Golang template 包基本原理分析

template 概述

最近在做脚手架相关的内容, 研究了一下 Go 的 text/template 包, 接下来跟大家分享下 template 的基本原理.

在 Golang 的标准库中, 有两个和 template 有关的包, 一个是 html/template, 另外一个是 text/template, 这两个包的主要区别是 html 版本加入了很多对 js字符串 和 html标签 的处理, 下面我们主要用 text/template 作为案例说明.

解析流程

首先, 无论是使用 template.Parse() 还是 template.New() 都会创建一个 *Template 对象, 用来管理整个处理流程.

模板处理主要分为两个阶段, 第一个阶段是parse 阶段, 在这个阶段, 会把读入的数据, 不论是从文件读入还是直接从字符串读取的内容, 统一解析成节点树, 第二个阶段是 execute 阶段, 在这个阶段, 会把传进来的变量解析到节点树上, 生成最终的输出流, 然后写入到 io.Writer 中.

下边我们看一段简单的 使用template 的代码

package main
import (
   "os"
   "text/template"
)
var templateStr = `
package main
func main() {
    fmt.Println("Hello, {{.Name}}!")
}
`
func main() {
   // 创建template对象
   t := template.New("demo")
   // 解析模板内容
   parse, err := t.Parse(templateStr)
   if err != nil {
      panic(err)
   }
   // 执行解析
   data := map[string]string{"Name": "World"}
   err = parse.Execute(os.Stdout, data)
   if err != nil {
      panic(err)
   }
}

运行后可以看到输出:

package main
func main() {
    fmt.Println("Hello, World!")
}

接下来我们就一起来分析下执行过程:

template.New 创建了一个template对象

// src/text/template/template.go
type Template struct {
   name string
   *parse.Tree
   *common
   leftDelim  string
   rightDelim string
}

Parse阶段

其中 *parse.Tree 只在 html/template 中使用, 表示解析完成的模板, *common 里包含了解析过程中所有输入的模板, 用一个 map 存储, 之所以使用map, 是因为 template 支持 {{define block}} 这种嵌套模板, 每一个模板快都会被解析成一个 Template对象, 然后放到这个map里, 供模板之间引用. 下面我们重点看下, 每个模板解析完之后生成的 parse.Tree.

上边的代码生成的模板对象 t 包含的map只有一个元素, 元素的 Root属性(即parse之后生成的 parse.Tree), 会有三个节点.

其中 TextNode 直接存储了文本, ActionNode 会解析出 .Name 变量, 将文本字符串解析成为 parse.Tree 对象之后, Parse阶段就执行结束了, 接下来就是 Execute 阶段.

Execute阶段

// src/text/template/exec.go
func (t *Template) Execute(wr io.Writer, data any) error {
   return t.execute(wr, data)
}
func (t *Template) execute(wr io.Writer, data any) (err error) {
   defer errRecover(&err)
   // 使用反射解析传入的参数
   value, ok := data.(reflect.Value)
   ...
   state := &state{
      tmpl: t,
      wr:   wr,
      vars: []variable{{"$", value}},
   }
   ...
   // 遍历节点
   state.walk(value, t.Root)
   return
}

Execute阶段开始的时候, 会先反射传入的 data, 用来解析模板内的变量, 接下来遍历模板的Root 也就是从节点树的根开始遍历处理每个节点, 这里使用了递归的方式.

// src/text/template/exec.go
func (s *state) walk(dot reflect.Value, node parse.Node) {
   s.at(node)
   switch node := node.(type) {
   case *parse.ActionNode:
      val := s.evalPipeline(dot, node.Pipe)
      if len(node.Pipe.Decl) == 0 {
         s.printValue(node, val)
      }
   ...
   case *parse.ListNode:
       // 循环遍历节点, 递归 
      for _, node := range node.Nodes {
         s.walk(dot, node)
      }
   ...
   case *parse.TextNode:
      if _, err := s.wr.Write(node.Text); err != nil {
         s.writeError(err)
      }
   ...
}

我们看下 ActionNode 和 TextNode 的处理

• ActionNode ActionNode 在Parse阶段生成语法树, 在Execute阶段分为两步处理, 第一步, 是解析语法树, 把对应的变量替换成实际的值, 对应方法evalPipeline(), 第二步是把生成的结果输出, 对应了代码printValue()
• TextNode TextNode 就很简单了, 直接把Node存储的文本原封不动的打印, 直接使用了 Write()方法写入

节点遍历完成之后, 所有的文本已经都输出到 io.Writer 中, 模板执行结束.

至此, 整个流程完成.

小结

text/template 的解析过程主要经历了两个阶段:

• Parse阶段

在这个阶段, 输入内容经历了从 template.Template 到 parse.NodeList 再到 parse.Node几个步骤, 将纯文本变成了可以统一处理的节点, 方便后续操作

• Execute阶段

遍历全部的 parse.Node, 根据不同的规则把每个node的内容处理过之后, 输出到 io.Writer里, 完成执行

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