在 Go 中创建 CLI 应用，就用 Cobra 神器 - 哈喽比特

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Cobra 是一个 Golang 包，它提供了简单的接口来创建命令行程序。同时，Cobra 也是一个应用程序，用来生成应用框架，从而开发以 Cobra 为基础的应用。本文的演示环境为 ubuntu 18.04

1. 主要功能

cobra 的主要功能如下，可以说每一项都很实用：

简易的子命令行模式，如 app server， app fetch 等等
完全兼容 posix 命令行模式
嵌套子命令 subcommand
支持全局，局部，串联 flags
使用 cobra 很容易的生成应用程序和命令，使用 cobra create appname 和 cobra add cmdname
如果命令输入错误，将提供智能建议，如 app srver，将提示 srver 没有，是不是 app server
自动生成 commands 和 flags 的帮助信息
自动生成详细的 help 信息，如 app help
自动识别帮助 flag -h，--help
自动生成应用程序在 bash 下命令自动完成功能
自动生成应用程序的 man 手册
命令行别名
自定义 help 和 usage 信息
可选的与 viper apps 的紧密集成

2. cobra 中的主要概念

cobra 中有个重要的概念，分别是 commands、arguments 和 flags。其中 commands 代表行为，arguments 就是命令行参数(或者称为位置参数)，flags 代表对行为的改变(也就是我们常说的命令行选项)。执行命令行程序时的一般格式为： APPNAME COMMAND ARG --FLAG 比如下面的例子：

###  server是 commands，port 是 flag
hugo server --port=1313

###  clone 是 commands，URL 是 arguments，brae 是 flag
git clone URL --bare

如果是一个简单的程序(功能单一的程序)，使用 commands 的方式可能会很啰嗦，但是像 git、docker 等应用，把这些本就很复杂的功能划分为子命令的形式，会方便使用(对程序的设计者来说又何尝不是如此)。

3. 创建 cobra 应用

在创建 cobra 应用前需要先安装 cobra 包：

$ go get -u github.com/spf13/cobra/cobra

然后就可以用 cobra 程序生成应用程序框架了：

$ cobra init appname

如果不想让应用程序在默认的目录下，就要指定应用程序所在的绝对目录，比如 ~/go/src/godemos/cobrademo，生成的文件如下：

此时的程序并没有什么功能，执行它只会输出一些默认的提示信息：

4. 使用 cobra 程序生成命令代码

除了生成应用程序框架，还可以通过 cobra add 命令生成子命令的代码文件，比如下面的命令会添加两个子命令 image 和 container 相关的代码文件：

$ cd ~/go/src/godemos/cobrademo
$ cobra add image
$ cobra add container

这两条命令分别生成了 cobrademo 程序中 image 和 container 子命令的代码，当然了，具体的功能还得靠我们自己实现。

5. 为命令添加具体的功能

到目前为止，我们一共为 cobrademo 程序添加了三个 Command，分别是 rootCmd(cobra init 命令默认生成)、imageCmd 和 containerCmd。打开文件 root.go ，找到变量 rootCmd 的初始化过程并为之设置 Run 方法：

Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
    fmt.Println("cobra demo program")
},

重新编译 cobrademo 程序并不带参数运行，这次就不再输出帮助信息了，而是执行了 rootCmd 的 Run 方法：

再创建一个 version Command 用来输出当前的软件版本。先在 cmd 目录下添加 version.go 文件，编辑文件的内容如下：

package cmd

import (
    "fmt"

    "github.com/spf13/cobra"
)

func init() {
    rootCmd.AddCommand(versionCmd)
}

var versionCmd = &cobra.Command{
    Use:   "version",
    Short: "Print the version number of cobrademo",
    Long:  `All software has versions. This is cobrademo's`,
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Println("cobrademo version is v1.0")
    },
}

6. 为 Command 添加选项(flags)

选项(flags)用来控制 Command 的具体行为。根据选项的作用范围，可以把选项分为两类：

persistent
local

对于 persistent 类型的选项，既可以设置给该 Command，又可以设置给该 Command 的子 Command。对于一些全局性的选项，比较适合设置为 persistent 类型，比如控制输出的 verbose 选项：

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

local 类型的选项只能设置给指定的 Command，比如下面定义的 source 选项：

var Source string
rootCmd.Flags().StringVarP(&Source, "source", "s", "", "Source directory to read from")

该选项不能指定给 rootCmd 之外的其它 Command。默认情况下的选项都是可选的，但一些用例要求用户必须设置某些选项，这种情况 cobra 也是支持的，通过 Command 的 MarkFlagRequired 方法标记该选项即可：

var Name string
rootCmd.Flags().StringVarP(&Name, "name", "n", "", "user name (required)")
rootCmd.MarkFlagRequired("name")

7. 命令行参数(arguments)

首先我们来搞清楚命令行参数(arguments)与命令行选项的区别(flags/options)。以常见的 ls 命令来说，其命令行的格式为： ls [OPTION]… [FILE]… 其中的 OPTION 对应本文中介绍的 flags，以 - 或 -- 开头；而 FILE 则被称为参数(arguments)或位置参数。一般的规则是参数在所有选项的后面，上面的 … 表示可以指定多个选项和多个参数。

cobra 默认提供了一些验证方法：

NoArgs - 如果存在任何位置参数，该命令将报错
ArbitraryArgs - 该命令会接受任何位置参数
OnlyValidArgs - 如果有任何位置参数不在命令的 ValidArgs 字段中，该命令将报错
MinimumNArgs(int) - 至少要有 N 个位置参数，否则报错
MaximumNArgs(int) - 如果位置参数超过 N 个将报错
ExactArgs(int) - 必须有 N 个位置参数，否则报错
ExactValidArgs(int) 必须有 N 个位置参数，且都在命令的 ValidArgs 字段中，否则报错
RangeArgs(min, max) - 如果位置参数的个数不在区间 min 和 max 之中，报错

比如要让 Command cmdTimes 至少有一个位置参数，可以这样初始化它：

var cmdTimes = &cobra.Command{
    Use: …
    Short: …
    Long: …
    Args: cobra.MinimumNArgs(1),
    Run: …
}

8. 一个完整的 demo

我们在前面创建的代码的基础上，为 image 命令添加行为(打印信息到控制台)，并为它添加一个子命令 cmdTimes，下面是更新后的 image.go 文件的内容(本文 demo 的完整代码请参考这里)：

package cmd

import (
    "fmt"

    "github.com/spf13/cobra"
    "strings"
)

// imageCmd represents the image command
var imageCmd = &cobra.Command{
    Use:   "image",
    Short: "Print images information",
    Long: "Print all images information",
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Println("image one is ubuntu 16.04")
        fmt.Println("image two is ubuntu 18.04")
        fmt.Println("image args are : " + strings.Join(args, " "))
    },
}

var echoTimes int
var cmdTimes = &cobra.Command{
    Use:   "times [string to echo]",
    Short: "Echo anything to the screen more times",
    Long: `echo things multiple times back to the user by providing
a count and a string.`,
    Args: cobra.MinimumNArgs(1),
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        for i := 0; i < echoTimes; i++ {
            fmt.Println("Echo: " + strings.Join(args, " "))
        }
    },
}

func init() {
    rootCmd.AddCommand(imageCmd)
    cmdTimes.Flags().IntVarP(&echoTimes, "times", "t", 1, "times to echo the input")
    imageCmd.AddCommand(cmdTimes)
}

编译后执行命令：

$ ./cobrademo image hello
$ ./cobrademo image times -t=3 world

因为我们为 cmdTimes 命令设置了 Args: cobra.MinimumNArgs(1)，所以必须为 times 子命令传入一个参数，不然 times 子命令会报错：

9. 帮助信息(help command)

cobra 会自动添加 --help(-h)选项，所以我们可以不必添加该选项而直接使用：

cobra 同时还自动添加了 help 子命，默认效果和使用 --help 选项相同。如果为 help 命令传递其它命令作为参数，则会显示对应命令的帮助信息，下面的命令输出 image 子命令的帮助信息：

$ cobrademo help image

当然也可以通过这种方式查看子命令的子命令的帮助文档：

$ cobrademo help image times

除了 cobra 默认的帮助命令，我们还可以通过下面的方式进行自定义：

cmd.SetHelpCommand(cmd *Command)
cmd.SetHelpFunc(f func(*Command, []string))
cmd.SetHelpTemplate(s string)

10. 提示信息(usage message)

提示信息和帮助信息很相似，只不过它是在你输入了非法的参数、选项或命令时才出现的：

和帮助信息一样，我们也可以通过下面的方式自定义提示信息：

cmd.SetUsageFunc(f func(*Command) error)
cmd.SetUsageTemplate(s string)

11. 在 Commnad 执行前后执行额外的操作

Command 执行的操作是通过 Command.Run 方法实现的，为了支持我们在 Run 方法执行的前后执行一些其它的操作，Command 还提供了额外的几个方法，它们的执行顺序如下： 1. PersistentPreRun 2. PreRun 3. Run 4. PostRun 5. PersistentPostRun 修改 rootCmd 的初始化代码如下：

var rootCmd = &cobra.Command{
    Use:   "cobrademo",
    Short: "sparkdev's cobra demo",
    Long: "the demo show how to use cobra package",
    PersistentPreRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PersistentPreRun with args: %v\n", args)
    },
    PreRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PreRun with args: %v\n", args)
    },
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("cobra demo program, with args: %v\n", args)
    },
    PostRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PostRun with args: %v\n", args)
    },
    PersistentPostRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PersistentPostRun with args: %v\n", args)
    },
}

重新编译 cobrademo 程序并执行，输出结果中可以看到这些方法的执行顺序：

其中的 PersistentPreRun 方法和 PersistentPostRun 方法会伴随任何子命令的执行：

12. 对未知命令的提示

如果我们输入了不正确的命令或者是选项，cobra 还会只能的给出提示：

上图的命令我们只输入了子命令 image 的前两个字母，但是 cobra 已经可以给出很详细的提示了。对于这样的提示我们也是可以自定义的，或者如果觉着没用就直接关闭掉。

本文 demo 的完整代码请参考 https://github.com/sparkdevo/godemos/tree/master/cobrademo

13. 总结一下

cobra 是一个非常实用(流行)的包，很多优秀的开源应用都在使用它，包括 Docker 和 Kubernetes 等等。当我们熟悉了 cobra 包的基本用法后，再去看 Docker 等应用的命令行工具的格式，是不是就很容易理解了！