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Go 每日一库之 cobra

简介

cobra是一个命令行程序库,可以用来编写命令行程序。同时,它也提供了一个脚手架,用于生成基于 cobra 的应用程序框架。非常多知名的开源项目使用了 cobra 库构建命令行,如Kubernetes、Hugo、etcd等等等等。本文介绍 cobra 库的基本使用和一些有趣的特性。

关于作者spf13,这里多说两句。spf13 开源不少项目,而且他的开源项目质量都比较高。相信使用过 vim 的都知道spf13-vim,号称 vim 终极配置。可以一键配置,对于我这样的懒人来说绝对是福音。他的viper是一个完整的配置解决方案。完美支持 JSON/TOML/YAML/HCL/envfile/Java properties 配置文件等格式,还有一些比较实用的特性,如配置热更新、多查找目录、配置保存等。还有非常火的静态网站生成器hugo也是他的作品。

快速使用

第三方库都需要先安装,后使用。下面命令安装了cobra生成器程序和 cobra 库:

$ go get github/spf13/cobra/cobra

如果出现了golang/x/text库找不到之类的错误,需要手动从 GitHub 上下载该库,再执行上面的安装命令。我以前写过一篇博客搭建 Go 开发环境提到了这个方法。

我们实现一个简单的命令行程序 git,当然这不是真的 git,只是模拟其命令行。最终还是通过os/exec库调用外部程序执行真实的 git 命令,返回结果。所以我们的系统上要安装 git,且 git 在可执行路径中。目前我们只添加一个子命令version。目录结构如下:

▾ get-started/▾ cmd/helper.goroot.goversion.gomain.go

root.go

package cmdimport ("errors""github/spf13/cobra"
)var rootCmd = &cobra.Command {Use: "git",Short: "Git is a distributed version control system.",Long: `Git is a free and open source distributed version control system
designed to handle everything from small to very large projects 
with speed and efficiency.`,Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {Error(cmd, args, errors.New("unrecognized command"))},
}func Execute() {rootCmd.Execute()
}

version.go

package cmdimport ("fmt""os""github/spf13/cobra"
)var versionCmd = &cobra.Command {Use: "version",Short: "version subcommand show git version info.",Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {output, err := ExecuteCommand("git", "version", args...)if err != nil {Error(cmd, args, err)}fmt.Fprint(os.Stdout, output)},
}func init() {rootCmd.AddCommand(versionCmd)
}

main.go文件中只是调用命令入口:

package mainimport ("github/darjun/go-daily-lib/cobra/get-started/cmd"
)func main() {cmd.Execute()
}

为了编码方便,在helpers.go中封装了调用外部程序和错误处理函数:

package cmdimport ("fmt""os""os/exec""github/spf13/cobra"
)func ExecuteCommand(name string, subname string, args ...string) (string, error) {args = append([]string{subname}, args...)cmd := exec.Command(name, args...)bytes, err := cmd.CombinedOutput()return string(bytes), err
}func Error(cmd *cobra.Command, args []string, err error) {fmt.Fprintf(os.Stderr, "execute %s args:%v error:%v\n", cmd.Name(), args, err)os.Exit(1)
}

每个 cobra 程序都有一个根命令,可以给它添加任意多个子命令。我们在version.goinit函数中将子命令添加到根命令中。

编译程序。注意,不能直接go run main.go,这已经不是单文件程序了。如果强行要用,请使用go run .

$ go build -o main.exe

cobra 自动生成的帮助信息,very cool:

$ ./main.exe -h
Git is a free and open source distributed version control system
designed to handle everything from small to very large projects
with speed and efficiency.Usage:git [flags]git [command]Available Commands:help        Help about any commandversion     version subcommand show git version info.Flags:-h, --help   help for gitUse "git [command] --help" for more information about a command.

单个子命令的帮助信息:

$ ./main.exe version -h
version subcommand show git version info.Usage:git version [flags]Flags:-h, --help   help for version

调用子命令:

$ ./main.exe version
git version 2.19.1.windows.1

未识别的子命令:

$ ./main.exe clone
Error: unknown command "clone" for "git"
Run 'git --help' for usage.

编译时可以将main.exe改成git,用起来会更有感觉🤩。

$ go build -o git
$ ./git version
git version 2.19.1.windows.1

使用 cobra 构建命令行时,程序的目录结构一般比较简单,推荐使用下面这种结构:

▾ appName/▾ cmd/cmd1.gocmd2.gocmd3.goroot.gomain.go

每个命令实现一个文件,所有命令文件存放在cmd目录下。外层的main.go仅初始化 cobra。

特性

cobra 提供非常丰富的功能:

  • 轻松支持子命令,如app serverapp fetch等;
  • 完全兼容 POSIX 选项(包括短、长选项);
  • 嵌套子命令;
  • 全局、本地层级选项。可以在多处设置选项,按照一定的顺序取用;
  • 使用脚手架轻松生成程序框架和命令。

首先需要明确 3 个基本概念:

  • 命令(Command):就是需要执行的操作;
  • 参数(Arg):命令的参数,即要操作的对象;
  • 选项(Flag):命令选项可以调整命令的行为。

下面示例中,server是一个(子)命令,--port是选项:

hugo server --port=1313

下面示例中,clone是一个(子)命令,URL是参数,--bare是选项:

git clone URL --bare

命令

在 cobra 中,命令和子命令都是用Command结构表示的。Command有非常多的字段,用来定制命令的行为。在实际中,最常用的就那么几个。我们在前面示例中已经看到了Use/Short/Long/Run

Use指定使用信息,即命令怎么被调用,格式为name arg1 [arg2]name为命令名,后面的arg1为必填参数,arg3为可选参数,参数可以多个。

Short/Long都是指定命令的帮助信息,只是前者简短,后者详尽而已。

Run是实际执行操作的函数。

定义新的子命令很简单,就是创建一个cobra.Command变量,设置一些字段,然后添加到根命令中。例如我们要添加一个clone子命令:

package cmdimport ("fmt""os""github/spf13/cobra"
)var cloneCmd = &cobra.Command {Use: "clone url [destination]",Short: "Clone a repository into a new directory",Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {output, err := ExecuteCommand("git", "clone", args...)if err != nil {Error(cmd, args, err)}fmt.Fprintf(os.Stdout, output)},
}func init() {rootCmd.AddCommand(cloneCmd)
}

其中Use字段clone url [destination]表示子命令名为clone,参数url是必须的,目标路径destination可选。

我们将程序编译为mygit可执行文件,然后将它放到$GOPATH/bin中。我喜欢将$GOPATH/bin放到$PATH中,所以可以直接调用mygit命令了:

$ go build -o mygit
$ mv mygit $GOPATH/bin
$ mygit clone 
Cloning into 'leetcode'...

大家可以继续添加命令。但是我这边只是偷了个懒,将操作都转发到实际的 git 去执行了。这确实没什么实际的用处。有这个思路,试想一下,我们可以结合多个命令实现很多有用的工具,例如打包工具😉。

选项

cobra 中选项分为两种,一种是永久选项,定义它的命令和其子命令都可以使用。通过给根命令添加一个选项定义全局选项。另一种是本地选项,只能在定义它的命令中使用。

cobra 使用pflag解析命令行选项。pflag使用上基本与flag相同,该系列文章有一篇介绍flag库的,Go 每日一库之 flag。

flag一样,存储选项的变量也需要提前定义好:

var Verbose bool
var Source string

设置永久选项:

rootCmd.PersistentFlags().BoolVarP(&Verbose, "verbose", "v", false, "verbose output")

设置本地选项:

localCmd.Flags().StringVarP(&Source, "source", "s", "", "Source directory to read from")

两种参数都是相同的,长选项/短选项名、默认值和帮助信息。

下面,我们通过一个案例来演示选项的使用。

假设我们要做一个简单的计算器,支持加、减、乘、除操作。并且可以通过选项设置是否忽略非数字参数,设置除 0 是否报错。显然,前一个选项应该放在全局选项中,后一个应该放在除法命令中。程序结构如下:

▾ math/▾ cmd/add.godivide.gominus.gomultiply.goroot.gomain.go

这里展示divide.goroot.go,其它命令文件都类似。完整代码我放在GitHub上了。

divide.go

var (dividedByZeroHanding int // 除 0 如何处理
)
var divideCmd = &cobra.Command {Use: "divide",Short: "Divide subcommand divide all passed args.",Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {values := ConvertArgsToFloat64Slice(args, ErrorHandling(parseHandling))result := calc(values, DIVIDE)fmt.Printf("%s = %.2f\n", strings.Join(args, "/"), result)},
}func init() {divideCmd.Flags().IntVarP(&dividedByZeroHanding, "divide_by_zero", "d", int(PanicOnDividedByZero), "do what when divided by zero")rootCmd.AddCommand(divideCmd)
}

root.go

var (parseHandling int
)var rootCmd = &cobra.Command {Use: "math",Short: "Math calc the accumulative result.",Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {Error(cmd, args, errors.New("unrecognized subcommand"))},
}func init() {rootCmd.PersistentFlags().IntVarP(&parseHandling, "parse_error", "p", int(ContinueOnParseError), "do what when parse arg error")
}func Execute() {rootCmd.Execute()
}

divide.go中定义了如何处理除 0 错误的选项,在root.go中定义了如何处理解析错误的选项。选项枚举如下:

const (ContinueOnParseError  ErrorHandling = 1 // 解析错误尝试继续处理ExitOnParseError      ErrorHandling = 2 // 解析错误程序停止PanicOnParseError     ErrorHandling = 3 // 解析错误 panicReturnOnDividedByZero ErrorHandling = 4 // 除0返回PanicOnDividedByZero  ErrorHandling = 5 // 除0 painc
)

其实命令的执行逻辑并不复杂,就是将参数转为float64。然后执行相应的运算,输出结果。

测试程序:

$ go build -o math
$ ./math add 1 2 3 4
1 2 3 4 = 10.00$ ./math minus 1 2 3 4
1-2-3-4 = -8.00$ ./math multiply 1 2 3 4
1*2*3*4 = 24.00$ ./math divide 1 2 3 4
1/2/3/4 = 0.04

默认情况,解析错误被忽略,只计算格式正确的参数的结果:

$ ./math add 1 2a 3b 4
1 2a 3b 4 = 5.00$ ./math divide 1 2a 3b 4
1/2a/3b/4 = 0.25

设置解析失败的处理,2 表示退出程序,3 表示 panic(看上面的枚举):

$ ./math add 1 2a 3b 4 -p 2
invalid number: 2a$ ./math add 1 2a 3b 4 -p 3
panic: strconv.ParseFloat: parsing "2a": invalid syntaxgoroutine 1 [running]:
github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd.ConvertArgsToFloat64Slice(0xc00004e300, 0x4, 0x6, 0x3, 0xc00008bd70, 0x504f6b, 0xc000098600)D:/code/golang/src/github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd/helper.go:58  0x2c3
github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd.glob..func1(0x74c620, 0xc00004e300, 0x4, 0x6)D:/code/golang/src/github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd/add.go:14  0x6d
github/spf13/cobra.(*Command).execute(0x74c620, 0xc00004e1e0, 0x6, 0x6, 0x74c620, 0xc00004e1e0)D:/code/golang/src/github/spf13/cobra/command.go:835  0x2b1
github/spf13/cobra.(*Command).ExecuteC(0x74d020, 0x0, 0x599ee0, 0xc000056058)D:/code/golang/src/github/spf13/cobra/command.go:919  0x302
github/spf13/cobra.(*Command).Execute(...)D:/code/golang/src/github/spf13/cobra/command.go:869
github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd.Execute(...)D:/code/golang/src/github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/cmd/root.go:45
main.main()D:/code/golang/src/github/darjun/go-daily-lib/cobra/math/main.go:8  0x35

至于除 0 选项大家自己试试。

细心的朋友应该都注意到了,该程序还有一些不完善的地方。例如这里如果输入非数字参数,该参数也会显示在结果中:

$ ./math add 1 2 3d cc
1 2 3d cc = 3.00

感兴趣可以自己完善一下~

脚手架

通过前面的介绍,我们也看到了其实 cobra 命令的框架还是比较固定的。这就有了工具的用武之地了,可极大地提高我们的开发效率。

前面安装 cobra 库的时候也将脚手架程序安装好了。下面我们介绍如何使用这个生成器。

使用cobra init命令创建一个 cobra 应用程序:

$ cobra init scaffold --pkg-name github/darjun/go-daily-lib/cobra/scaffold

其中scaffold为应用程序名,后面通过pkg-name选项指定包路径。生成的程序目录结构如下:

▾ scaffold/▾ cmd/root.goLICENSEmain.go

这个项目结构与之前介绍的完全相同,也是 cobra 推荐使用的结构。同样地,main.go也仅仅是入口。

root.go中,工具额外帮我们生成了一些代码。

在根命令中添加了配置文件选项,大部分应用程序都需要配置文件:

func init() {cobra.OnInitialize(initConfig)rootCmd.PersistentFlags().StringVar(&cfgFile, "config", "", "config file (default is $HOME/.scaffold.yaml)")rootCmd.Flags().BoolP("toggle", "t", false, "Help message for toggle")
}

在初始化完成的回调中,如果发现该选项为空,则默认使用主目录下的.scaffold.yaml文件:

func initConfig() {if cfgFile != "" {viper.SetConfigFile(cfgFile)} else {home, err := homedir.Dir()if err != nil {fmt.Println(err)os.Exit(1)}viper.AddConfigPath(home)viper.SetConfigName(".scaffold")}viper.AutomaticEnv()if err := viper.ReadInConfig(); err == nil {fmt.Println("Using config file:", viper.ConfigFileUsed())}
}

这里用到了我前几天介绍的go-homedir库。配置文件的读取使用了 spf13 自己的开源项目viper(毒龙?真是起名天才)。

除了代码文件,cobra 还生成了一个 LICENSE 文件。

现在这个程序还不能做任何事情,我们需要给它添加子命令,使用cobra add命令:

$ cobra add date

该命令在cmd目录下新增了date.go文件。基本结构已经搭好了,剩下的就是修改一些描述,添加一些选项了。

我们现在实现这样一个功能,根据传入的年、月,打印这个月的日历。如果没有传入选项,使用当前的年、月。

选项定义:

func init() {rootCmd.AddCommand(dateCmd)dateCmd.PersistentFlags().IntVarP(&year, "year", "y", 0, "year to show (should in [1000, 9999]")dateCmd.PersistentFlags().IntVarP(&month, "month", "m", 0, "month to show (should in [1, 12]")
}

修改dateCmdRun函数:

Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {if year < 1000 && year > 9999 {fmt.Fprintln(os.Stderr, "invalid year should in [1000, 9999], actual:%d", year)os.Exit(1)}if month < 1 && year > 12 {fmt.Fprintln(os.Stderr, "invalid month should in [1, 12], actual:%d", month)os.Exit(1)}showCalendar()
}

showCalendar函数就是利用time提供的方法实现的,这里就不赘述了。感兴趣可以去我的 GitHub 上查看实现。

看看程序运行效果:

$ go build -o main.exe
$ ./main.exe dateSun  Mon  Tue  Wed  Thu  Fri  Sat1    2    3    45    6    7    8    9   10   1112   13   14   15   16   17   1819   20   21   22   23   24   2526   27   28   29   30   31$ ./main.exe date --year 2019 --month 12Sun  Mon  Tue  Wed  Thu  Fri  Sat1    2    3    4    5    6    78    9   10   11   12   13   1415   16   17   18   19   20   2122   23   24   25   26   27   2829   30   31

可以再为这个程序添加其他功能,试一试吧~

其他

cobra 提供了非常丰富的特性和定制化接口,例如:

  • 设置钩子函数,在命令执行前、后执行某些操作;
  • 生成 Markdown/ReStructed Text/Man Page 格式的文档;
  • 等等等等。

由于篇幅限制,就不一一介绍了。有兴趣可自行研究。cobra 库的使用非常广泛,很多知名项目都有用到,前面也提到过这些项目。学习这些项目是如何使用 cobra 的,可以从中学习 cobra 的特性和最佳实践。这也是学习开源项目的一个很好的途径。

文中所有示例代码都已上传至我的 GitHub,Go 每日一库,。

参考

  1. cobra GitHub 仓库

我的博客

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