Julia中Base.@kwdef结构体初始化的方法调用问题求助

问题场景 #

尝试用Base.@kwdef定义包含物理/数值参数与初始化数组的可变结构体时，遇到两个报错：

1. 最初代码中，在初始化C0 = ic.(xc)时提示ic未定义，因为结构体内部定义的ic不在全局作用域：

Base.@kwdef mutable struct Setup
    # physics
    lx   = 20.0
    dc   = 1.0
    n    = 4
    # initial condition
    ic(x) = exp(-(x-lx/4)^2)
    # numerics
    nx   = 200
    nvis = 50
    # derived numerics
    dx   = lx/nx
    dt   = dx^2/dc/10
    nt   = nx^2 ÷ 5
    # arrays
    xc   = LinRange(dx/2,lx-dx/2,nx)
    C0 = ic.(xc)
    C = copy(C)  # 此处存在笔误，应为copy(C0)
    q = zeros(nx-1)
    # collections for easy use
    dgl_params=[dc,n]
end

2. 尝试外部构造器后，报错DataType has no field ic——因为无法通过结构体类型直接访问实例的ic方法，且Julia没有self/this关键字：

Base.@kwdef mutable struct Setup
    # physics
    lx   = 20.0
    dc   = 1.0
    n    = 4
    # initial condition
    ic(x) = exp(-(x-lx/4)^2)
    # numerics
    nx   = 200
    nvis = 50
    # derived numerics
    dx   = lx/nx
    dt   = dx^2/dc/10
    nt   = nx^2 ÷ 5
    # arrays
    xc   = LinRange(dx/2,lx-dx/2,nx)
    C0
    C = copy(C)
    q = zeros(nx-1)
    # collections for easy use
    dgl_params=[dc,n]
end

function Setup()
    Setup(Setup.ic(Setup.xc))
end
Setup()

注：dx、dt能正常工作是因为它们是字段默认值，Julia允许默认值引用之前定义的字段，但结构体内部定义的函数不属于字段，无法被默认值表达式访问。

解决方法 #

方法1：将ic设为可配置的字段（最简洁） #

把ic定义为结构体的字段，默认值用依赖lx的匿名函数，这样初始化C0时可直接调用：

Base.@kwdef mutable struct Setup
    # physics
    lx   = 20.0
    dc   = 1.0
    n    = 4
    # initial condition 作为字段，保留可配置性
    ic = x -> exp(-(x - lx/4)^2)
    # numerics
    nx   = 200
    nvis = 50
    # derived numerics
    dx   = lx/nx
    dt   = dx^2/dc/10
    nt   = nx^2 ÷ 5
    # arrays
    xc   = LinRange(dx/2, lx - dx/2, nx)
    C0   = ic.(xc)
    C    = copy(C0)  # 修正之前的笔误
    q    = zeros(nx-1)
    # collections for easy use
    dgl_params = [dc, n]
end

# 测试
s = Setup()
println(s.C0[1:5])

方法2：用内部构造器封装初始化逻辑 #

若不想暴露ic为字段，可将所有初始化逻辑放在内部构造器中，ic作为构造器内的局部函数：

mutable struct Setup
    # 声明所有字段类型
    lx   :: Float64
    dc   :: Float64
    n    :: Int
    nx   :: Int
    nvis :: Int
    dx   :: Float64
    dt   :: Float64
    nt   :: Int
    xc   :: LinRange{Float64}
    C0   :: Vector{Float64}
    C    :: Vector{Float64}
    q    :: Vector{Float64}
    dgl_params :: Vector{Any}

    # 内部构造器处理默认值与C0初始化
    function Setup(;
        lx=20.0, dc=1.0, n=4,
        nx=200, nvis=50
    )
        dx = lx / nx
        dt = dx^2 / dc / 10
        nt = nx^2 ÷ 5
        xc = LinRange(dx/2, lx - dx/2, nx)
        # 局部定义初始化函数
        ic(x) = exp(-(x - lx/4)^2)
        C0 = ic.(xc)
        C = copy(C0)
        q = zeros(nx-1)
        dgl_params = [dc, n]
        # 返回结构体实例
        new(lx, dc, n, nx, nvis, dx, dt, nt, xc, C0, C, q, dgl_params)
    end
end

# 测试
s = Setup()
println(s.C0[1:5])

方法3：实例创建后补全C0 #

若需保留Base.@kwdef的简洁性，可先声明字段类型，创建实例后再调用初始化函数补全C0：

Base.@kwdef mutable struct Setup
    # physics
    lx   = 20.0
    dc   = 1.0
    n    = 4
    # numerics
    nx   = 200
    nvis = 50
    # derived numerics
    dx   = lx/nx
    dt   = dx^2/dc/10
    nt   = nx^2 ÷ 5
    # arrays
    xc   = LinRange(dx/2,lx-dx/2,nx)
    C0   :: Vector{Float64}  # 仅声明类型，暂不赋值
    C    = copy(C0)
    q    = zeros(nx-1)
    # collections for easy use
    dgl_params=[dc,n]
end

# 定义初始化函数
function init_C0!(s::Setup)
    ic(x) = exp(-(x - s.lx/4)^2)
    s.C0 = ic.(s.xc)
    s.C = copy(s.C0)  # 同步更新C
end

# 使用方式
s = Setup(C0=zeros(200))  # 先传入临时占位的C0
init_C0!(s)
println(s.C0[1:5])

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TheFibonacciEffect