الدوال والتباين Variance

النبذة

هذا أصعب إقليم نظرياً، وأكثره مكافأةً. السؤال يبدو بريئاً: متى تكون دالةٌ ما "نوعاً فرعياً" من دالةٍ أخرى؟ أي متى يصحّ تمرير f حيث يُتوقَّع نوع دالة آخر؟ الإجابة تقلب حدْسك: المعاملات (parameters) تتبع ⊆ بالمقلوب. ومن هنا نشتقّ — لا نحفظ — لماذا Dog[] المُسنَدة حيث Animal[] ثقبٌ في السلامة، ولماذا قبلت TypeScript هذا الثقب بكامل وعيها. حين تُتقن هذا الإقليم، تكون قد فهمت العمود الفقري لأنظمة الأنواع كلها، لا TypeScript وحدها.

اللغز المستفزّ

دالتان، وسؤال إسناد:

typescript
type Animal = { name: string };
type Dog = { name: string; breed: string };

type AnimalHandler = (a: Animal) => void;

const handleDog = (d: Dog) => console.log(d.breed);

const h: AnimalHandler = handleDog;   // ؟ هل يُقبل؟

حدْسك يقول: "Dog نوعٌ فرعي من Animal (شكلٌ أغنى، الإقليم ٥). فدالةٌ تعالج Dog يجب أن تُقبل حيث تُطلب دالةٌ تعالج Animal، صح؟" خطأ. وهذا الخطأ بالذات — المقنع جداً — هو ما يجعل المعاملات تتبع اتجاهاً معكوساً. لماذا؟

ثم اللغز الأكبر، خلفه:

typescript
const animals: Animal[] = [{ name: "cat" }];
const dogs: Dog[] = [{ name: "rex", breed: "lab" }];
const ref: Animal[] = dogs;     // TypeScript تقبل هذا
ref.push({ name: "intruder" }); // وهذا أيضاً
dogs[1].breed;                  // 💥 undefined وقت التشغيل — دسسنا "حيواناً" بلا breed في مصفوفة كلاب

كل سطر يمرّ من المترجم. النتيجة كارثة وقت التشغيل. لماذا تسمح لغةٌ سلامتها مقدّسة بهذا؟ ليست غفلة — إنه قرار. اكتشف لماذا.

الدرس

استبدالية ليسكوف، من المبادئ الأولى

السؤال الجوهري: متى أستطيع وضع قيمةٍ من نوع S حيث يُتوقَّع نوع T؟ الجواب من الإقليم ١: حين S ⊆ T (مجموعة S تحقّق كل ما يضمنه T). هذا مبدأ الاستبدالية: S تصلح بدل T إن كانت تفي بكل عقد T دون مفاجآت.

طبّقه على الدوال. عقد AnimalHandler = (a: Animal) => void يَعِد المُستهلِك بأمرين:

1. "تستطيع أن تناديني بأي Animal." (عقدٌ على ما تَقبله الدالة.)
2. "لن أعيد لك شيئاً تعتمد عليه." (عقدٌ على ما تُرجعه — هنا void.)

لكي تَصلُح handleDog بدل AnimalHandler، يجب أن تفي بهذين الوعدين تجاه أي مُستهلِكٍ يتوقّع AnimalHandler.

المعاملات: contravariance (التباين العكسي)

ركّز على الوعد الأول. المُستهلِك يظنّ أنه يستطيع تمرير أي Animal — قطّة، عصفور، أي شيء له name. لكن handleDog تطلب Dog، وتلمس d.breed. فلو مرّر المُستهلِك قطّةً (Animal بلا breed)، لقرأت handleDog خاصية breed غير موجودة. انهار العقد.

إذاً handleDog لا تصلح بدل AnimalHandler، ويجب أن يرفضها المترجم. اشتقّ القاعدة العامة:

العكس هو الصحيح: دالةٌ تقبل Animal (أو حتى unknown) تصلح بدل واحدةٍ تتوقّع Dog، لأنها تتعامل مع أي كلبٍ دون أن تطلب أكثر مما لدى الكلب:

typescript
type DogHandler = (d: Dog) => void;
const handleAnyAnimal = (a: Animal) => console.log(a.name);
const dh: DogHandler = handleAnyAnimal;   // ✅ تقبل Animal، فتقبل أي Dog من باب أولى

لماذا "عكسي"؟ لأن الدالة تستهلك المعامل. كلّما طلبت أقل (نوعاً أعمّ)، صلَحت في أماكن أكثر. الاستهلاك يقلب اتجاه الاحتواء. هذه ليست قاعدةً تُحفظ؛ إنها نتيجةٌ حتميّة لـ "البديل يجب أن يفي بكل ما وَعد به الأصل".

الإرجاع: covariance (التباين الطردي)

الآن الوعد الثاني — القيمة العائدة. هنا الدالة تُنتج، لا تستهلك. المُستهلِك يتوقّع نوع إرجاع T؛ لو أعطته الدالة نوعاً أضيق S ⊆ T، فكل ما يصله عضوٌ في T كما توقّع. سليم. فالإرجاع يتبع ⊆ بنفس الاتجاه — covariance:

typescript
type GetAnimal = () => Animal;
const getDog = (): Dog => ({ name: "rex", breed: "lab" });
const g: GetAnimal = getDog;   // ✅ من يتوقّع Animal، يَسعده أن يحصل على Dog (أضيق)

الثقب المقصود: لماذا المصفوفات غير سليمة (unsound)

الآن نحصد. المصفوفة T[] تجمع الدورين: تقرأ منها (تُنتج T — covariant) وتكتب فيها (تستهلك T — contravariant). لكي تكون سليمةً تماماً، يجب أن تكون لا متباينة (invariant): Dog[] لا تُسنَد لـ Animal[] ولا العكس.

لكن TypeScript تعامل المصفوفات covariantly: تسمح Dog[] حيث Animal[]. وهذا بالضبط الثقب في لغز المقدّمة: عبر مرجع Animal[]، تستطيع push قطّةً، فتفسد مصفوفة الكلاب، وينفجر القارئ الأصلي لاحقاً. النظام يعرف هذا ويسمح به عمداً.

ليش تختار TypeScript اللاسلامة هنا؟ مقايضةٌ صريحة بين الأمان والإزعاج:

• التعامل الـ covariant مع المصفوفات يطابق حدْس المبرمجين ويجعل ٩٩٪ من الكود العملي (الذي يقرأ ولا يكتب عبر مراجع موسَّعة) سلساً بلا قتال.
• التعامل السليم (invariant) كان سيرفض كميةً هائلة من كودٍ صحيحٍ عملياً، ويُغرق المستخدمين بأخطاء على حالاتٍ نادرة الحدوث.
• الكتابة عبر مرجعٍ موسَّع (مصدر الخطر) نادرة في الممارسة.

فاختارت TypeScript: اقبل ثقباً صغيراً نادر الإيذاء مقابل ergonomics ضخمة.

bivariance في معاملات الدوال: ثقبٌ آخر، وكيف تُغلقه

ثقبٌ تاريخي مشابه: معاملات الدوال في صيغة method تُعامَل bivariantly (تقبل الاتجاهين)، وهو غير سليم، لكنه يجعل أنماطاً شائعة (كمعالِجات الأحداث) تعمل بسلاسة. العَلَم strictFunctionStypes (ضمن strict) يفرض الـ contravariance الصحيحة على معاملات أنواع الدوال — لكن يستثني صيغة الـ method عمداً، للحفاظ على توافق أنماطٍ شائعة مثل المصفوفات. أي: ثقبٌ معروف، مُوثَّق، مُبقى عن قصد للسبب ذاته (ergonomics).

اربط هذا بالعَلَم نفسه الذي ألزمناك به: strict لا يجعل النظام سليماً تماماً (مستحيل عملياً)، لكنه يُغلق أكبر الثقوب التي يُجدي إغلاقها. ما تبقّى مفتوحاً، تُرك بحسابٍ لا بغفلة.

وأخيراً: لماذا () => void يقبل دالةً تُرجع قيمة

أغلقنا دَيناً من الإقليم ٢. void كنوع إرجاع متوقَّع يعني "لن أنظر للعائد". في لغة التباين: مُستهلِكٌ يتوقّع () => void لا يعتمد على القيمة، فأي دالةٍ تُرجع أي شيء تصلح بدلها — إرجاعها يُتجاهَل. هذا ليس استثناءً عشوائياً بل تطبيقٌ مباشر لـ covariance الإرجاع مع نوعٍ مستهلِكه أعمى عنه. لهذا يعمل arr.forEach(x => arr.push(x)) رغم أن push تُرجع رقماً.

اللغز / التمرين

typescript
type Animal = { name: string };
type Dog = { name: string; breed: string };

let f1: (a: Animal) => void;
let f2: (d: Dog) => void;
f1 = f2;   // ؟  أيّ اتجاه؟
f2 = f1;   // ؟

let g1: () => Animal;
let g2: () => Dog;
g1 = g2;   // ؟
g2 = g1;   // ؟

الخلاصة — وصلٌ في الشجرة