12.6. 示例: 解碼S表達式

標準庫中encoding/...下每個包中提供的Marshal編碼函數都有一個對應的Unmarshal函數用於解碼。例如，我們在4.5節中看到的，要將包含JSON編碼格式的字節slice數據解碼為我們自己的Movie類型（§12.3），我們可以這樣做：

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

Unmarshal函數使用了反射機制類修改movie變量的每個成員，根據輸入的內容為Movie成員創建對應的map、結構體和slice。

現在讓我們為S表達式編碼實現一個簡易的Unmarshal，類似於前面的json.Unmarshal標準庫函數，對應我們之前實現的sexpr.Marshal函數的逆操作。我們必須提醒一下，一個健壯的和通用的實現通常需要比例子更多的代碼，為了便於演示我們採用了精簡的實現。我們只支持S表達式有限的子集，同時處理錯誤的方式也比較粗暴，代碼的目的是為了演示反射的用法，而不是構造一個實用的S表達式的解碼器。

詞法分析器lexer使用了標準庫中的text/scanner包將輸入流的字節數據解析為一個個類似註釋、標識符、字符串面值和數字面值之類的標記。輸入掃描器scanner的Scan方法將提前掃描和返回下一個記號，對於rune類型。大多數記號，比如“(”，對應一個單一rune可表示的Unicode字符，但是text/scanner也可以用小的負數表示記號標識符、字符串等由多個字符組成的記號。調用Scan方法將返回這些記號的類型，接著調用TokenText方法將返回記號對應的文本內容。

因為每個解析器可能需要多次使用當前的記號，但是Scan會一直向前掃描，所以我們包裝了一個lexer掃描器輔助類型，用於跟蹤最近由Scan方法返回的記號。

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()
}

現在讓我們轉到語法解析器。它主要包含兩個功能。第一個是read函數，用於讀取S表達式的當前標記，然後根據S表達式的當前標記更新可取地址的reflect.Value對應的變量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()))
}

我們的S表達式使用標識符區分兩個不同類型，結構體成員名和nil值的指針。read函數值處理nil類型的標識符。當遇到scanner.Ident為“nil”時，使用reflect.Zero函數將變量v設置為零值。而其它任何類型的標識符，我們都作為錯誤處理。後面的readList函數將處理結構體的成員名。

一個“(”標記對應一個列表的開始。第二個函數readList，將一個列表解碼到一個聚合類型中（map、結構體、slice或數組），具體類型依賴於傳入待填充變量的類型。每次遇到這種情況，循環繼續解析每個元素直到遇到於開始標記匹配的結束標記“)”，endList函數用於檢測結束標記。

最有趣的部分是遞歸。最簡單的是對數組類型的處理。直到遇到“)”結束標記，我們使用Index函數來獲取數組每個元素的地址，然後遞歸調用read函數處理。和其它錯誤類似，如果輸入數據導致解碼器的引用超出了數組的範圍，解碼器將拋出panic異常。slice也採用類似方法解析，不同的是我們將為每個元素創建新的變量，然後將元素添加到slice的末尾。

在循環處理結構體和map每個元素時必須解碼一個(key value)格式的對應子列表。對於結構體，key部分對於成員的名字。和數組類似，我們使用FieldByName找到結構體對應成員的變量，然後遞歸調用read函數處理。對於map，key可能是任意類型，對元素的處理方式和slice類似，我們創建一個新的變量，然後遞歸填充它，最後將新解析到的key/value對添加到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
}

最後，我們將解析器包裝為導出的Unmarshal解碼函數，隱藏了一些初始化和清理等邊緣處理。內部解析器以panic的方式拋出錯誤，但是Unmarshal函數通過在defer語句調用recover函數來捕獲內部panic（§5.10），然後返回一個對panic對應的錯誤信息。

// 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
}

生產實現不應該對任何輸入問題都用panic形式報告，而且應該報告一些錯誤相關的信息，例如出現錯誤輸入的行號和位置等。儘管如此，我們希望通過這個例子來展示類似encoding/json等包底層代碼的實現思路，以及如何使用反射機制來填充數據結構。

練習 12.8： sexpr.Unmarshal函數和json.Unmarshal一樣，都要求在解碼前輸入完整的字節slice。定義一個和json.Decoder類似的sexpr.Decoder類型，支持從一個io.Reader流解碼。修改sexpr.Unmarshal函數，使用這個新的類型實現。

練習 12.9： 編寫一個基於標記的API用於解碼S表達式，參考xml.Decoder（7.14）的風格。你將需要五種類型的標記：Symbol、String、Int、StartList和EndList。

練習 12.10： 擴展sexpr.Unmarshal函數，支持布爾型、浮點數和interface類型的解碼，使用 練習 12.3： 的方案。（提示：要解碼接口，你需要將name映射到每個支持類型的reflect.Type。）