Python 命令行之旅：深入 docopt
原文發表於 Prodesire 博客。
一、前言
在第一篇“初探 docopt”的文章中，我們初步掌握了使用 docopt 的三個步驟，瞭解了它不同於 argparse 的設計思路。
那麼 docopt 的使用模式都有哪些呢？其接口描述中都支持哪些語法規則呢？本文將帶你深入瞭解 docopt。
本系列文章默認使用 Python 3 作爲解釋器進行講解。
若你仍在使用 Python 2，請注意兩者之間語法和庫的使用差異哦~二、使用模式
在上一篇文章中我們提到 docopt 是通過定義一個包含特定內容的字符串，也就是接口描述，來達到描述命令行功能的目的。
那麼接口描述的總體規則是這樣的：
- 位於關鍵字
usage:（大小寫不敏感）和一個可見的空行之間的文本內容會被解釋爲一個個使用模式。 -
useage:後的第一個詞會被解釋爲程序的名稱，比如下面就是一個沒有命令行參數的示例程序：
Usage: cli- 接口描述中可以包含很多有各種元素的模式，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 位置參數：
使用 < 和 > 包裹的參數會被解釋爲位置參數。
比如，我們可以指定兩個位置參數 x 和 y ，先添加的 x 位於第一個位置，後加入的 y 位於第二個位置。那麼在命令行中輸入 1 2的時候，分別對應到的就是 x 和 y：
"""
Usage: cli <x> <y>
"""
from docopt import docopt
arguments = docopt(__doc__, argv=['1', '2'])
print(arguments)其輸出爲：
{'<x>': '1',
'<y>': '2'}2.2 選項參數：-o --option
以單個破折號（-）開頭的的參數爲短選項，以雙破折號（--）開頭的參數爲長選項。
- 短選項支持集中表達多個短選項，比如
-abc等價於-a、-b和-c - 長選項後可跟參數，通過
空格或=指定，比如--input ARG等價於--input=ARG - 短選項後可跟參數，通可選的
空格指定，比如-f FILE等價於-fFILE
在下面這個例子中，我們希望通過 -n h 或 --name 來指定名字：
"""
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，我們通過 4 種方式（2 個短選項參數方式和 2 個長選項參數方式）來指定命令行輸入，其輸出均爲：
{'--name': 'Eric'}需要注意的是：
--input ARG（而不是 --input=ARG）的含義是模糊不清的，因爲這不能看出 ARG 究竟是選項參數，
還是位置參數。在 docopt 的使用模式中，只有在接口描述中定義了對應選項纔會被解釋爲一個帶參數的選項，
否則就會被解釋爲一個選項和一個獨立的位置參數。
-f FILE 和 -fFILE 這種寫法也有同樣的模糊點。後者無法說明這究竟是一系列短選項的集合，
還是一個帶參數的選項。只有在接口描述中定義了對應選項纔會被解釋爲一個帶參數的選項。
2.3 命令
這裏的命令也就是 argparse 中嵌套解析器所要完成的事情，準確的說，對整個命令行程序來說，實現的是子命令。
在 docopt 中，凡是不符合 --options 或 <arguments> 約定的詞，均會被解釋爲子命令。
在下面這個例子中，我們支持 create 和 delete 兩個子命令，用來創建或刪除指定路徑。而 delete 命令支持 --recursive 參數來表明是否遞歸刪除指定路徑：
"""
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，輸出如下：
$ python3 cli.py delete -r
{'--recursive': True,
'create': False,
'delete': True}2.4 可選元素：[optional elements]
以中括號“[]”包裹的元素（選項、參數和命令）均會被標記爲可選。多個元素放在一對中括號中或各自放在中括號中是等價的。比如：
Usage: cli [command --option <argument>]等價於：
Usage: cli [command] [--option] [<argument>]2.5 必填元素：(required elements)
沒被中括號“[]”包裹的所有元素默認都是必填的。但有時候使用小括號“()”將元素包裹住，用以標記必填是有必要的。
比如，要將多個互斥元素進行分組：
Usage: my_program (--either-this <and-that> | <or-this>)另一個例子是，當出現一個參數時，也要求提供另一個參數，那麼就可以這麼寫：
Usage: my_program [(<one-argument> <another-argument>)]這個例子中 <one-argument> 和 <another-argument> 要麼都出現，要麼都不出現。
2.6 互斥參數：element|another
在 argparse 中要想實現互斥參數，還需要先調用 parser.add_mutually_exclusive_group() 添加互斥組，
再在組裏添加參數。而在 docopt 中就特別簡單，直接使用 | 進行分隔：
Usage: my_program go (--up | --down | --left | --right)在上面的示例中，使用小括號“()”來對四個互斥選項分組，要求必填其中一個選項。
在下面的示例中，使用中括號“()”來對四個互斥選項分組，可以不填，或填其中一個選項：
Usage: my_program go [--up | --down | --left | --right]我們還可以發散一下思路，子命令天然需要互斥，那麼除了這種寫法：
Usage: my_program run [--fast]
my_program jump [--high]使用如下 | 的寫法，也是等價的：
Usage: my_program (run [--fast] | jump [--high])2.7 可變參數列表：element...
可變參數列表也就是定義參數可以有多個值。在 argparse 中，我們通過 parser.add_argument('--foo', nargs='?') 來指定，其中 nargs 可以是數字、?、+、*來表示參數個數。
在 docopt 中，自然也有相同的能力，使用省略號 ... 來實現：
Usage: my_program open <file>...
my_program move (<from> <to>)...若要參數提供 N 個，則寫 N 個參數即可，比如下面的示例中要求提供 2 個：
Usage: my_program <file> <file>若要參數提供 0 個或多個，則配合中括號“[]”進行定義，如下 3 中定義方式等價：
Usage: my_program [<file>...]
my_program [<file>]...
my_program [<file> [<file> ...]]若要參數提供 1 個或多個，則可以這麼寫：
Usage: my_program <file>...在下面完整示例中，所獲得的 arguments 是 {'<file>': ['f1', 'f2']}：
"""
Usage:
cli <file>...
"""
from docopt import docopt
arguments = docopt(__doc__, argv=['f1', 'f2'])
print(arguments)2.8 選項簡寫： [options]
“[options]”用於簡寫選項，比如下面的示例中定義了 3 個選項：
Usage: my_program [--all --long --human-readable] <path>
--all List everything.
--long Long output.
--human-readable Display in human-readable format.可以簡寫爲：
Usage: my_program [options] <path>
--all List everything.
--long Long output.
--human-readable Display in human-readable format.如果一個模式中有多個選項，那麼這會很有用。
另外，如果選項包含長短選項，那麼也可以用它們中的任意一個寫在模式中，比如下面的示例的模式中均使用短選項：
Usage: my_program [-alh] <path>
-a, --all List everything.
-l, --long Long output.
-h, --human-readable Display in human-readable format.2.9 [--]
當雙破折號“--”不是選項時，通常用於分隔選項和位置參數，以便處理例如將文件名誤認爲選項的情況。
爲了支持此約定，需要在位置參數前添加 [--]。
Usage: my_program [options] [--] <file>...2.10 [-]
當單破折號“-”不是選項時，通常用於表示程序應處理 stdin，而非文件。爲了支持此約定，需要在使用模式中加入 [-]。
2.11 選項描述
選項描述就是描述一系列選項參數的模式。如果使用模式中的選項定義是清晰的，那麼選項描述就是可選的。
選項描述可以定義如下內容：
- 短選項和長選項代表相同含義
- 帶參數的選項
- 有默認值的選項參數
選項描述的每一行需要以 - 或 -- 開頭（不算空格），比如：
Options:
--verbose # 好
-o FILE # 好
Other: --bad # 壞, 沒有以 "-" 開頭選項描述中，使用空格或“=”來連接選項和參數，以定義帶選項的參數。參數可以使用 <Arg> 的形式，
或是使用 ARG 大寫字母的形式。可用逗號“,”來分隔長短選項。比如：
-o FILE --output=FILE # 沒有逗號 長選項使用 "=" 分隔
-i <file>, --input <file> # 有逗號, 長選項使用空格分隔選項描述中每個選項定義和說明之間要有兩個空格，比如：
--verbose MORE text. # 壞, 會被認爲是帶參數 MORE 的選項
# --version 和 MORE text. 之間應該有2個空格
-q Quit. # 好
-o FILE Output file. # 好
--stdout Use stdout. # 好，2個空格選項描述中在說明中使用 [default: <default-value>] 來給帶參數的選項賦以默認值，比如：
--coefficient=K The K coefficient [default: 2.95]
--output=FILE Output file [default: test.txt]
--directory=DIR Some directory [default: ./]三、小結
關於 docopt 的方方面面我們都瞭解的差不多了，回過頭來看。對於命令行元信息的定義，它比 argparse 要來的更加簡潔。
argparse 像是命令式編程，調用一個個的函數逐步將命令行元信息定義清楚；而 docopt 則像是聲明式編程，通過聲明定義命令行元信息。
兩者站在的維度不同，編程的套路也不盡相同，甚是有趣。
瞭解了這麼多，也該練練手了。在下篇文章中，我們仍然會以 git 命令作爲實戰項目，看看如何使用 docopt 來實現 git 命令。