Display遞歸打印
最后更新于：2022-04-02 00:41:17
## 12.3. Display遞歸打印
接下來，讓我們看看如何改善聚合數據類型的顯示。我們併不想完全剋隆一個fmt.Sprint函數，我們隻是像構建一個用於調式用的Display函數，給定一個聚合類型x，打印這個值對應的完整的結構，同時記録每個發現的每個元素的路徑。讓我們從一個例子開始。
```Go
e, _ := eval.Parse("sqrt(A / pi)")
Display("e", e)
```
在上面的調用中，傳入Display函數的參數是在7.9節一個表達式求值函數返迴的語法樹。Display函數的輸出如下：
```Go
Display e (eval.call):
e.fn = "sqrt"
e.args[0].type = eval.binary
e.args[0].value.op = 47
e.args[0].value.x.type = eval.Var
e.args[0].value.x.value = "A"
e.args[0].value.y.type = eval.Var
e.args[0].value.y.value = "pi"
```
在可能的情況下，你應該避免在一個包中暴露和反射相關的接口。我們將定義一個未導出的display函數用於遞歸處理工作，導出的是Display函數，它隻是display函數簡單的包裝以接受interface{}類型的參數：
```Go
gopl.io/ch12/display
func Display(name string, x interface{}) {
fmt.Printf("Display %s (%T):\n", name, x)
display(name, reflect.ValueOf(x))
}
```
在display函數中，我們使用了前面定義的打印基礎類型——基本類型、函數和chan等——元素值的formatAtom函數，但是我們會使用reflect.Value的方法來遞歸顯示聚合類型的每一個成員或元素。在遞歸下降過程中，path字符串，從最開始傳入的起始值（這里是“e”），將逐步增長以表示如何達到當前值（例如“e.args[0].value”）。
因爲我們不再模擬fmt.Sprint函數，我們將直接使用fmt包來簡化我們的例子實現。
```Go
func display(path string, v reflect.Value) {
switch v.Kind() {
case reflect.Invalid:
fmt.Printf("%s = invalid\n", path)
case reflect.Slice, reflect.Array:
for i := 0; i < v.Len(); i++ {
display(fmt.Sprintf("%s[%d]", path, i), v.Index(i))
}
case reflect.Struct:
for i := 0; i < v.NumField(); i++ {
fieldPath := fmt.Sprintf("%s.%s", path, v.Type().Field(i).Name)
display(fieldPath, v.Field(i))
}
case reflect.Map:
for _, key := range v.MapKeys() {
display(fmt.Sprintf("%s[%s]", path,
formatAtom(key)), v.MapIndex(key))
}
case reflect.Ptr:
if v.IsNil() {
fmt.Printf("%s = nil\n", path)
} else {
display(fmt.Sprintf("(*%s)", path), v.Elem())
}
case reflect.Interface:
if v.IsNil() {
fmt.Printf("%s = nil\n", path)
} else {
fmt.Printf("%s.type = %s\n", path, v.Elem().Type())
display(path+".value", v.Elem())
}
default: // basic types, channels, funcs
fmt.Printf("%s = %s\n", path, formatAtom(v))
}
}
```
讓我們針對不同類型分别討論。
**Slice和數組：** 兩種的處理邏輯是一樣的。Len方法返迴slice或數組值中的元素個數，Index(i)活動索引i對應的元素，返迴的也是一個reflect.Value類型的值；如果索引i超出范圍的話將導致panic異常，這些行爲和數組或slice類型內建的len(a)和a[i]等操作類似。display針對序列中的每個元素遞歸調用自身處理，我們通過在遞歸處理時向path附加“[i]”來表示訪問路徑。
雖然reflect.Value類型帶有很多方法，但是隻有少數的方法對任意值都是可以安全調用的。例如，Index方法隻能對Slice、數組或字符串類型的值調用，其它類型如果調用將導致panic異常。
**結構體：** NumField方法報告結構體中成員的數量，Field(i)以reflect.Value類型返迴第i個成員的值。成員列表包含了匿名成員在內的全部成員。通過在path添加“.f”來表示成員路徑，我們必鬚獲得結構體對應的reflect.Type類型信息，包含結構體類型和第i個成員的名字。
**Maps:** MapKeys方法返迴一個reflect.Value類型的slice，每一個都對應map的可以。和往常一樣，遍歷map時順序是隨機的。MapIndex(key)返迴map中key對應的value。我們向path添加“[key]”來表示訪問路徑。（我們這里有一個未完成的工作。其實map的key的類型併不局限於formatAtom能完美處理的類型；數組、結構體和接口都可以作爲map的key。針對這種類型，完善key的顯示信息是練習12.1的任務。）
**指針：** Elem方法返迴指針指向的變量，還是reflect.Value類型。技術指針是nil，這個操作也是安全的，在這種情況下指針是Invalid無效類型，但是我們可以用IsNil方法來顯式地測試一個空指針，這樣我們可以打印更合適的信息。我們在path前面添加“*”，併用括弧包含以避免歧義。
**接口：** 再一次，我們使用IsNil方法來測試接口是否是nil，如果不是，我們可以調用v.Elem()來獲取接口對應的動態值，併且打印對應的類型和值。
現在我們的Display函數總算完工了，讓我們看看它的表現吧。下面的Movie類型是在4.5節的電影類型上演變來的：
```Go
type Movie struct {
Title, Subtitle string
Year int
Color bool
Actor map[string]string
Oscars []string
Sequel *string
}
```
讓我們聲明一個該類型的變量，然後看看Display函數如何顯示它：
```Go
strangelove := Movie{
Title: "Dr. Strangelove",
Subtitle: "How I Learned to Stop Worrying and Love the Bomb",
Year: 1964,
Color: false,
Actor: map[string]string{
"Dr. Strangelove": "Peter Sellers",
"Grp. Capt. Lionel Mandrake": "Peter Sellers",
"Pres. Merkin Muffley": "Peter Sellers",
"Gen. Buck Turgidson": "George C. Scott",
"Brig. Gen. Jack D. Ripper": "Sterling Hayden",
`Maj. T.J. "King" Kong`: "Slim Pickens",
},
Oscars: []string{
"Best Actor (Nomin.)",
"Best Adapted Screenplay (Nomin.)",
"Best Director (Nomin.)",
"Best Picture (Nomin.)",
},
}
```
Display("strangelove", strangelove)調用將顯示（strangelove電影對應的中文名是《奇愛博士》）：
```Go
Display strangelove (display.Movie):
strangelove.Title = "Dr. Strangelove"
strangelove.Subtitle = "How I Learned to Stop Worrying and Love the Bomb"
strangelove.Year = 1964
strangelove.Color = false
strangelove.Actor["Gen. Buck Turgidson"] = "George C. Scott"
strangelove.Actor["Brig. Gen. Jack D. Ripper"] = "Sterling Hayden"
strangelove.Actor["Maj. T.J. \"King\" Kong"] = "Slim Pickens"
strangelove.Actor["Dr. Strangelove"] = "Peter Sellers"
strangelove.Actor["Grp. Capt. Lionel Mandrake"] = "Peter Sellers"
strangelove.Actor["Pres. Merkin Muffley"] = "Peter Sellers"
strangelove.Oscars[0] = "Best Actor (Nomin.)"
strangelove.Oscars[1] = "Best Adapted Screenplay (Nomin.)"
strangelove.Oscars[2] = "Best Director (Nomin.)"
strangelove.Oscars[3] = "Best Picture (Nomin.)"
strangelove.Sequel = nil
```
我們也可以使用Display函數來顯示標準庫中類型的內部結構，例如`*os.File`類型：
```Go
Display("os.Stderr", os.Stderr)
// Output:
// Display os.Stderr (*os.File):
// (*(*os.Stderr).file).fd = 2
// (*(*os.Stderr).file).name = "/dev/stderr"
// (*(*os.Stderr).file).nepipe = 0
```
要註意的是，結構體中未導出的成員對反射也是可見的。需要當心的是這個例子的輸出在不同操作繫統上可能是不同的，併且隨着標準庫的發展也可能導致結果不同。（這也是將這些成員定義爲私有成員的原因之一！）我們深圳可以用Display函數來顯示reflect.Value，來査看`*os.File`類型的內部表示方式。`Display("rV", reflect.ValueOf(os.Stderr))`調用的輸出如下，當然不同環境得到的結果可能有差異：
```Go
Display rV (reflect.Value):
(*rV.typ).size = 8
(*rV.typ).hash = 871609668
(*rV.typ).align = 8
(*rV.typ).fieldAlign = 8
(*rV.typ).kind = 22
(*(*rV.typ).string) = "*os.File"
(*(*(*rV.typ).uncommonType).methods[0].name) = "Chdir"
(*(*(*(*rV.typ).uncommonType).methods[0].mtyp).string) = "func() error"
(*(*(*(*rV.typ).uncommonType).methods[0].typ).string) = "func(*os.File) error"
...
```
觀察下面兩個例子的區别：
```Go
var i interface{} = 3
Display("i", i)
// Output:
// Display i (int):
// i = 3
Display("&i", &i)
// Output:
// Display &i (*interface {}):
// (*&i).type = int
// (*&i).value = 3
```
在第一個例子中，Display函數將調用reflect.ValueOf(i)，它返迴一個Int類型的值。正如我們在12.2節中提到的，reflect.ValueOf總是返迴一個值的具體類型，因爲它是從一個接口值提取的內容。
在第二個例子中，Display函數調用的是reflect.ValueOf(&i)，它返迴一個指向i的指針，對應Ptr類型。在switch的Ptr分支中，通過調用Elem來返迴這個值，返迴一個Value來表示i，對應Interface類型。一個間接獲得的Value，就像這一個，可能代表任意類型的值，包括接口類型。內部的display函數遞歸調用自身，這次它將打印接口的動態類型和值。
目前的實現，Display如果顯示一個帶環的數據結構將會陷入死循環，例如首位項鏈的鏈表：
```Go
// a struct that points to itself
type Cycle struct{ Value int; Tail *Cycle }
var c Cycle
c = Cycle{42, &c}
Display("c", c)
```
Display會永遠不停地進行深度遞歸打印：
```Go
Display c (display.Cycle):
c.Value = 42
(*c.Tail).Value = 42
(*(*c.Tail).Tail).Value = 42
(*(*(*c.Tail).Tail).Tail).Value = 42
...ad infinitum...
```
許多Go語言程序都包含了一些循環的數據結果。Display支持這類帶環的數據結構是比較棘手的，需要增加一個額外的記録訪問的路徑；代價是昂貴的。一般的解決方案是采用不安全的語言特性，我們將在13.3節看到具體的解決方案。
帶環的數據結構很少會對fmt.Sprint函數造成問題，因爲它很少嚐試打印完整的數據結構。例如，當它遇到一個指針的時候，它隻是簡單第打印指針的數值。雖然，在打印包含自身的slice或map時可能遇到睏難，但是不保證處理這種是罕見情況卻可以避免額外的麻煩。
**練習 12.1：** 擴展Displayhans，以便它可以顯示包含以結構體或數組作爲map的key類型的值。
**練習 12.2：** 增強display函數的穩健性，通過記録邊界的步數來確保在超出一定限製前放棄遞歸。（在13.3節，我們會看到另一種探測數據結構是否存在環的技術。）
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