Golang : cobra 包解析

笔者在《Golang : cobra 包简介》一文中简要的介绍了 cobra 包及其基本的用法，本文我们从代码的角度来了解下 cobra 的核心逻辑。

Command 结构体

Command 结构体是 cobra 抽象出来的核心概念，它的实例表示一个命令或者是一个命令的子命令。下面的代码仅展示 Command 结构体中一些比较重要的字段：

type Command struct {    
    // 用户通过指定 Run 函数来完成命令
    // PreRun 和 PostRun 则允许用户在 Run 运行的前后时机执行自定义代码
    PersistentPreRun func(cmd *Command, args []string)
    PreRun func(cmd *Command, args []string)
    Run func(cmd *Command, args []string)
    PostRun func(cmd *Command, args []string)
    PersistentPostRun func(cmd *Command, args []string)
    
    // commands 字段包含了该命令的所有子命令
    commands []*Command
    // parent 字段记录了该命令的父命令
    parent *Command
    
    // 该命令的 help 子命令
    helpCommand *Command
    ...
}

执行命令的逻辑

cobra 包启动程序执行的代码一般为：

cmd.Execute()

Execute() 函数会调用我们定义的 rootCmd(Command 的一个实例)的 Execute() 方法。
在 Command 的 Execute() 方法中又调用了 Command 的 ExecuteC() 方法，我们可以通过下面的调用堆栈看到执行命令逻辑的调用过程：

cmd.Execute() ->                  // main.go
rootCmd.Execute() ->              // root.go
c.ExecuteC() ->                   // command.go
cmd.execute(flags) ->             // command.go
c.Run()                           // command.go

c.Run() 方法即用户为命令(Command) 设置的执行逻辑。

总是执行根命令的 ExecuteC() 方法

为了确保命令行上的子命令、位置参数和 Flags 能够被准确的解析，cobra 总是执行根命令的 ExecuteC() 方法，其实现为在 ExecuteC() 方法中找到根命令，然后执行根命令的 ExecuteC() 方法，其逻辑如下：

// ExecuteC executes the command.
func (c *Command) ExecuteC() (cmd *Command, err error) {
    // Regardless of what command execute is called on, run on Root only
    if c.HasParent() {
        return c.Root().ExecuteC()
    }
    ...
}

解析命令行子命令

ExecuteC() 方法中，在执行 execute() 方法前，需要先通过 Find() 方法解析命令行上的子命令：

cmd, flags, err = c.Find(args)

比如我们执行下面的命令：

$ ./myApp image

解析出的 cmd 就是 image 子命令，接下来就是执行 image 子命令的执行逻辑。

Find() 方法的逻辑如下：

$ ./myApp help image

这里的 myApp 在代码中就是 rootCmd，Find() 方法中定义了一个名称为 innerfind 的函数，innerfind 从参数中解析出下一个名称，这里是 help，然后从 rootCmd 开始查找解析出的名称 help 是不是当前命令的子命令，如果 help 是 rootCmd 的子命令，继续查找。接下来查找名称 image，发现 image 不是 help 的子命令，innerfind 函数就返回 help 命令。execute() 方法中就执行这个找到的 help 子命令。

为根命令添加 help 子命令

在执行 ExecuteC() 方法时，cobra 会为根命令添加一个 help 子命令，这个子命令主要用来提供子命令的帮助信息。因为任何一个程序都需要提供输出帮助信息的方式，所以 cobra 就为它实现了一套默认的逻辑。help 子命令是通过 InitDefaultHelpCmd() 方法添加的，其实现代码如下：

// InitDefaultHelpCmd adds default help command to c.
// It is called automatically by executing the c or by calling help and usage.
// If c already has help command or c has no subcommands, it will do nothing.
func (c *Command) InitDefaultHelpCmd() {
    if !c.HasSubCommands() {
        return
    }

    if c.helpCommand == nil {
        c.helpCommand = &Command{
            Use:   "help [command]",
            Short: "Help about any command",
            Long: `Help provides help for any command in the application.
Simply type ` + c.Name() + ` help [path to command] for full details.`,

            Run: func(c *Command, args []string) {
                cmd, _, e := c.Root().Find(args)
                if cmd == nil || e != nil {
                    c.Printf("Unknown help topic %#q
", args)
                    c.Root().Usage()
                } else {
                    cmd.InitDefaultHelpFlag() // make possible 'help' flag to be shown
                    cmd.Help()
                }
            },
        }
    }
    c.RemoveCommand(c.helpCommand)
    c.AddCommand(c.helpCommand)
}

没有找到用户指定的子命令
如果没有找到用户指定的子命令，就输出错误信息，并调用根命令的 Usage() 方法：

c.Printf("Unknown help topic %#q
", args)
c.Root().Usage()

cobra 默认提供的 usage 模板如下：

`Usage:{{if .Runnable}}
  {{.UseLine}}{{end}}{{if .HasAvailableSubCommands}}
  {{.CommandPath}} [command]{{end}}{{if gt (len .Aliases) 0}}

Aliases:
  {{.NameAndAliases}}{{end}}{{if .HasExample}}

Examples:
{{.Example}}{{end}}{{if .HasAvailableSubCommands}}

Available Commands:{{range .Commands}}{{if (or .IsAvailableCommand (eq .Name "help"))}}
  {{rpad .Name .NamePadding }} {{.Short}}{{end}}{{end}}{{end}}{{if .HasAvailableLocalFlags}}

Flags:
{{.LocalFlags.FlagUsages | trimTrailingWhitespaces}}{{end}}{{if .HasAvailableInheritedFlags}}

Global Flags:
{{.InheritedFlags.FlagUsages | trimTrailingWhitespaces}}{{end}}{{if .HasHelpSubCommands}}

Additional help topics:{{range .Commands}}{{if .IsAdditionalHelpTopicCommand}}
  {{rpad .CommandPath .CommandPathPadding}} {{.Short}}{{end}}{{end}}{{end}}{{if .HasAvailableSubCommands}}

Use "{{.CommandPath}} [command] --help" for more information about a command.{{end}}
`

找到了用户指定的子命令
如果找到用户指定的子命令，就为子命令添加默认的 help flag，并执行其 Help() 方法：

cmd.InitDefaultHelpFlag() // make possible 'help' flag to be shown
cmd.Help()

为了解释 help 子命令的执行逻辑，我们举个例子。比如我们通过 cobra 实现了一个命令行程序 myApp，它有一个子命令 image，image 也有一个子命令 times。执行下面的命令：

$ ./myApp help image

在 help 命令的 Run 方法中，c 为 help 命令， args 为 image。结果就是通过 help 查看 image 命令的帮助文档。如果 image 后面还有其他的子命令，比如：

$ ./myApp help image times

则 c.Root().Find(args) 逻辑会找出子命令 times(此时 args 为 image times)，最终由 help 查看 times 命令的帮助文档。
注意：help 信息中包含 usage 信息。

为命令添加 help flag

除了在 InitDefaultHelpCmd() 方法中会调用 InitDefaultHelpFlag() 方法，在 execute() 方法中执行命令逻辑前也会调用  InitDefaultHelpFlag() 方法为命令添加默认的 help flag，

c.InitDefaultHelpFlag()

下面是 InitDefaultHelpFlag() 方法的实现：

// InitDefaultHelpFlag adds default help flag to c.
// It is called automatically by executing the c or by calling help and usage.
// If c already has help flag, it will do nothing.
func (c *Command) InitDefaultHelpFlag() {
    c.mergePersistentFlags()
    if c.Flags().Lookup("help") == nil {
        usage := "help for "
        if c.Name() == "" {
            usage += "this command"
        } else {
            usage += c.Name()
        }
        c.Flags().BoolP("help", "h", false, usage)
    }
}

这让我们不必为命令添加 help flag 就可以直接使用！至于 falg 的解析，则是通过 pflag 包实现的，不了解 pflag 包的朋友可以参考《Golang : pflag 包简介》。

输出 help 信息

不管是 help 命令还是 help falg，最后都是通过 HelpFunc() 方法来获得输出 help 信息的逻辑：

// HelpFunc returns either the function set by SetHelpFunc for this command
// or a parent, or it returns a function with default help behavior.
func (c *Command) HelpFunc() func(*Command, []string) {
    if c.helpFunc != nil {
        return c.helpFunc
    }
    if c.HasParent() {
        return c.Parent().HelpFunc()
    }
    return func(c *Command, a []string) {
        c.mergePersistentFlags()
        err := tmpl(c.OutOrStdout(), c.HelpTemplate(), c)
        if err != nil {
            c.Println(err)
        }
    }
}

如果我们没有指定自定义的逻辑，就找父命令的，再没有就用 cobra 的默认逻辑。cobra 默认设置的帮助模板如下(包含 usage)：

`{{with (or .Long .Short)}}{{. | trimTrailingWhitespaces}}

{{end}}{{if or .Runnable .HasSubCommands}}{{.UsageString}}{{end}}`

总结

本文简要介绍了 cobra 包的主要逻辑，虽然忽略了众多的实现细节，但梳理出了程序执行的主要过程，并对 help 子命令的实现以及 help flag 的实现进行了介绍。希望对大家了解和使用 cobra 包有所帮助。

参考：
spf13/cobra
Golang之使用Cobra
MAKE YOUR OWN CLI WITH GOLANG AND COBRA
Cobra简介
golang命令行库cobra的使用