从源码的角度看Go语言flag库如何解析命令行参数！

我上周五喝酒喝到晚上3点多，确实有点罩不住啊，整个周末都在休息和睡觉，文章鸽了几天，想不到就有两个人跑了。

不得不感叹一下，自媒体的太残酷了，时效就那么几天，断更就没人爱。你们说好了爱我的，爱呢？哼

昨晚就在写这篇文章了，没想到晚上又遇到发版本，确实不容易，且看且珍惜。

标准库 flag

命令行程序应该能打印出帮助信息，传递其他命令行参数，比如-h就是flag库的默认帮助参数。

./goapi -h
Usage of ./goapi:
  -debug
        is debug
  -ip string
        Input bind address (default "127.0.0.1")
  -port int
        Input bind port (default 80)
  -version
        show version information

goapi是我build出来的一个二进制go程序，上面所示的四个参数，是我自定义的。

按提示的方法，可以像这样使用参数。

./goapi -debug -ip 192.168.1.1
./goapi -port 8080
./goapi -version

像上面-version这样的参数是bool类型的，只要指定了就会设置为true，不指定时为默认值，假如默认值是true，想指定为false要像下面这样显式的指定（因为源码里是这样写的）。

./goapi -version=false

下面这几种格式都是兼容的

-isbool    #同于 -isbool=true
-age=x     #-和等号
-age x     #-和空格
--age=x    #2个-和等号
--age x    #2个-和空格

flag库绑定参数的过程很简单，格式为

flag.(name string, value bool, usage string) *类型

如下是详细的绑定方式：

var (
    showVersion = flag.Bool("version", false, "show version information")
    isDebug = flag.Bool("debug", false, "is debug")
    ip      = flag.String("ip", "127.0.0.1", "Input bind address")
    port    = flag.Int("port", 80, "Input bind port")
)

可以定义任意类型的变量，比如可以表示是否debug模式、让它来输出版本信息、传入需要绑定的ip和端口等功能。

绑定完参数还没完，还得调用解析函数flag.Parse()，注意一定要在使用参数前调用哦，使用过程像下面这样：

func main() {
	flag.Parse()
	if *showVersion {
		fmt.Println(version)
		os.Exit(0)
	}
	if *isDebug {
		fmt.Println("set log level: debug")
	}
	fmt.Println(fmt.Sprintf("bind address: %s:%d successfully",*ip,*port))
}

全部放在main函数里，不太雅观，建议把这些单独放到一个包里，或者放在main函数的init()里，看起来不仅舒服，也便于阅读。

flag的简写方式

有时候可能我们要给某个全局配置变量赋值，flag提供了一种简写的方式，不用额外定义中间变量。像下面这样

var (
	ip          string
	port        int
)

func init() {
	flag.StringVar(&ip, "ip", "127.0.0.1", "Input bind address(default: 127.0.0.1)")
	flag.IntVar(&port, "port", 80, "Input bind port(default: 80)")
}
func main() {
	flag.Parse()
	fmt.Println(fmt.Sprintf("bind address: %s:%d successfully", ip, port))
}

这样写可以省掉很多判断的代码，也避免了使用指针，命令行的使用方法还是一样的。

从源码来看flag如何解析参数

其实我们把之前的绑定方式打开来看，在源码里就是调用了xxVar函数，以Bool类型为例。

func (f *FlagSet) Bool(name string, value bool, usage string) *bool {
	p := new(bool)
	f.BoolVar(p, name, value, usage)
	return p
}

上面的代码用到了BoolVal函数，它的功能是把需要绑定的变量设置为默认值，并调用f.Var进一步处理，这里p是一个指针，所以只要改变指向的内容，就可以影响到外部绑定所用的变量：

func (f *FlagSet) BoolVar(p *bool, name string, value bool, usage string) {
	f.Var(newBoolValue(value, p), name, usage)
}

type boolValue bool

func newBoolValue(val bool, p *bool) *boolValue {
	*p = val
	return (*boolValue)(p)
}

• newBoolValue 函数可以得到一个boolValue类型，它是bool类型重命名的。在此包中所有可作为参数的类型都有这样的定义。
• 在flag包的设计中有两个重要的类型，Flag和FlagSet分别表示某个特定的参数，和一个无重复的参数集合。

f.Var函数的作用就是把参数封装成Flag，并合并到FlagSet中，下面的代码就是核心过程：

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()}
	_, alreadythere := f.formal[name]
	if alreadythere {
		//...错误处理省略
	}
	if f.formal == nil {
		f.formal = make(map[string]*Flag)
	}
	f.formal[name] = flag
}

FlagSet结构体中起作用的是formal map[string]*Flag类型，所以说，flag把程序中需要绑定的变量包装成一个字典，后面解析的时候再一一赋值。

我们已经知道了，在调用Parse的时候，会对参数解析并为变量赋值，使用时就可以得到真实值。展开看看它的代码

func Parse() {
	// Ignore errors; CommandLine is set for ExitOnError.
	// 调用了FlagSet.Parse
	CommandLine.Parse(os.Args[1:])
}
// 返回一个FlagSet
var CommandLine = NewFlagSet(os.Args[0], ExitOnError)

Parse的代码里用到了一个，CommandLine共享变量，这就是内部库维护的FlagSet，所有的参数都会插到里面的变量地址向地址的指向赋值绑定。

上面提到FlagSet绑定的Parse函数，看看它的内容：

func (f *FlagSet) Parse(arguments []string) error {
	f.parsed = true
	f.args = arguments
	for {
		seen, err := f.parseOne()
		if seen { continue }
		if err == nil {...}
		switch f.errorHandling {
		case ContinueOnError: return err
		case ExitOnError:
			if err == ErrHelp { os.Exit(0) }
			os.Exit(2)
		case PanicOnError: panic(err)
		}
	}
	return nil
}

• 上面的函数内容太长了，我收缩了一下。
• 可看到解析的过程实际上是多次调用了parseOne()，它的作用是逐个遍历命令行参数，绑定到Flag，就像翻页一样。
• 用switch对应处理错误，决定退出码或直接panic。

parseOne就是解析命令行输入绑定变量的过程了：

func (f *FlagSet) parseOne() (bool, error) {
	//...
	s := f.args[0]
	//...
	if s[1] == '-' { ...}
	name := s[numMinuses:]
	if len(name) == 0 || name[0] == '-' || name[0] == '=' {
		return false, f.failf("bad flag syntax: %s", s)
	}

	f.args = f.args[1:]
	//...
	m := f.formal
	flag, alreadythere := m[name] // BUG
	// ...如果不存在，或者需要输出帮助信息，则返回
	// ...设置真实值调用到 flag.Value.Set(value)
	if f.actual == nil {
		f.actual = make(map[string]*Flag)
	}
	f.actual[name] = flag
	return true, nil
}

• parseOne 内部会解析一个输入参数，判断输入参数格式，获取参数值。
• 解析过程就是逐个取出程序参数，判断-、=取参数与参数值
• 解析后查找之前提到的formal map中有没有存在此参数，并设置真实值。
• 把设置完毕真实值的参数放到f.actual map中，以供它用。
• 一些错误处理和细节的代码我省略掉了，感兴趣可以自行看源码。
• 实际上就是逐个参数解析并设置到对应的指针变量的指向上，让返回值出现变化。

flag.Value.Set(value) 这里是设置数据真实值的代码，Value长这样

type Value interface {
    String() string
    Set(string) error
}

它被设计成一个接口，不同的数据类型自己实现这个接口，返回给用户的地址就是这个接口的实例数据，解析过程中，可以通过 Set 方法修改它的值，这个设计确实还挺巧妙的。

func (b *boolValue) String() string {
  return strconv.FormatBool(bool(*b)) 
}
func (b *boolValue) Set(s string) error {
    v, err := strconv.ParseBool(s)
    if err != nil {
        err = errParse  
    }
    *b = boolValue(v)
    return err
}

从源码想到的拓展用法

flag的常用方法也学会了，基本原理也了解了，我怎么那么厉害。哈哈哈。

有没有注意到整个过程都围绕了FlagSet这个结构体，它是最核心的解析类。

在库内部提供了一个 *FlagSet 的实例对象 CommandLine，它通过NewFlagSet方法创建。并且对它的所有方法封装了一下直接对外。

官方的意思很明确了，说明我们可以用到它做些更高级的事情。先看看官方怎么用的。

var CommandLine = NewFlagSet(os.Args[0], ExitOnError)

可以看到调用的时候是传入命令行第一个参数，第二个参数表示报错时应该呈现怎样的错误。

那就意味着我们可以根据命令行第一个参数不同而呈现不同的表现！

我定义了两个参数foo或者bar，代表两个不同的指令集合，每个指令集匹配不同的命令参数，效果如下：

$ ./subcommands 
expected 'foo' or 'bar' subcommands

$ ./subcommands foo -h
Usage of foo:
  -enable
        enable
        
$./subcommands foo -enable
subcommand 'foo'
  enable: true
  tail: []

这是怎么实现的呢？其实就是用NewFlagSet方法创建多个FlagSet再分别绑定变量，如下：

fooCmd := flag.NewFlagSet("foo", flag.ExitOnError)
fooEnable := fooCmd.Bool("enable", false, "enable")

barCmd := flag.NewFlagSet("bar", flag.ExitOnError)
barLevel := barCmd.Int("level", 0, "level")

if len(os.Args) < 2 {
    fmt.Println("expected 'foo' or 'bar' subcommands")
    os.Exit(1)
}

• 定义两个不同的FlagSet，接受foo或bar参数。
• 绑定错误时退出。
• 分别为每个FlagSet绑定要解析的变量。
• 如果判断命令行输入参数少于2个时退出（因为第0个参数是程序名本身）。

然后根据第一个参数，判断应该匹配到哪个指令集：

switch os.Args[1] {
case "foo":
    fooCmd.Parse(os.Args[2:])
    fmt.Println("subcommand 'foo'")
    fmt.Println("  enable:", *fooEnable)
    fmt.Println("  tail:", fooCmd.Args())
case "bar":
    barCmd.Parse(os.Args[2:])
    fmt.Println("subcommand 'bar'")
    fmt.Println("  level:", *barLevel)
    fmt.Println("  tail:", barCmd.Args())
default:
    fmt.Println("expected 'foo' or 'bar' subcommands")
    os.Exit(1)
}

• 使用switch来切换命令行参数，绑定不同的变量。
• 对应不同变量输出不同表现。
• x.Args()可以打印未匹配到的其他参数。

补充：使用NewFlagSet时，flag 提供三种错误处理的方式:

• ContinueOnError: 通过 Parse 的返回值返回错误
• ExitOnError: 调用 os.Exit(2) 直接退出程序，这是默认的处理方式
• PanicOnError: 调用 panic 抛出错误

小结

通过本节我们了解到了标准库flag的使用方法，参数变量绑定的两种方式，还通过源码解析了内部实现是如何的巧妙。

我们还使用源码暴露出来的函数，接收不同参数匹配不同指令集，这种方式可以让应用呈现完成不同的功能；

我想到的是用来通过环境变量改变命令用法、或者让程序复用大段逻辑呈现不同作用时使用。

但现在微服务那么流行，大多功能集成在一个服务里是不科学的，如果有重复代码应该提炼成共同模块才是王道。

你还想到能哪些使用场景呢？

引用

• 源码包 golang.org/src/flag/fl…
• 命令行子命令 gobyexample-cn.github.io/command-lin…
• 命令行解析库 flag segmentfault.com/a/119000002…
• 腾讯云文档flag cloud.tencent.com/developer/s…

往期精彩回顾

• json解析陷阱与版本变动时的偷懒技巧
• append缺陷引发的深度拷贝讨论
• 不努力就会被优化是常态吗？
• 网易面试是一种什么体验？

PS：本来还想写一下kingpin、cobra再拓展到配置解析的，没想到加上源码解读内容实在太多了，继续关注我下次走起。

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