详解Go flag实现二级子命令的方法

前言

日常开发使用到的命令行工具大都支持如下特性：

文档自动生成（如 -h --help）
多级子命令（如 docker exec -it）
支持参数（如 ls -color=auto）
长短选项（如 -v 和 --verbose）
全局选项（如 docker -D run -d nginx）
Tab 自动补全

本文就探讨一下 Go 语言中如何写一个拥有类似特性的命令行程序。

os.Args

类似于 shell 中的 $1 $2 ，在 Go 中可以使用 os.Args 来获取命令行参数，这种临时使用一两个参数还可以，代码可维护性太差了，不推荐使用。

其中 Args[0] 是程序的名称，Args[1] 是第一个参数，依此类推。

flag 快速开始

Go 标准库自带的 flag 包可以实现简单的命令行解析，我们模仿一下 ls 命令的参数，示例如下：

func main() {
	// 直接定义 flag，返回值为指针
	all := flag.Bool("all", true, "do not ignore entries starting with .")
	color := flag.String("color", "omitted", "colorize the output")

	// 也可以将 flag 绑定到变量
	var almostAll bool
	flag.BoolVar(&almostAll, "almost-all", false, "do not list implied . and ..")

	// 除过上面的 Bool String 还有 Int Float64 等其他常用类型

	flag.Parse()

	// Parse 后就可以获取到具体参数的值
	fmt.Println(*all, *color, almostAll)
}

可以看到非常简单的几行代码，就实现了一个还不错的命令行小工具，支持 - 和 -- （效果是一致的），对于非 bool 类型的 flag 其值支持 -flag=val 或者 -flag val。

长短选项

短选项书写快捷，适合在终端下面执行，而长选项可读性高，适合在脚本中书写，通过共享一个变量，即可达到此效果

func main() {
	var name string
	defaultVal := "tom"
	useage := "your name"
	flag.StringVar(&name, "n", defaultVal, useage+" (shorthand)")
	flag.StringVar(&name, "name", defaultVal, useage)
	flag.Parse()

	fmt.Println(name)
}

自定义类型

flag 也支持我们自定义参数的类型，方便我们对参数的格式，输出形式做更加自由的处理，更好的封装。

type Durations []time.Duration

func (d *Durations) String() string {
	return fmt.Sprint(*d)
}

func (d *Durations) Set(value string) error {
	// 支持逗号分割的参数，如：-d 1m,2s,1h
	// 也支持 -d 1m -d 2s -d 1h 这种写法
	// 如果不想 -d 被指定多次，可以加上这段 if 逻辑
	// if len(*d) > 0 {
	// 	return errors.New("-d flag already set")
	// }

	for _, v := range strings.Split(value, ",") {
		duration, err := time.ParseDuration(v)
		if err != nil {
			return err
		}
		*d = append(*d, duration)
	}

	return nil
}

func main() {
	var param Durations
	// 第一个参数是接口类型，我们自定义的 Durations 只需要实现 String() 和 Set() 方法即可
	flag.Var(&param, "d", "time duration, comma-separated list")
	flag.Parse()
	fmt.Println(param)
}

二级子命令

在说二级子命令前，我们先看一下 flag 的核心流程，帮助我们更好的理解二级子命令的实现。

// src/flag/flag.go

// 代表了每一个 flag，如 --name=tom
type Flag struct {
	Name     string // name as it appears on command line
	Usage    string // help message
	Value    Value  // value as set
	DefValue string // default value (as text); for usage message
}
// 代表本次命令输出的所有 flag ，如 -l --size=10 --verbose
type FlagSet struct {
	Usage func()

	name          string
	parsed        bool
	actual        map[string]*Flag
	formal        map[string]*Flag
	args          []string // arguments after flags
	errorHandling ErrorHandling
	output        io.Writer // nil means stderr; use Output() accessor
}

在快速开始的代码中，核心代码就两句，就对应了 flag 的流程，先注册后解析。

color := flag.String("color", "omitted", "colorize the output")
flag.Parse()

追着 flag.String 可以看到它其实调用的是 CommandLine.String，CommandLine 是一个全局的 FlagSet 实例，最终 flag.String 会调用 FlagSet 的 Var 方法，完成所有命令的注册。

// src/flag/flag.go

func String(name string, value string, usage string) *string {
	return CommandLine.String(name, value, usage)
}
var CommandLine = NewFlagSet(os.Args[0], ExitOnError)

// 省略到校验的一部分逻辑，可以看到核心就是 f.formal[name] = flag
func (f *FlagSet) Var(value Value, name string, usage string) {
	// ...

	// Remember the default value as a string; it won't change.
	flag := &Flag{name, usage, value, value.String()}
	// ...
    
	if f.formal == nil {
		f.formal = make(map[string]*Flag)
	}
	f.formal[name] = flag
}

flag.Parse 则最终调用的是 FlagSet 的 Parse 方法，完成实际输入值的解析。

func (f *FlagSet) Parse(arguments []string) error {
	f.parsed = true
	f.args = arguments
	for { // 循环直到所有的 flag 都解析完成
		seen, err := f.parseOne()
		if seen {
			continue
		}
		// ...
	}
	return nil
}

在理解了上面了流程后，我们就基于 FlagSet 来模仿一下 docker 的二级命令，代码如下：

type MyFlagSet struct {
	*flag.FlagSet
	cmdComment string // 二级子命令本身的注释
}

func main() {
	// docker ps
	psCmd := &MyFlagSet{
		FlagSet:    flag.NewFlagSet("ps", flag.ExitOnError),
		cmdComment: "List containers",
	}
	psCmd.Bool("a", false, "Show all containers (default shows just running)")
	psCmd.Bool("s", false, "Display total file sizes")

	// docker run
	runCmd := &MyFlagSet{
		FlagSet:    flag.NewFlagSet("run", flag.ExitOnError),
		cmdComment: "Run a command in a new container",
	}
	runCmd.Int("c", 1, "CPU shares (relative weight)")
	runCmd.String("name", "", "Assign a name to the container")

	// 用 map 保存所有的二级子命令，方便快速查找
	subcommands := map[string]*MyFlagSet{
		psCmd.Name():  psCmd,
		runCmd.Name(): runCmd,
	}

	useage := func() { // 整个命令行的帮助信息
		fmt.Printf("Usage: docker COMMAND\n\n")
		for _, v := range subcommands {
			fmt.Printf("%s %s\n", v.Name(), v.cmdComment)
			v.PrintDefaults() // 使用 flag 库自带的格式输出子命令的选项帮助信息
			fmt.Println()
		}
		os.Exit(2)
	}

	if len(os.Args) < 2 { // 即没有输入子命令
		useage()
	}

	cmd := subcommands[os.Args[1]] // 第二个参数必须是我们支持的子命令
	if cmd == nil {
		useage()
	}

    cmd.Parse(os.Args[2:]) // 注意这里是 cmd.Parse 不是 flag.Parse，且值是 Args[2:]

	// 输出解析后的结果
	fmt.Println("command name is:", cmd.Name())
	cmd.Visit(func(f *flag.Flag) {
		fmt.Printf("option %s, value is %s\n", f.Name, f.Value)
	})
}