Golang : cobra 包简介

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(下图来自互联网)。

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

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)。

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：

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。

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")
    },
}

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")

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: …
}

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：

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)

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)

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
", args)
    },
    PreRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PreRun with args: %v
", args)
    },
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("cobra demo program, with args: %v
", args)
    },
    PostRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PostRun with args: %v
", args)
    },
    PersistentPostRun: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
        fmt.Printf("Inside rootCmd PersistentPostRun with args: %v
", 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：

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 的完整代码请参考这里。

总结

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！

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