130行代码写一个模板引擎

我理解的模板引擎

简单来说，模板引擎就是先定义好一个模板，然后喂它数据，就会生成对应的html结构。 模板是一段预先定义好的字符串，是一个类html的结构，里面穿插着一些控制语句（if、for等）， 比如如下：

<p>Welcome, {{ user_name }}!</p>

{% if is_show %}
    Your name: {{ user_name }}
{% endif %}

<p>Fruits:</p>
<ul>
{% for product in product_list %}
    <li>{{ product.name }}:{{ product.price }}</li>
{% endfor %}
</ul>

数据是json数据，喂的数据不同，生成的html也不同，如

{
    'user_name': 'Jack',
    'is_show': True,
    'product_list': [
        {
            'show': True,
            'name': 'Apple',
            'price': 20
        },
        {
            'show': False,
            'name': 'Pear',
            'price': 21
        },
        {
            'show': True,
            'name': 'Banana',
            'price': 22
        }
    ]
}

就会生成如下所示的html：

<p>Welcome, Jack!</p>
    Your name: Jack
<p>Fruits:</p>
<ul>
    <li>Apple:20</li>
    <li>Banana:22</li>
</ul>

这样就体现了数据与视图分离的思想，以后修改任何一方都是很方便的。

要做的事

我们要做的事情就是根据已知的模板和数据来生成对应的html，于是我们可以定义这样一个函数，该函数有两个参数和一个返回值， 参数分别对应模板和数据，而返回值对应最终的html。函数原型如下：

def TemplateEngine(template, context):
    ...
    return html_data

template是str类型，context是dict类型，html_data也是str类型

支持的语法

由于我在工作中经常用到Django开发，所以我对Django的模板引擎比较熟悉，这里就采用Django支持的语法来讲解。其实说白了，大体上就 两种语法，{{ }}和{% %}。{{ }}里面包含的是一个（变）量，数据来自于context，整个会被context里面对应的数据替换掉， 如前面的例子{{ user_name }}最终会被替换成Jack。{% %}是控制结构，有四种：{% if %}、{% for %}、{% endif %}、{% endfor %}。 {% if %}、{% endif %}必须成对出现，同理，{% for %}、{% endfor %}也必须成对出现。

实现思路

大体上实现一个模板引擎有三种方法，替换型、解释型和编译型。替换型就是简单的字符串替换，如{{ user_name }}被替换成Jack，对应 如下代码:

'{user_name}'.format(user_name = 'Jack')

这种最简单，一般来说运行效率也最低。解释型和编译型都是生成对应的（python）代码，然后直接运行这个代码来生成最终的html，这个实现难度 相对替换型来说复杂了一点。本篇先只讲替换型。

总的思路是这样：我们从最外层按照普通字符串、{{ }}、{% %}将模板切块，然后递归处理每一个块，最后将每一个子块的结果拼接起来。 关键词依次是：切块、递归处理、拼接。我们依次来讲解每个步骤。

切块

还是举前面那个例子，

<p>Welcome, {{ user_name }}!</p>

{% if is_show %}
    Your name: {{ user_name }}
{% endif %}

<p>Fruits:</p>
<ul>
{% for product in product_list %}
    <li>{{ product.name }}:{{ product.price }}</li>
{% endfor %}
</ul>

为了处理方便，我们把模板切得尽可能的碎，使得每一个小块都是普通字符串块、{{ }}块、{% if %}块、{% endif %}块、{% for %}块、{% endfor %}块中的 一种，如上述模板切成：

['<p>Welcome, ', '{{ user_name }}', '!</p>', '{% if is_show %}', 'Your name: ', '{{ user_name }}', '{% endif %}', '<p>Fruits:</p><ul>', '{% for product in product_list %}', '<li>', '{{ product.name }}', ':', '{{ product.price }}', '</li>', '{% endfor %}', '</ul>']

要把模板（str类型）切成如上图所示（list类型），读者立马会想到使用split函数，没错。但是这里最好使用正则表达式的split函数re.split，代码如下：

tokens = re.split(r"(?s)({{.*?}}|{%.*?%})", template)

递归处理

在上一节（切块）我们已经得到了一个list，本节我们只需遍历它即可。我们遍历那个list，如果是普通块并且没有被{% if %}块和{% for %}块包围，则我们直接将值pusth到最终 的结果中；同理，如果是{{ }}块并且没有被{% if %}块和{% for %}块包围，则我们调用VarEngine来解析这个{{ }}块，并且把解析结果pusth到最终的结果中；如果是{% if %}块， 则我们先不急求值，而是将它push到一个栈中，并且将之后的块也push到这个栈中，直到遇到对应的{% endif %}块。遇到了{% endif %}块之后，我们就调用IfBlock来解析这个 栈，并且把解析结果pusth到最终的结果中；跟{% if %}块类似，如果遍历到了{% for %}块，则我们将{% for %}块push到一个栈中，然后将之后的块也push到这个栈中，直到遇到对应的 {% endfor %}块，遇到了{% endfor %}块之后，我们就调用ForBlock来解析这个栈，并且把解析结果pusth到最终的结果中。代码（剪辑后）如下：

def recursive_traverse(lst, context):
    stack, result = [], []
    is_if, is_for, times, match_times = False, False, 0, 0
    for item in lst:
        if item[:2] != '{{' and item[:2] != '{%':
            # 普通块的处理
            result.append(item) if not is_if and not is_for else stack.append(item)
        elif item[:2] == '{{':
            # {{ }}块的处理
            result.append(VarEngine(item[2:-2].strip(), context).result) if not is_if and not is_for else stack.append(item)
        elif item[:2] == '{%':
            expression = item[2:-2]
            expression_lst = expression.split(' ')
            expression_lst = [it for it in expression_lst if it]
            if expression_lst[0] == 'if':
                # {% if %}块的处理
                stack.append(item)
                if not is_for:
                    is_if = True
                    times += 1
            elif expression_lst[0] == 'for':
                # {% for %}块的处理
                stack.append(item)
                if not is_if:
                    is_for = True
                    times += 1
            if expression_lst[0] == 'endif':
                # {% endif %}块的处理
                stack.append(item)
                if not is_for:
                    match_times += 1
                if match_times == times:
                    result.append(IfBlock(context, stack).result)
                    del stack[:]
                    is_if, is_for, times, match_times = False, False, 0, 0
            elif expression_lst[0] == 'endfor':
                # {% endfor %}块的处理
                stack.append(item)
                if not is_if:
                    match_times += 1

                if match_times == times:
                    result.append(ForBlock(context, stack).result)
                    del stack[:]
                    is_if, is_for, times, match_times = False, False, 0, 0

result是一个list，是最终的结果

拼接

通过递归处理那一节，我们已经把各个块的执行结果都存放到了列表result中，最后使用join函数将列表转换成字符串就得到了最终的结果。

return ''.join(result)

各个引擎的实现

在递归处理那一节，我们用到了几个类VarEngine、IfBlock和ForBlock，分别用来处理{{ }}块、{% if %}块组成的栈、{% for %}块组成的栈。 下面来说明一下这几个引擎的实现。

VarEngine的实现

先直接上代码

class VarEngine(Engine):
    def _do_vertical_seq(self, key_words, context):
        k_lst = key_words.split('|')
        k_lst = [item.strip() for item in k_lst]
        result = self._do_dot_seq( k_lst[0], context)
        for filter in k_lst[1:]:
            func = self._do_dot_seq(filter, context, True)
            result = func(result)
        return result
    def __init__(self, k, context):
        self.result = self._do_vertical_seq(k, context) if '|' in k else self._do_dot_seq(k, context)

这里主要是要注意处理.和|，|表示过滤器，.最常用的表示一个对象的属性，如

{{ person.username | format_name }}

person可能表示一个对象，也可能表示一个类实例，username是它的属性，format_name是一个过滤器（函数），表示将处理左边给的值（这里是username）并返回 处理后的值。更复杂一点的，可能有如下的{{ }}块，如

{{ info1.info2.person.username | format_name1 | format_name2 | format_name3 }}

VarEngine类继承自Engine类，_do_dot_seq在Engine类中定义：

class Engine(object):
    def _do_dot(self, key_words, context, stay_func = False):
        if isinstance(context, dict):
            if key_words in context:
                return context[key_words]
            raise KeyNotFound('{key} is not found'.format(key=key_words))
        value = getattr(context, key_words)
        if callable(value) and not stay_func:
            value = value()
        return value
    def _do_dot_seq(self, key_words, context, stay_func = False):
        if not '.' in key_words:
            return self._do_dot(key_words, context, stay_func)
        k_lst = key_words.split('.')
        k_lst = [item.strip() for item in k_lst]
        result = context
        for item in k_lst:
            result = self._do_dot(item, result, stay_func)
        return repr(result)

_do_dot函数主要是用来处理.(点)情形的，如{{ person.name }}，返回结果。有三个参数：key_words、context和stay_func，key_words 是属性名，如name；context对应上下文（或对象、类实例等），如person；stay_func是如果属性是一个函数的话，是否要运行这个函数。 代码很简单，就讲到这里。

IfBlock的实现

class IfEngine(Engine):
    def __init__(self, key_words, context):
        k_lst = key_words.split(' ')
        k_lst = [item.strip() for item in k_lst]
        if len(k_lst) % 2 == 1:
            raise IfNotValid
        for item in k_lst[2::2]:
            if item not in ['and', 'or']:
                raise IfNotValid
        cond_lst = k_lst[1:]
        index  = 0
        while index < len(cond_lst):
            cond_lst[index] = str(self._do_dot_seq(cond_lst[index], context))
            index += 2
        self.cond = eval(' '.join(cond_lst))

class IfBlock(object):
    def __init__(self, context, key_words):
        self.result = '' if not IfEngine(key_words[0][2:-2].strip(), context).cond else recursive_traverse(key_words[1:-1], context)

IfBlock的逻辑也很简单，就是先判断if条件是否为真（通过IfEngine判断），如果为真，则递归下去（调用recursive_traverse），如果为假，则直接返回空 字符串。这里稍微讲下IfEngine的实现，主要是对and、or的处理，用到了eval函数，这个函数会执行里面的字符串，如eval(‘True and True and True’)会返回True。

ForBlock的实现

class ForBlock(Engine):
    def __init__(self, context, key_words):
        for_engine = key_words[0][2:-2].strip()
        for_engine_lst = for_engine.split(' ')
        for_engine_lst = [item.strip() for item in for_engine_lst]
        if len(for_engine_lst) != 4:
            raise ForNotValid
        if for_engine_lst[0] != 'for' or for_engine_lst[2] != 'in':
            raise ForNotValid
        iter_obj = self._do_dot_seq(for_engine_lst[3], context)
        self.result = ''
        for item in iter_obj:
            self.result += recursive_traverse(key_words[1:-1], {for_engine_lst[1]:item})

这里采用了Python的for语法for…in…，如{% for person in persons %}，同IfBlock类似，这里也采用了递归（调用recursive_traverse）实现。

总结

本文用130行代码实现了一个模板引擎，总的思路还是很简单，无非就是依次处理各个block，最后将各个block的处理结果拼接（join）起来。关键是基本功要 扎实，如递归、正则表达式等，此外，Python的常用（内置）函数也要搞清楚，如repr、eval（虽然不推荐使用，但是要了解）、str.join、getattr、callable等等，这些 函数可以帮助你达到事半功倍的效果。 本节的源码都在github上，欢迎给个star。