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go结构体默认值和校验器（go-defaults、go-validator）

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背景（大啰嗦）

在Java中我们可以比较容易地借助Spring框架等提供的注解来实现成员字段的值验证，另外Java也原生支持对成员字段赋默认值。然而在go语言中这些都不会原生支持，尤其是在前后端通过json数据交互时，会比较麻烦。

对于默认值，原生go语言有一个痛点：json反序列化场景中go基本类型的零值与空值无法区分(相关讨论：https://segmentfault.com/a/1190000044137766)。例如，string字段零值是""，无论json中该字段的值是null还是""，反序列化(json.Unmarshal)之后都是""，这就导致业务逻辑上无法区分这个值到底是不是上游指定的。当然，有一些骚操作可以避免这样的事情发生，比如将字段类型定义为*int（指针），就有了默认值nil，跟前端传入的0区分开了。然而实践中会使业务代码变得复杂易错。如果我们让其初值是一个业务上无意义的值，比如int=-1,string="null"，就可以避免零值和空值无法区分的问题了。一种通用方法是利用反射，结合tag功能实现默认值，该思路与github.com/mcuadros/go-defaults不谋而合，那就没必要造轮子了。

对于校验器，go没有类似Java的@Valid这样的注解。其实，可以自己为每个结构体实现一个Validate()函数，每次使用值前先校验，然而这无疑是给程序员增加了负担，业务中有几十个接口，上百个结构体，一个一个写校验逻辑？疯了。最好是能有一个通用的校验器，每个结构体引用即可。正当我甩出键盘想实现一个通用的校验器，猛然发现著名go框架gin的默认校验器github.com/go-playground/validator满足了我对校验器的所有幻想。不过它也是有些小缺点的，下文讨论之。

本文记录一下在go中实现结构体字段赋默认值，结构体字段校验的方法。

结构体字段默认值

开源项目：https://github.com/mcuadros/go-defaults

使用前先安装：

go get github.com/mcuadros/go-defaults

使用示例1：

package main

import (
	"encoding/json"
	"fmt"
	"time"

	"github.com/mcuadros/go-defaults"
)

type Track struct {
	Name     string        `json:"name" default:"Unnamed"`
	Hidden   bool          `json:"hidden" default:"true"`
	Duration time.Duration `json:"duration" default:"1m1s1ms"`
}

var nodeJson = `{
	"name": "MyFirstTrack"
}`

func main() {
	track := new(Track)
	// 用default标签的默认值初始化
	defaults.SetDefaults(track)
	fmt.Printf("set default: %+v\n", track) // set default: &{Name:Unnamed Hidden:true Duration:1m1.001s}
	// 反序列化。比如json串可能是前端传过来的
	err := json.Unmarshal([]byte(nodeJson), track)
	if err != nil {
		fmt.Println("Unmarshal error.\n", err)
	}
	fmt.Printf("unmarshal: %+v\n", track) // unmarshal: &{Name:MyFirstTrack Hidden:true Duration:1m1.001s}
	// 再次尝试设置默认值，看是否生效
	defaults.SetDefaults(track)
	fmt.Printf("set default again: %+v\n", track) // set default: &{Name:MyFirstTrack Hidden:true Duration:1m1.001s}
}

分析：上面代码可以看出，defaults会将default标签指定的值赋值给结构体对象，但是，当字段已经有非零值时，defaults不再生效（这也是项目readme.md中警告过的）。

再来考虑，如果结构体字段为数组类型，defaults能生效吗？不妨验证一下。

使用示例2（这是一个有bug的示例）：

package main

import (
	"encoding/json"
	"fmt"
	"time"

	"github.com/mcuadros/go-defaults"
)

type Track struct {
	Name     string        `json:"name" default:"Unnamed"`
	Hidden   bool          `json:"hidden" default:"true"`
	Duration time.Duration `json:"duration" default:"1m1s1ms"`
	NodeList []struct {
		Start    time.Duration `json:"start" default:"1m"`
		Duration time.Duration `json:"duration" default:"2m2s2ms"`
	} `json:"nodeList"`
}

var nodeJson = `{
	"name": "MyFirstTrack",
	"hidden": false,
	"nodeList": [
		{
			"start": 0
		},
		{
			"duration": 1000000000
		}
	]
}`

func main() {
	track := new(Track)

	defaults.SetDefaults(track)
	fmt.Printf("set default: %+v\n", track)

	err := json.Unmarshal([]byte(nodeJson), track)
	if err != nil {
		fmt.Println("Unmarshal error.\n", err)
	}
	fmt.Printf("unmarshal: %+v\n", track)

	defaults.SetDefaults(track)
	fmt.Printf("set default again: %+v\n", track)
}

输出如下：

set default: &{Name:Unnamed Hidden:true Duration:1m1.001s NodeList:[]}
unmarshal: &{Name:MyFirstTrack Hidden:false Duration:1m1.001s NodeList:[{Start:0s Duration:0s} {Start:0s Duration:1s}]}
set default again: &{Name:MyFirstTrack Hidden:true Duration:1m1.001s NodeList:[{Start:1m0s Duration:2m2.002s} {Start:1m0s Duration:1s}]}

分析：可以看出，对于数组字段，反序列化之前并不知道数组元素有几个，所以defaults不会初始化数组元素。而反序列化之后再次使用defaults，会将其中所有的零值修改为tag指定的默认值，比如hidden被错误的修改为了true。所以defaults和json反序列化同时存在时，无论谁先谁后，都不符合预期。

啊？难道defaults用不了了？其实需要一点点技巧规避一下这种问题（https://blog.csdn.net/qq_44336275/article/details/131436350也提到了这个问题）。不妨实现结构体的Unmarshal方法，使之在反序列化之前先调用一下defaults，再反序列化，即可避免数组元素无法赋默认值的问题。针对「使用示例2」，我们只需将NodeList元素单独定义并实现Unmarshal方法。

使用示例3：

type Track struct {
	Name     string `json:"name" default:"Unnamed"`
	NodeList []Node `json:"nodeList"`
}

type Node struct {
	Type     TypeEnum `json:"type" default:"video"`
	Start    float64  `json:"start" default:"2"`
	Duration float64  `json:"duration" default:"5"`
}

func (n *Node) UnmarshalJSON(data []byte) error {
	type Alias Node
	n2 := new(Alias)
	defaults.SetDefaults(n2)
	err := json.Unmarshal(data, n2) // 务必传入Alias类型的n2，而不是n。传n会导致UnmarshalJSON无限递归调用
	if err != nil {
		return err
	}
	*n = Node(*n2)
	return nil
}

如此一来，满足了含数组字段的json反序列化场景的默认值初始化。

再进一步考虑，如果业务中有几十个结构体要作为数组元素（那估计是比较庞大的业务了），要为每一个结构体都实现Unmashal方法，也是比较难受的。暂时没有想到比较优雅的方法，如果有小伙伴有，欢迎指教～。下面提供一个可以简化的方法：

func (n *Node) UnmarshalJSON(data []byte) error {
	type Alias Node
	return UnmarshalWithDefault[Node, Alias](data, n)
}

func UnmarshalWithDefault[T, TAlias any](data []byte, target *T) error {
	var aliasValue TAlias
	defaults.SetDefaults(&aliasValue)
	err := json.Unmarshal(data, &aliasValue)
	if err != nil {
		return err
	}
	targetReflect := reflect.ValueOf(target).Elem()  // 获得target的反射
	targetReflect.Set(reflect.ValueOf(aliasValue).Convert(targetReflect.Type())) // 将aliasValue转换赋值给target
	return nil
}

该方法封装了一个通用的UnmarshalWithDefault方法，以后在重写实现结构体Unmashal方法时只需调用即可。这里必须传入原类型的别名，是为了避免Unmarshal的无限递归调用。

【总结】

  • defaults 只会修改值为零值的字段为默认值；
  • json反序列化含有数组字段时，需要为数组元素结构体实现Unmarshal方法；

结构体校验器

开源项目：https://github.com/go-playground/validator

官方文档：https://pkg.go.dev/github.com/go-playground/validator/v10#readme-baked-in-validations

网络文章、官方文档已经提供了非常多且完善的示例，这里就不赘述了。不过有几个小问题最好注意一下：

一、默认情况下，v10及以下版本不会对结构体类型进行校验，如需开启，可以使用如下方法：

validate := validator.New(validator.WithRequiredStructEnabled())

这是官方文档开头就强调了的。不过v11版本将会默认开启，期待一下。

二、默认情况下，数组、map等嵌套类型不会进行校验，如需开启，需要加入dive标签，参考https://pkg.go.dev/github.com/go-playground/validator/v10#hdr-Dive

综合使用

package main

import (
	"bytes"
	"encoding/json"
	"fmt"

	"github.com/go-playground/validator/v10"
	"github.com/mcuadros/go-defaults"
)

type Track struct {
	Display  bool     `json:"display"  default:"true"`
	NodeList []Node   `json:"nodeList"                validate:"required,dive"` // dive递归到元素进行验证，没有则Node验证不会生效
	Tags     []string `json:"tags"                    validate:"dive,required"` // dive后边表示对元素的验证
}

type Node struct {
	Type   string  `json:"type"   default:"video" validate:"oneof=audio video image mosaic text"`
	Start  float64 `json:"start"  default:"0"     validate:"min=0"`
	End    float64 `json:"end"    default:"0"     validate:"required_if=Type audio,required_if=Type video,gtfield=Start"`
	Text   string  `json:"text"   default:""      validate:"required_if=Type text"`
	Hidden bool    `json:"hidden" default:"false"`
}

// NewTrackFromJSON json反序列化场景使用该函数
func NewTrackFromJSON(data []byte) (*Track, error) {
	track := &Track{}
	defaults.SetDefaults(track) // 初始化默认值
	_ = json.Unmarshal(data, track)
	err := validator.New(validator.WithRequiredStructEnabled()).Struct(track) // 校验参数
	if err != nil {
		return track, err // 校验不通过
	}
	return track, nil
}

// SetDefaultAndValidate 已有结构体可以使用该函数设置默认值并验证
func (p *Track) SetDefaultAndValidate() error {
	defaults.SetDefaults(p)
	err := validator.New(validator.WithRequiredStructEnabled()).Struct(p) // 校验参数
	if err != nil {
		return err // 校验不通过
	}
	return nil
}

func (n *Node) UnmarshalJSON(data []byte) error {
	type Alias Node
	nAlias := (*Alias)(n)
	defaults.SetDefaults(nAlias)        // Node作为数组元素时，必须实现Unmarshal才能使用defaults
	err := json.Unmarshal(data, nAlias) // Unmarshal不能传入n本身，会导致Unmarshal无限递归
	if err != nil {
		return err
	}
	return nil
}

var trackJSON = `{
	"nodeList": [
		{
			"type": "wrong"
		},
		{
			"type": "video"
		},
		{
			"type": "text"
		}
	],
	"tags": ["boy", ""]
}`

func main() {
	track, err := NewTrackFromJSON([]byte(trackJSON))
	if err != nil {
		fmt.Println(err)
	}
	fmt.Println(string(ToJSONIndent(track, "", "    ")))
}

func ToJSON(v any) []byte {
	bf := bytes.NewBuffer([]byte{})
	jsonEncoder := json.NewEncoder(bf)
	jsonEncoder.SetEscapeHTML(false) // 防止<>&等html字符转义
	_ = jsonEncoder.Encode(v)
	return bf.Bytes()
}

func ToJSONIndent(v any, prefix, indent string) []byte {
	data := ToJSON(v)
	var out bytes.Buffer
	_ = json.Indent(&out, data, prefix, indent)
	return out.Bytes()
}

/* 输出：
Key: 'Track.NodeList[0].Type' Error:Field validation for 'Type' failed on the 'oneof' tag
Key: 'Track.NodeList[0].End' Error:Field validation for 'End' failed on the 'gtfield' tag
Key: 'Track.NodeList[1].End' Error:Field validation for 'End' failed on the 'required_if' tag
Key: 'Track.NodeList[2].End' Error:Field validation for 'End' failed on the 'gtfield' tag
Key: 'Track.NodeList[2].Text' Error:Field validation for 'Text' failed on the 'required_if' tag
Key: 'Track.Tags[1]' Error:Field validation for 'Tags[1]' failed on the 'required' tag
{
    "display": true,
    "nodeList": [
        {
            "type": "wrong",
            "start": 0,
            "end": 0,
            "text": "",
            "hidden": false
        },
        {
            "type": "video",
            "start": 0,
            "end": 0,
            "text": "",
            "hidden": false
        },
        {
            "type": "text",
            "start": 0,
            "end": 0,
            "text": "",
            "hidden": false
        }
    ],
    "tags": [
        "boy",
        ""
    ]
}
*/

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