Python 命令行之旅：深入 docopt

原文发表于 Prodesire 博客。

一、前言

在第一篇“初探 docopt”的文章中，我们初步掌握了使用 docopt 的三个步骤，了解了它不同于 argparse 的设计思路。
那么 docopt 的使用模式都有哪些呢？其接口描述中都支持哪些语法规则呢？本文将带你深入了解 docopt。

本系列文章默认使用 Python 3 作为解释器进行讲解。
若你仍在使用 Python 2，请注意两者之间语法和库的使用差异哦~

二、使用模式

在上一篇文章中我们提到 docopt 是通过定义一个包含特定内容的字符串，也就是接口描述，来达到描述命令行功能的目的。
那么接口描述的总体规则是这样的：

• 位于关键字 usage:（大小写不敏感）和一个可见的空行之间的文本内容会被解释为一个个使用模式。
• useage: 后的第一个词会被解释为程序的名称，比如下面就是一个没有命令行参数的示例程序：

Usage: cli

• 接口描述中可以包含很多有各种元素的模式，以描述命令行用法，比如：

Usage:
  cli command --option <argument>
  cli [<optional-argument>]
  cli --another-option=<with-argument>
  cli (--either-that-option | <or-this-argument>)
  cli <repeating-argument> <repeating-argument>...

2.1 位置参数：

使用 < 和 > 包裹的参数会被解释为位置参数。

比如，我们可以指定两个位置参数 x 和 y ，先添加的 x 位于第一个位置，后加入的 y 位于第二个位置。那么在命令行中输入 1 2的时候，分别对应到的就是 x 和 y：

"""
Usage: cli <x> <y>
"""
from docopt import docopt

arguments = docopt(__doc__, argv=['1', '2'])
print(arguments)

其输出为：

{'<x>': '1',
 '<y>': '2'}

2.2 选项参数：-o --option

以单个破折号（-）开头的的参数为短选项，以双破折号（--）开头的参数为长选项。

• 短选项支持集中表达多个短选项，比如 -abc 等价于 -a、-b 和 -c
• 长选项后可跟参数，通过 空格 或 = 指定，比如 --input ARG 等价于 --input=ARG
• 短选项后可跟参数，通可选的 空格 指定，比如 -f FILE 等价于 -fFILE

在下面这个例子中，我们希望通过 -n h 或 --name 来指定名字：

"""
Usage:
  cli [options]

Options:
  -n, --name NAME   Set name.
"""
from docopt import docopt

arguments = docopt(__doc__, argv=['-n', 'Eric'])
print(arguments)

arguments = docopt(__doc__, argv=['-nEric'])
print(arguments)

arguments = docopt(__doc__, argv=['--name', 'Eric'])
print(arguments)

arguments = docopt(__doc__, argv=['--name=Eric'])
print(arguments)

上面的示例中，我们通过 4 种方式（2 个短选项参数方式和 2 个长选项参数方式）来指定命令行输入，其输出均为：

{'--name': 'Eric'}

需要注意的是：

--input ARG（而不是 --input=ARG）的含义是模糊不清的，因为这不能看出 ARG 究竟是选项参数，
还是位置参数。在 docopt 的使用模式中，只有在接口描述中定义了对应选项才会被解释为一个带参数的选项，
否则就会被解释为一个选项和一个独立的位置参数。

-f FILE 和 -fFILE 这种写法也有同样的模糊点。后者无法说明这究竟是一系列短选项的集合，
还是一个带参数的选项。只有在接口描述中定义了对应选项才会被解释为一个带参数的选项。

2.3 命令

这里的命令也就是 argparse 中嵌套解析器所要完成的事情，准确的说，对整个命令行程序来说，实现的是子命令。

在 docopt 中，凡是不符合 --options 或 <arguments> 约定的词，均会被解释为子命令。

在下面这个例子中，我们支持 create 和 delete 两个子命令，用来创建或删除指定路径。而 delete 命令支持 --recursive 参数来表明是否递归删除指定路径：

"""
Usage:
  cli create
  cli delete [--recursive]

Options:
  -r, --recursive   Recursively remove the directory.
"""
from docopt import docopt

arguments = docopt(__doc__)
print(arguments)

直接指定 delete -r，输出如下：

$ python3 cli.py delete -r

{'--recursive': True,
 'create': False,
 'delete': True}

2.4 可选元素：[optional elements]

以中括号“[]”包裹的元素（选项、参数和命令）均会被标记为可选。多个元素放在一对中括号中或各自放在中括号中是等价的。比如：

Usage: cli [command --option <argument>]

等价于：

Usage: cli [command] [--option] [<argument>]

2.5 必填元素：(required elements)

没被中括号“[]”包裹的所有元素默认都是必填的。但有时候使用小括号“()”将元素包裹住，用以标记必填是有必要的。
比如，要将多个互斥元素进行分组：

Usage: my_program (--either-this <and-that> | <or-this>)

另一个例子是，当出现一个参数时，也要求提供另一个参数，那么就可以这么写：

Usage: my_program [(<one-argument> <another-argument>)]

这个例子中 <one-argument> 和 <another-argument> 要么都出现，要么都不出现。

2.6 互斥参数：element|another

在 argparse 中要想实现互斥参数，还需要先调用 parser.add_mutually_exclusive_group() 添加互斥组，
再在组里添加参数。而在 docopt 中就特别简单，直接使用 | 进行分隔：

Usage: my_program go (--up | --down | --left | --right)

在上面的示例中，使用小括号“()”来对四个互斥选项分组，要求必填其中一个选项。
在下面的示例中，使用中括号“()”来对四个互斥选项分组，可以不填，或填其中一个选项：

Usage: my_program go [--up | --down | --left | --right]

我们还可以发散一下思路，子命令天然需要互斥，那么除了这种写法：

Usage: my_program run [--fast]
       my_program jump [--high]

使用如下 | 的写法，也是等价的：

Usage: my_program (run [--fast] | jump [--high])

2.7 可变参数列表：element...

可变参数列表也就是定义参数可以有多个值。在 argparse 中，我们通过 parser.add_argument('--foo', nargs='?') 来指定，其中 nargs 可以是数字、?、+、*来表示参数个数。

在 docopt 中，自然也有相同的能力，使用省略号 ... 来实现：

Usage: my_program open <file>...
       my_program move (<from> <to>)...

若要参数提供 N 个，则写 N 个参数即可，比如下面的示例中要求提供 2 个：

Usage: my_program <file> <file>

若要参数提供 0 个或多个，则配合中括号“[]”进行定义，如下 3 中定义方式等价：

Usage: my_program [<file>...]
       my_program [<file>]...
       my_program [<file> [<file> ...]]

若要参数提供 1 个或多个，则可以这么写：

Usage: my_program <file>...

在下面完整示例中，所获得的 arguments 是 {'<file>': ['f1', 'f2']}：

"""
Usage:
  cli <file>...
"""
from docopt import docopt

arguments = docopt(__doc__, argv=['f1', 'f2'])
print(arguments)

2.8 选项简写： [options]

“[options]”用于简写选项，比如下面的示例中定义了 3 个选项：

Usage: my_program [--all --long --human-readable] <path>

--all             List everything.
--long            Long output.
--human-readable  Display in human-readable format.

可以简写为：

Usage: my_program [options] <path>

--all             List everything.
--long            Long output.
--human-readable  Display in human-readable format.

如果一个模式中有多个选项，那么这会很有用。

另外，如果选项包含长短选项，那么也可以用它们中的任意一个写在模式中，比如下面的示例的模式中均使用短选项：

Usage: my_program [-alh] <path>

-a, --all             List everything.
-l, --long            Long output.
-h, --human-readable  Display in human-readable format.

2.9 [--]

当双破折号“--”不是选项时，通常用于分隔选项和位置参数，以便处理例如将文件名误认为选项的情况。
为了支持此约定，需要在位置参数前添加 [--]。

Usage: my_program [options] [--] <file>...

2.10 [-]

当单破折号“-”不是选项时，通常用于表示程序应处理 stdin，而非文件。为了支持此约定，需要在使用模式中加入 [-]。

2.11 选项描述

选项描述就是描述一系列选项参数的模式。如果使用模式中的选项定义是清晰的，那么选项描述就是可选的。

选项描述可以定义如下内容：

• 短选项和长选项代表相同含义
• 带参数的选项
• 有默认值的选项参数

选项描述的每一行需要以 - 或 -- 开头（不算空格），比如：

Options:
  --verbose   # 好
  -o FILE     # 好
Other: --bad  # 坏, 没有以 "-" 开头

选项描述中，使用空格或“=”来连接选项和参数，以定义带选项的参数。参数可以使用 <Arg> 的形式，
或是使用 ARG 大写字母的形式。可用逗号“,”来分隔长短选项。比如：

-o FILE --output=FILE       # 没有逗号 长选项使用 "=" 分隔
-i <file>, --input <file>   # 有逗号, 长选项使用空格分隔

选项描述中每个选项定义和说明之间要有两个空格，比如：

--verbose MORE text.    # 坏, 会被认为是带参数 MORE 的选项
                        # --version 和 MORE text. 之间应该有2个空格
-q        Quit.         # 好
-o FILE   Output file.  # 好
--stdout  Use stdout.   # 好，2个空格

选项描述中在说明中使用 [default: <default-value>] 来给带参数的选项赋以默认值，比如：

--coefficient=K  The K coefficient [default: 2.95]
--output=FILE    Output file [default: test.txt]
--directory=DIR  Some directory [default: ./]

三、小结

关于 docopt 的方方面面我们都了解的差不多了，回过头来看。对于命令行元信息的定义，它比 argparse 要来的更加简洁。

argparse 像是命令式编程，调用一个个的函数逐步将命令行元信息定义清楚；而 docopt 则像是声明式编程，通过声明定义命令行元信息。

两者站在的维度不同，编程的套路也不尽相同，甚是有趣。

了解了这么多，也该练练手了。在下篇文章中，我们仍然会以 git 命令作为实战项目，看看如何使用 docopt 来实现 git 命令。