前言

用过类 Unix 系统中 Unix shell(Shell/Bash/Zsh) 的同学都应该对 TAB 键印象深刻，因为它可以帮忙补全或提示后续的命令，用户不用记住完整的命令，只需输入前几个字符，按 TAB 键，就会提示后续的命令供用户选择，用户体验极佳。目前流行的一些使用 Go 语言开发的 CLI 工具，如 kubectl 和 helm，他们也都有 completion 也就是命令自动补全功能，通过将 source <(kubectl completion zsh) 加入 .zshrc 文件中，就可以在每次启动 shell 时自动加载自动补全脚本，之后就可以体验到与原生 shell 相同的自动补全功能了。这些 CLI 工具，都是基于 Cobra 库开发，命令自动补全功能也是该库提供的一个功能，本篇文章就来讲讲如何使用 Cobra 实现命令自动补全的。

Cobra Shell Completion

Cobra 可以作为一个 Golang 包，用来构建功能强大的命令行程序；同时也可以作为 CLI 工具，用来生成应用程序和命令文件。

由于文本主要介绍 Cobra 的命令自动补全功能，更多内容请查阅官网。

基础用法

Cobra 当前的最新版本为 v1.0.0，支持生成多种 Shell 的自动补全脚本，目前支持：

• Bash
• Zsh
• Fish
• PowerShell

如上所述，Cobra 不但是一个功能强大的 Golang 包，还是一个 CLI 工具，可以用来生成应用程序和命令文件。使用如下命令，即可生成用于命令自动补全的代码：

$ cobra add completion

或者也可以创建 cmd/completion.go 文件，来放置用于生成命令自动补全脚本的代码：

var completionCmd = &cobra.Command{
    Use:                   "completion [bash|zsh|fish|powershell]",
    Short:                 "Generate completion script",
    Long: `To load completions:

Bash:

$ source <(yourprogram completion bash)

# To load completions for each session, execute once:
Linux:
  $ yourprogram completion bash > /etc/bash_completion.d/yourprogram
MacOS:
  $ yourprogram completion bash > /usr/local/etc/bash_completion.d/yourprogram

Zsh:

# If shell completion is not already enabled in your environment you will need
# to enable it.  You can execute the following once:

$ echo "autoload -U compinit; compinit" >> ~/.zshrc

# To load completions for each session, execute once:
$ yourprogram completion zsh > "${fpath[1]}/_yourprogram"

# You will need to start a new shell for this setup to take effect.

Fish:

$ yourprogram completion fish | source

# To load completions for each session, execute once:
$ yourprogram completion fish > ~/.config/fish/completions/yourprogram.fish
`,
    DisableFlagsInUseLine: true,
    ValidArgs:             []string{"bash", "zsh", "fish", "powershell"},
    Args:                  cobra.ExactValidArgs(1),
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
      switch args[0] {
      case "bash":
        cmd.Root().GenBashCompletion(os.Stdout)
      case "zsh":
        cmd.Root().GenZshCompletion(os.Stdout)
      case "fish":
        cmd.Root().GenFishCompletion(os.Stdout, true)
      case "powershell":
        cmd.Root().GenPowerShellCompletion(os.Stdout)
      }
    },
}

官方推荐将生成内容输出到 os.Stdout，只需上面这些简单的命令，即可在你的 CLI 工具中新增 completion 子命令，执行该命令即可生成相应 Shell 的命令自动补全脚本，将其插入或保存到相应 Shell 的指定位置即可实现命令自动补全功能。

如果加载了配置文件，os.Stdout 可能会打印多余的信息，这会导致自动补全脚本失效，所以请避免这种情况。

进阶用法

上面的这些只是基本用法，完成的只是命令补全的基本功能，但一些定制化的需求是无法实现的。比如，kubectl get [tab] 这里的预期内容是返回所有 k8s 资源名称，但是只靠上面的代码是无法实现的。这里就需要用到自定义补全，通过为每个命令增加不同的参数或方法，可以实现静态和动态补全等功能。

名称补全

名称补全其实也分静态名称和动态名称，静态名称就像 kubectl completion [tab] 预期返回的多种 shell 名称，内容为事先在代码中已经定义好的内容；而动态名称，就是像 helm status [tab] 预期返回的所有 release 名称，并不是以静态内容体现，而是通过函数动态获取的内容。

静态名称补全

静态名称补全比较简单，只要在想要自动补全的子命令中加入 ValidArgs 字段，传入一组包含预期结果的字符串数组即可，代码如下：

validArgs []string = { "pod", "node", "service", "replicationcontroller" }

cmd := &cobra.Command{
    Use:     "get [(-o|--output=)json|yaml|template|...](RESOURCE [NAME] | RESOURCE/NAME ...)",
    Short:   "Display one or many resources",
    Long:    get_long,
    Example: get_example,
    Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
      err := RunGet(f, out, cmd, args)
      util.CheckErr(err)
    },
    ValidArgs: validArgs,
}

这里是模仿 kubectl 的 get 子命令，在执行该命令时效果如下：

$ kubectl get [tab][tab]
node   pod   replicationcontroller   service

如果命令有别名（Aliases）的话，则可以使用 ArgAliases，代码如下：

argAliases []string = { "pods", "nodes", "services", "svc", "replicationcontrollers", "rc" }

cmd := &cobra.Command{
    ...
    ValidArgs:  validArgs,
    ArgAliases: argAliases
}

别名不会在按 TAB 时提示给用户，但如果手动输入，则补全算法会将其视为有效参数，并提供后续的补全。

$ kubectl get rc [tab][tab]
backend        frontend       database

这里如果不声明 rc 为别名，则补全算法将无法补全后续的内容。

动态名称补全

如果需要补全的名称是动态生成的，例如 helm status [tab] 这里的 release 值，就需要用到 ValidArgsFunction 字段，将需要返回的内容以 function 的形式声明在 cobra.Command 中，代码如下：

cmd := &cobra.Command{
    Use:   "status RELEASE_NAME",
    Short: "Display the status of the named release",
    Long:  status_long,
    RunE: func(cmd *cobra.Command, args []string) {
      RunGet(args[0])
    },
    ValidArgsFunction: func(cmd *cobra.Command, args []string, toComplete string) ([]string, cobra.ShellCompDirective) {
      if len(args) != 0 {
        return nil, cobra.ShellCompDirectiveNoFileComp
      }
      return getReleasesFromCluster(toComplete), cobra.ShellCompDirectiveNoFileComp
    },
}

上面这段代码是 helm 的源码，也是 Cobra 的官方示例代码，很好的展示了这个 function 的结构及返回格式，有兴趣的同学可以去看一下 helm 的源码，也是很有意思的。getReleasesFromCluster 方法是用来获取 Helm release 列表，在执行命令时，效果如下：

$ helm status [tab][tab]
harbor notary rook thanos

cobra.ShellCompDirective 可以控制自动补全的特定行为，你可以用或运算符来组合它们，像这样 cobra.ShellCompDirectiveNoSpace | cobra.ShellCompDirectiveNoFileComp，下面是它们的介绍（摘自官方文档）：

// Indicates that the shell will perform its default behavior after completions
// have been provided (this implies none of the other directives).
ShellCompDirectiveDefault

// Indicates an error occurred and completions should be ignored.
ShellCompDirectiveError

// Indicates that the shell should not add a space after the completion,
// even if there is a single completion provided.
ShellCompDirectiveNoSpace

// Indicates that the shell should not provide file completion even when
// no completion is provided.
ShellCompDirectiveNoFileComp

// Indicates that the returned completions should be used as file extension filters.
// For example, to complete only files of the form *.json or *.yaml:
//    return []string{"yaml", "json"}, ShellCompDirectiveFilterFileExt
// For flags, using MarkFlagFilename() and MarkPersistentFlagFilename()
// is a shortcut to using this directive explicitly.
//
ShellCompDirectiveFilterFileExt

// Indicates that only directory names should be provided in file completion.
// For example:
//    return nil, ShellCompDirectiveFilterDirs
// For flags, using MarkFlagDirname() is a shortcut to using this directive explicitly.
//
// To request directory names within another directory, the returned completions
// should specify a single directory name within which to search. For example,
// to complete directories within "themes/":
//    return []string{"themes"}, ShellCompDirectiveFilterDirs
//
ShellCompDirectiveFilterDirs

ValidArgs 和 ValidArgsFunction 同时只能存在一个。在使用 ValidArgsFunction 时，Cobra 将在解析了命令行中提供的所有 flag 和参数之后才会调用您的注册函数。

Flag 补全

指定必选 flag

大多时候，名字补全只会提示子命令的补全，但如果一些 flag 是必须的，也可以在用户按 TAB 键时进行自动补全，代码如下：

cmd.MarkFlagRequired("pod")
cmd.MarkFlagRequired("container")

然后在执行命令时，就可以看到：

$ kubectl exec [tab][tab]
-c            --container=  -p            --pod=  

动态 flag

同名称补全类似，Cobra 提供了一个字段来完成该功能，需要使用 command.RegisterFlagCompletionFunc() 来注册自动补全的函数，代码如下：

flagName := "output"
cmd.RegisterFlagCompletionFunc(flagName, func(cmd *cobra.Command, args []string, toComplete string) ([]string, cobra.ShellCompDirective) {
    return []string{"json", "table", "yaml"}, cobra.ShellCompDirectiveDefault
})

RegisterFlagCompletionFunc() 是通过 command 与该 flag 的进行关联的，在本示例中可以看到：

$ helm status --output [tab][tab]
json table yaml

使用方式和名称补全相同，这里就不做详细介绍了。

Debug

命令自动补全与其他功能不同，调试起来比较麻烦，所以 Cobra 提供了调用隐藏命令，模拟自动补全脚本的方式来帮助调试代码，你可以直接使用以下隐藏命令来模拟触发：

$ helm __complete status har[ENTER]
harbor
:4
Completion ended with directive: ShellCompDirectiveNoFileComp # This is on stderr

如果需要提示名称而非补全（就是输入命令后直接按 TAB 键），则必须将空参数传递给 __complete 命令：

$ helm __complete status ""[ENTER]
harbor
notary
rook
thanos
:4
Completion ended with directive: ShellCompDirectiveNoFileComp # This is on stderr

同样可以用来调试 flag 的自动补全：

$ helm __complete status --output ""[ENTER]
json
table
yaml
:4
Completion ended with directive: ShellCompDirectiveNoFileComp # This is on stderr

结语

以上内容是作者挑选的一些较为常用的功能，更多的内容详见官方文档。如果想看示例的话，推荐 kubectl 和 helm 的源码。

当然 Cobra 还不是完美的，比如生成的 Zsh 脚本有些问题，kubectl 和 helm 都是使用将其生成的 Bash 自动补全脚本转化为 Zsh 的自动补全脚本的方式。但不得不承认，Cobra 是一个非常好用的 CLI 工具构建框架，很多流行的 CLI 工具都是使用它来构建的，这也是为什么使用 GO 语言编写的 CLI 工具如雨后春笋般快速的出现并占据了云原生工具的关键位置。