انواع شرطی قوی‌تر کرد تا اطمینان حاصل شود که همیشه یک نوع خاص بازگردانده می‌شود.

انواع کمکی (Utility Types)

انواع کمکی تایپ‌اسکریپت، مانند `Extract` و `Omit`، می‌توانند هنگام کار با اتحادهای متمایز مفید باشند. `Extract` به شما امکان می‌دهد اعضای خاصی را از یک نوع اتحاد بر اساس یک شرط استخراج کنید، در حالی که `Omit` به شما امکان می‌دهد ویژگی‌ها را از یک نوع حذف کنید.

// استخراج حالت "success" از اتحاد UIState
type SuccessState = Extract, { type: "success" }>;

// حذف ویژگی 'message' از رابط Error
type ErrorWithoutMessage = Omit;

مثال‌های واقعی در صنایع مختلف

قدرت اتحادهای متمایز در صنایع و حوزه‌های کاربردی مختلف گسترش می‌یابد:

• تجارت الکترونیک (جهانی): در یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی، وضعیت سفارش را می‌توان با اتحادهای متمایز نشان داد و حالت‌هایی مانند «در انتظار پرداخت»، «در حال پردازش»، «ارسال شده»، «در حال حمل»، «تحویل داده شده» و «لغو شده» را مدیریت کرد. این امر ردیابی و ارتباط صحیح را در کشورهای مختلف با لجستیک حمل و نقل متفاوت تضمین می‌کند.
• خدمات مالی (بانکداری بین‌المللی): مدیریت وضعیت‌های تراکنش مانند «در انتظار تأیید»، «تأیید شده»، «در حال پردازش»، «تکمیل شده»، «ناموفق» حیاتی است. اتحادهای متمایز روشی قوی برای مدیریت این حالت‌ها، با رعایت مقررات متنوع بانکداری بین‌المللی، فراهم می‌کنند.
• مراقبت‌های بهداشتی (نظارت از راه دور بیمار): نمایش وضعیت سلامت بیمار با استفاده از حالت‌هایی مانند «عادی»، «هشدار»، «بحرانی» امکان مداخله به موقع را فراهم می‌کند. در سیستم‌های بهداشتی توزیع شده جهانی، اتحادهای متمایز می‌توانند تفسیر منسجم داده‌ها را بدون توجه به موقعیت مکانی تضمین کنند.
• لجستیک (زنجیره تأمین جهانی): ردیابی وضعیت حمل و نقل در مرزهای بین‌المللی شامل گردش کارهای پیچیده است. حالت‌هایی مانند «ترخیص گمرکی»، «در حال حمل»، «در مرکز توزیع»، «تحویل داده شده» کاملاً برای پیاده‌سازی با اتحاد متمایز مناسب هستند.
• آموزش (پلتفرم‌های یادگیری آنلاین): مدیریت وضعیت ثبت‌نام در دوره با حالت‌هایی مانند «ثبت‌نام شده»، «در حال پیشرفت»، «تکمیل شده»، «حذف شده» می‌تواند تجربه یادگیری ساده‌تری را فراهم کند که با سیستم‌های آموزشی مختلف در سراسر جهان سازگار است.

نتیجه‌گیری

اتحادهای متمایز در تایپ‌اسکریپت روشی قدرتمند و امن از نظر نوع برای ساخت ماشین‌های حالت فراهم می‌کنند. با تعریف واضح حالت‌ها و انتقال‌های ممکن، می‌توانید کدی قوی‌تر، قابل نگهداری‌تر و قابل فهم‌تر ایجاد کنید. ترکیب امنیت نوع، بررسی جامعیت و تکمیل کد پیشرفته، اتحادهای متمایز را به ابزاری ارزشمند برای هر توسعه‌دهنده تایپ‌اسکریپت که با مدیریت حالت پیچیده سر و کار دارد، تبدیل می‌کند. در پروژه بعدی خود از اتحادهای متمایز استفاده کنید و مزایای مدیریت حالت امن از نظر نوع را از نزدیک تجربه کنید. همانطور که با مثال‌های متنوع از تجارت الکترونیک تا مراقبت‌های بهداشتی، و از لجستیک تا آموزش نشان دادیم، اصل مدیریت حالت امن از نظر نوع از طریق اتحادهای متمایز به طور جهانی قابل استفاده است.

چه در حال ساخت یک کامپوننت رابط کاربری ساده باشید و چه یک برنامه سازمانی پیچیده، اتحادهای متمایز می‌توانند به شما در مدیریت مؤثرتر حالت و کاهش خطر خطاهای زمان اجرا کمک کنند. پس، وارد شوید و دنیای ماشین‌های حالت امن از نظر نوع را با تایپ‌اسکریپت کاوش کنید!