Go 语言 示例: 解码S表达式

原文链接：https://gopl-zh.github.io/ch12/ch12-06.html

12.6. 示例: 解码S表达式

标准库中encoding/...下每个包中提供的Marshal编码函数都有一个对应的Unmarshal函数用于解码。例如，我们在4.5节中看到的，要将包含JSON编码格式的字节slice数据解码为我们自己的Movie类型（§12.3），我们可以这样做：

data := []byte{/* ... */}
var movie Movie
err := json.Unmarshal(data, &movie)

Unmarshal函数使用了反射机制类修改movie变量的每个成员，根据输入的内容为Movie成员创建对应的map、结构体和slice。

现在让我们为S表达式编码实现一个简易的Unmarshal，类似于前面的json.Unmarshal标准库函数，对应我们之前实现的sexpr.Marshal函数的逆操作。我们必须提醒一下，一个健壮的和通用的实现通常需要比例子更多的代码，为了便于演示我们采用了精简的实现。我们只支持S表达式有限的子集，同时处理错误的方式也比较粗暴，代码的目的是为了演示反射的用法，而不是构造一个实用的S表达式的解码器。

词法分析器lexer使用了标准库中的text/scanner包将输入流的字节数据解析为一个个类似注释、标识符、字符串面值和数字面值之类的标记。输入扫描器scanner的Scan方法将提前扫描和返回下一个记号，对于rune类型。大多数记号，比如“(”，对应一个单一rune可表示的Unicode字符，但是text/scanner也可以用小的负数表示记号标识符、字符串等由多个字符组成的记号。调用Scan方法将返回这些记号的类型，接着调用TokenText方法将返回记号对应的文本内容。

因为每个解析器可能需要多次使用当前的记号，但是Scan会一直向前扫描，所以我们包装了一个lexer扫描器辅助类型，用于跟踪最近由Scan方法返回的记号。

gopl.io/ch12/sexpr

type lexer struct {
    scan  scanner.Scanner
    token rune // the current token
}

func (lex *lexer) next()        { lex.token = lex.scan.Scan() }
func (lex *lexer) text() string { return lex.scan.TokenText() }

func (lex *lexer) consume(want rune) {
    if lex.token != want { // NOTE: Not an example of good error handling.
        panic(fmt.Sprintf("got %q, want %q", lex.text(), want))
    }
    lex.next()
}

现在让我们转到语法解析器。它主要包含两个功能。第一个是read函数，用于读取S表达式的当前标记，然后根据S表达式的当前标记更新可取地址的reflect.Value对应的变量v。

func read(lex *lexer, v reflect.Value) {
    switch lex.token {
    case scanner.Ident:
        // The only valid identifiers are
        // "nil" and struct field names.
        if lex.text() == "nil" {
            v.Set(reflect.Zero(v.Type()))
            lex.next()
            return
        }
    case scanner.String:
        s, _ := strconv.Unquote(lex.text()) // NOTE: ignoring errors
        v.SetString(s)
        lex.next()
        return
    case scanner.Int:
        i, _ := strconv.Atoi(lex.text()) // NOTE: ignoring errors
        v.SetInt(int64(i))
        lex.next()
        return
    case '(':
        lex.next()
        readList(lex, v)
        lex.next() // consume ')'
        return
    }
    panic(fmt.Sprintf("unexpected token %q", lex.text()))
}

我们的S表达式使用标识符区分两个不同类型，结构体成员名和nil值的指针。read函数值处理nil类型的标识符。当遇到scanner.Ident为“nil”时，使用reflect.Zero函数将变量v设置为零值。而其它任何类型的标识符，我们都作为错误处理。后面的readList函数将处理结构体的成员名。

一个“(”标记对应一个列表的开始。第二个函数readList，将一个列表解码到一个聚合类型中（map、结构体、slice或数组），具体类型依赖于传入待填充变量的类型。每次遇到这种情况，循环继续解析每个元素直到遇到于开始标记匹配的结束标记“)”，endList函数用于检测结束标记。

最有趣的部分是递归。最简单的是对数组类型的处理。直到遇到“)”结束标记，我们使用Index函数来获取数组每个元素的地址，然后递归调用read函数处理。和其它错误类似，如果输入数据导致解码器的引用超出了数组的范围，解码器将抛出panic异常。slice也采用类似方法解析，不同的是我们将为每个元素创建新的变量，然后将元素添加到slice的末尾。

在循环处理结构体和map每个元素时必须解码一个(key value)格式的对应子列表。对于结构体，key部分对于成员的名字。和数组类似，我们使用FieldByName找到结构体对应成员的变量，然后递归调用read函数处理。对于map，key可能是任意类型，对元素的处理方式和slice类似，我们创建一个新的变量，然后递归填充它，最后将新解析到的key/value对添加到map。

func readList(lex *lexer, v reflect.Value) {
    switch v.Kind() {
    case reflect.Array: // (item ...)
        for i := 0; !endList(lex); i++ {
            read(lex, v.Index(i))
        }

    case reflect.Slice: // (item ...)
        for !endList(lex) {
            item := reflect.New(v.Type().Elem()).Elem()
            read(lex, item)
            v.Set(reflect.Append(v, item))
        }

    case reflect.Struct: // ((name value) ...)
        for !endList(lex) {
            lex.consume('(')
            if lex.token != scanner.Ident {
                panic(fmt.Sprintf("got token %q, want field name", lex.text()))
            }
            name := lex.text()
            lex.next()
            read(lex, v.FieldByName(name))
            lex.consume(')')
        }

    case reflect.Map: // ((key value) ...)
        v.Set(reflect.MakeMap(v.Type()))
        for !endList(lex) {
            lex.consume('(')
            key := reflect.New(v.Type().Key()).Elem()
            read(lex, key)
            value := reflect.New(v.Type().Elem()).Elem()
            read(lex, value)
            v.SetMapIndex(key, value)
            lex.consume(')')
        }

    default:
        panic(fmt.Sprintf("cannot decode list into %v", v.Type()))
    }
}

func endList(lex *lexer) bool {
    switch lex.token {
    case scanner.EOF:
        panic("end of file")
    case ')':
        return true
    }
    return false
}

最后，我们将解析器包装为导出的Unmarshal解码函数，隐藏了一些初始化和清理等边缘处理。内部解析器以panic的方式抛出错误，但是Unmarshal函数通过在defer语句调用recover函数来捕获内部panic（§5.10），然后返回一个对panic对应的错误信息。

// Unmarshal parses S-expression data and populates the variable
// whose address is in the non-nil pointer out.
func Unmarshal(data []byte, out interface{}) (err error) {
    lex := &lexer{scan: scanner.Scanner{Mode: scanner.GoTokens}}
    lex.scan.Init(bytes.NewReader(data))
    lex.next() // get the first token
    defer func() {
        // NOTE: this is not an example of ideal error handling.
        if x := recover(); x != nil {
            err = fmt.Errorf("error at %s: %v", lex.scan.Position, x)
        }
    }()
    read(lex, reflect.ValueOf(out).Elem())
    return nil
}

生产实现不应该对任何输入问题都用panic形式报告，而且应该报告一些错误相关的信息，例如出现错误输入的行号和位置等。尽管如此，我们希望通过这个例子来展示类似encoding/json等包底层代码的实现思路，以及如何使用反射机制来填充数据结构。

练习 12.8： sexpr.Unmarshal函数和json.Unmarshal一样，都要求在解码前输入完整的字节slice。定义一个和json.Decoder类似的sexpr.Decoder类型，支持从一个io.Reader流解码。修改sexpr.Unmarshal函数，使用这个新的类型实现。

练习 12.9： 编写一个基于标记的API用于解码S表达式，参考xml.Decoder（7.14）的风格。你将需要五种类型的标记：Symbol、String、Int、StartList和EndList。

练习 12.10： 扩展sexpr.Unmarshal函数，支持布尔型、浮点数和interface类型的解码，使用 练习 12.3： 的方案。（提示：要解码接口，你需要将name映射到每个支持类型的reflect.Type。）