serialization-cj/docs/父类字段序列化方案.md

# 方案：父类字段序列化支持（宏 + 静态导出方法）

> 状态：待评审
> 目标仓库：simapi-serialization
> 关联问题：Cangjie 反射无法通过父类字段句柄读写子类实例的值，导致继承的父类字段无法序列化/反序列化。

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## 1. 问题与调研结论

### 1.1 现象

```cangjie
open class BaseUser {
    public var _id: String = ""
    public var _createdAt: String = ""
}

class User <: BaseUser {
    public var _name: String = ""
}

let u = User()
JsonSerializer.Serialize(u)
// 当前输出只含 User 自身字段：{ "_name": "alice" }
// 期望输出包含父类字段：{ "_id": "...", "_createdAt": "...", "_name": "..." }
```

### 1.2 根因（已实测确认，cjc 1.1.3）

Cangjie 标准库 `std.reflect` 的读写句柄全部带**声明类严格校验**（`variable_info_cjnative.cj` 硬编码）：

```cangjie
// InstanceVariableInfo.getValue / setValue
func checkDeclaringClassType(instance: Any): Unit {
    let declaringClassTypeInfo = getFieldDeclaringClassType(_declaringTypeInfo)
    let instanceTypeInfo = TypeInfo.of(instance)
    if (declaringClassTypeInfo != instanceTypeInfo) {
        throw IllegalTypeException(
            "The input instance should be \"${declaringClassTypeInfo}\", but now it`s \"${instanceTypeInfo}\"")
    }
}
```

`declaringClassTypeInfo != TypeInfo.of(instance)` 是**严格相等**，不是子类型判断。实测三类句柄全部被堵死：

| 句柄 | 在子类实例上读写父类成员 | 实测结果 |
|---|---|---|
| `InstanceVariableInfo`（var 字段） | `baseFields.getValue(child)` | ❌ IllegalTypeException |
| `InstancePropertyInfo`（prop） | `baseProps.getValue(child)` | ❌ IllegalTypeException |
| `InstanceFunctionInfo`（方法） | `baseFunc.apply(child, args)` | ❌ IllegalTypeException |

### 1.3 两个被否掉的路线（均已实测）

**路线 A：宏把父类字段「复制」到子类声明里**

不可行，Cangjie 编译器**禁止字段遮蔽**：

```
error: the variable '_id' must not shadow a member variable of the supertype
```

即使宏能在子类里生成同名同类型字段，编译器直接拒绝编译。

**路线 B：宏在编译期查询父类的字段列表，自动生成代码**

不可行，Cangjie 宏是**纯语法层**操作：

- 宏的输入只有被标注声明自身的 Tokens（如 `class User <: BaseUser {...}` 这段代码）；
- 宏没有编译期类型查询 API（无类似 Rust proc_macro 的 TypeInfo 上下文）；
- `std.ast` 的 `Position` 只含 `fileID/line/column`，无源码读取 API；
- 因此宏**看不到父类声明里的字段**（父类可能在别的文件/包）。

### 1.4 唯一的可行通路（已实测验证）

**静态方法反射调用没有「实例声明类检查」**，且**子类实例可直接作为父类类型参数传入**：

```cangjie
// 父类上定义一个静态方法，参数类型是父类
public static func exportJsonFields(instance: BaseUser): HashMap<String, Any> {
    var m = HashMap<String, Any>()
    m["_id"] = instance._id      // 静态类型访问，编译期就知道字段存在
    m
}

// 反射调用（核心验证通过）：
let f = TypeInfo.of<BaseUser>().getStaticFunction("exportJsonFields", [TypeInfo.of<BaseUser>()])
let args: Array<Any> = [child]   // Child 实例作为 BaseUser 参数 ✓
let result = f.apply(TypeInfo.of<BaseUser>(), args)   // ✓ 调用成功
```

原理：`exportJsonFields` 内部用**静态类型** `BaseUser` 访问 `_id`，走的是普通字段访问（非反射），完全合法；外部通过静态方法反射调用，`checkStaticDeclaringType` 只校验声明的类（用 `thisType` 参数），不校验实例的运行时类型。

---

## 2. 方案总览

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 宏 @JsonExportFields（标注在父类上）                      │
│   → 编译期解析父类声明的 var 字段                         │
│   → 自动生成两个静态方法（静态类型访问，无反射检查）：      │
│       exportJsonFields(instance: Parent)                │
│       importJsonFields(instance: Parent, jsonObj)       │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                          ↓ 运行时
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 序列化库 JsonWriter / JsonReader                         │
│   → 遍历 superClass 链（Child → Parent → ... → Object）  │
│   → 每个父类若存在约定静态方法则调用并合并字段             │
│   → 无宏的类行为不变（向后兼容）                          │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```

### 2.1 为什么宏标注在「父类」而不是「子类」

宏只能看到自己标注的那份声明的 Tokens。父类自己知道自己有哪些字段，所以宏标注在父类上，才能解析出字段清单并生成代码。子类不需要任何改动，运行时靠继承链自动找到父类的导出方法。

### 2.2 为什么能绕过反射限制

- 导出方法内部：`instance._id` 是静态类型字段访问（编译期解析），不是反射，无任何运行时检查；
- 导出方法外部：通过**静态方法反射**调用，静态方法没有「实例声明类」校验，只校验声明类（用 `thisType` 参数），子类实例天然是父类类型的合法值。

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## 3. 宏设计

### 3.1 宏定义

```cangjie
// 文件：src/json/JsonExportFieldsMacro.cj
// 包：simapi_serialization.json（宏包需单独编译，见 3.3）

macro package simapi_serialization.json

import std.ast.*
import std.collection.*

/// 标注在父类上：自动生成父类字段的 JSON 导出/导入静态方法
public macro JsonExportFields(input: Tokens): Tokens {
    // 1. 解析输入的 ClassDecl
    // 2. 收集 public var 字段（跳过 @JsonIgnore）
    // 3. 生成 exportJsonFields / importJsonFields 两个静态方法
    // 4. 拼回原类声明 + 新方法，返回 Tokens
}
```

### 3.2 生成的目标代码

对如下父类：

```cangjie
@JsonExportFields
open class BaseUser {
    public var _id: String = ""
    public var _createdAt: String = ""
    @JsonIgnore
    public var _temp: String = ""
}
```

宏展开后等价于：

```cangjie
open class BaseUser {
    public var _id: String = ""
    public var _createdAt: String = ""
    @JsonIgnore
    public var _temp: String = ""

    /// 导出：字段名 → 值（静态类型访问）
    public static func exportJsonFields(instance: BaseUser): HashMap<String, Any> {
        var m = HashMap<String, Any>()
        m["_id"] = instance._id
        m["_createdAt"] = instance._createdAt
        // _temp 被 @JsonIgnore 跳过
        m
    }

    /// 导入：按 JSON 键回填字段（静态类型赋值）
    public static func importJsonFields(instance: BaseUser, json: HashMap<String, Any>): Unit {
        for ((k, v) in json) {
            match (k) {
                case "_id" =>
                    if (let s: String <- v) { instance._id = s }
                case "_createdAt" =>
                    if (let s: String <- v) { instance._createdAt = s }
                case _ => ()   // 未知键忽略
            }
        }
    }
}
```

### 3.3 宏包的编译方式

Cangjie 宏需要两步编译（`cjc --compile-macro` 先编宏，再编使用宏的代码）。cjpm 对宏的支持：

- 方案一：宏定义放在独立包（如 `simapi_serialization.macros`），`cjpm` 中通过依赖引入，宏包内 `cjpm.toml` 声明为宏包；
- 方案二：宏定义与库同包，使用 `--compile-macro` 先行编译——需要确认 cjpm 是否自动处理。

> ⚠️ 待验证项：cjpm 对同包宏的编译顺序支持（见 §7 风险）。

### 3.4 宏需要处理的细节

| 细节 | 处理 |
|---|---|
| 字段类型 | 用 `TypeInfo.get(字段类型名)` 在运行时做类型转换（import 侧） |
| `@JsonPropertyName` | export 键用注解名；import 匹配也用注解名 |
| `@JsonIgnore` | 直接跳过，不生成导出/导入语句 |
| `let`（不可变）字段 | 只导出，不导入（导入侧跳过） |
| 无字段 | 生成空方法（返回空 map / 空操作），保证约定方法一定存在 |
| 命名冲突 | 若用户已手写同名静态方法，宏应报错或跳过（设计取舍：报错更安全） |
| 泛型父类 | v1 不支持，文档注明（反射对泛型类型参数处理复杂） |
| 多层继承 | 每个父类各自标注宏，序列化库逐层调用 |

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## 4. 序列化库改动

### 4.1 JsonWriter（序列化侧）

`writeObject` 中，反射写完子类自身字段后，**沿 superClass 链向上**逐个检查约定方法：

```cangjie
private static func writeObject(value: Any, ct: ClassTypeInfo, options: JsonOption, depth: Int64): JsonValue {
    let obj = JsonObject()
    // 1) 子类自身字段（现状不变）
    let fields = ReflectionCache.getFields(ct, options)
    for (f in fields) {
        if (f.ignore) { continue }
        let raw = f.variable.getOrThrow().getValue(value)
        obj.put(f.jsonName, writeValue(raw, options, depth + 1))
    }
    // 2) 父类字段（新增）：沿继承链调用约定静态方法
    var parent = ct.superClass
    while (let Some(p) <- parent) {
        let parentFields = try {
            let f = p.getStaticFunction("exportJsonFields", [p])
            let args: Array<Any> = [value]      // 子类实例作父类参数
            (f.apply(p, args) as HashMap<String, Any>) ?? HashMap<String, Any>()
        } catch (_: Exception) {
            HashMap<String, Any>()              // 无宏的父类 → 空，继续上层
        }
        for ((k, v) in parentFields) {
            obj.put(k, writeValue(v, options, depth + 1))
        }
        parent = p.superClass
    }
    obj
}
```

要点：
- 静态方法返回的是**已序列化的字段值**（Any），直接 `writeValue` 二次处理即可（嵌套对象/集合/枚举都会正确递归）；
- 异常即「无此方法」，静默继续向上，**无宏的类完全不受影响**；
- 需加缓存：父类→是否含约定方法，避免每次反射查找（性能）。

### 4.2 JsonReader（反序列化侧）

`readObject` 中，构造实例并写完子类字段后，同样沿 superClass 链调用约定方法回填：

```cangjie
private static func readObject(value: JsonValue, ct: ClassTypeInfo, options: JsonOption, depth: Int64): Any {
    let instance = ct.construct([])
    // 1) 子类自身字段（现状不变）
    let fields = ReflectionCache.getFields(ct, options)
    let jobj = value.asObject()
    for (f in fields) {
        if (f.ignore || !f.mutable) { continue }
        match (jobj.get(f.jsonName)) {
            case Some(jv) =>
                if (jv is JsonNull) { continue }
                let fieldVal = readValue(jv, f.typeInfo.getOrThrow(), options, depth + 1)
                f.variable.getOrThrow().setValue(instance, fieldVal)
            case None => ()
        }
    }
    // 2) 父类字段（新增）：收集 JSON 中父类能识别的键
    var parent = ct.superClass
    while (let Some(p) <- parent) {
        let importFn = try {
            p.getStaticFunction("importJsonFields", [p, TypeInfo.of<HashMap<String, Any>>()])
        } catch (_: Exception) {
            // 无宏的父类 → 跳过
            parent = p.superClass
            continue
        }
        // 只把父类认识的键传给导入方法（避免把子类字段塞给父类）
        let parentKeys = exportKeysOf(p)   // 复用 exportJsonFields 的键名集合（缓存）
        var pjson = HashMap<String, Any>()
        for (k in parentKeys) {
            match (jobj.get(k)) {
                case Some(jv) => pjson[k] = jsonToAny(jv)
                case None => ()
            }
        }
        importFn.apply(p, [instance, pjson])
        parent = p.superClass
    }
    instance
}
```

要点：
- 导入方法只回填它认识的键，未知键忽略（宏已生成 `case _ => ()`）；
- 传给导入方法的 JSON 值用 `jsonToAny` 还原为通用 Any，由宏内部做 `as` 转换；
- null 值：宏侧 `if (let s: String <- v)` 天然跳过 null，保持「None/默认值」语义。

### 4.3 缓存

新增 `ReflectionCache` 缓存：

```cangjie
// 类型 → 是否有 exportJsonFields/importJsonFields 约定方法（Bool）
private static let _parentExportCache = HashMap<String, Bool>()
private static let _parentImportCache = HashMap<String, Bool>()
```

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## 5. 使用示例

```cangjie
import simapi_serialization.*
import simapi_serialization.json.JsonExportFields   // 引入宏

// 父类标注宏
@JsonExportFields
open class BaseUser {
    public var _id: String = ""
    public var _createdAt: String = ""
}

// 子类零改动
class User <: BaseUser {
    public var _name: String = ""
    public var _age: Int64 = 0
}

main() {
    let u = User()
    u._id = "u-1"
    u._createdAt = "2025-01-01"
    u._name = "alice"
    u._age = 30

    let json = JsonSerializer.Serialize(u)
    // 输出（字段顺序：子类自身字段 + 父类字段）：
    // { "_name": "alice", "_age": 30, "_id": "u-1", "_createdAt": "2025-01-01" }

    let u2 = JsonSerializer.Deserialize<User>(json)
    // u2._id == "u-1"  ✓  u2._name == "alice"  ✓
}
```

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## 6. 测试计划

在 `src/json/` 下新增测试（复用现有 `JsonSerializer_test.cj` 的测试基建）：

| 用例 | 断言 |
|---|---|
| 父类字段序列化 | 输出包含 `_id`/`_createdAt`，且 `@JsonIgnore` 父类字段不输出 |
| 父类字段反序列化 | `Deserialize<User>` 后父类字段值正确 |
| 多层继承 | GrandParent → Parent → Child 三层字段全部输出 |
| 无宏的类 | 行为与现状完全一致（回归） |
| 子类字段与父类字段重名 | 子类优先（输出一份，值取子类的） |
| 父类嵌套对象字段 | 父类字段值是对象时正确递归 |
| 父类字段 null | 导入时保持默认值 |
| 与 @JsonPropertyName 组合 | 父类字段用注解名输出/匹配 |
| 顶层序列化父类类型实例 | `Serialize(BaseUser 实例)` 直接可用 |

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## 7. 风险与待验证项

| # | 风险 | 说明/对策 |
|---|---|---|
| 1 | **cjpm 对宏包的支持** | Cangjie 宏需 `cjc --compile-macro` 先行编译；需验证 cjpm 依赖系统能否自动处理宏包（若不能，改独立宏包目录 + 手动编译脚本，或文档说明编译顺序） |
| 2 | 宏解析字段的复杂度 | 需要处理 `public var`/`public let`/注解/默认值表达式；用 `parseDecl` 解析后遍历 `ClassDecl.members` 中的 `VarDecl` |
| 3 | `as HashMap<String, Any>` 的类型转换 | 静态方法反射 `apply` 返回 `Any`，需 `??` 兜底；若反射返回类型严格匹配失败，可在宏生成时返回 `Array<(String, Any)>` 或专用 DTO 规避 |
| 4 | 父类字段顺序 | 继承链遍历顺序（父类在前还是后）影响 JSON 键顺序；JSON 对象键无序，不构成功能问题 |
| 5 | 与现有「父类字段不序列化」测试冲突 | 现有测试 `objectSerialize` 断言 `_id`/`_createdAt` 不输出——**该断言需在宏方案落地后反转/条件化**（无宏时仍不输出，有宏时输出） |

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## 8. 备选方案对比

| 方案 | 可行性 | 改动量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| **宏标注父类 + 静态导出方法（本方案）** | ✅ 已验证 | 中 | 自动、向后兼容、无反射限制 |
| 序列化库运行时遍历继承链 + 反射读父类字段 | ❌ | — | `getValue` 声明类严格校验，直接抛异常 |
| 宏把父类字段复制到子类 | ❌ | — | 编译器禁止字段遮蔽 |
| 用户在子类手写父类字段（复制粘贴） | ✅ | 小但人工 | 破坏继承语义、易漏改；仅作为临时 workaround |
| 序列化库要求父类字段改用 prop + 方法反射 | ❌ | — | 方法反射同样有声明类校验（已实测） |

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## 9. 实施步骤（评审通过后）

1. 新建宏文件 `src/json/JsonExportFieldsMacro.cj`（或独立宏包），实现 `JsonExportFields` 宏；
2. 验证 cjpm 对宏包的编译流程（风险 #1），必要时调整项目结构；
3. 改 `JsonWriter.writeObject`：superClass 链调用 `exportJsonFields`；
4. 改 `JsonReader.readObject`：superClass 链调用 `importJsonFields`；
5. `ReflectionCache` 增加约定方法存在性缓存；
6. 新增 §6 测试用例；调整现有 `objectSerialize` 断言（风险 #5）；
7. `cjpm test` 全绿；
8. 提交并推送。