用 Python 撸一个 Web 服务器-第4章：动态渲染数据

上一章中为了尽快让 Todo List 程序跑起来，并没有完全按照 MVC 模式编写程序。这一章就让我们一起实现一个完整的 MVC 模式 Todo List 程序首页。

使用模型操作数据

我们来分析下请求 Todo List 程序首页时，模型层需要做哪些事情。当一个请求到达首页视图函数 index 时，它需要做两件事情，首先调用模型层获取全部的 todo 数据，然后将 todo 数据动态填充到 index.html 模板中。

调用模型层获取全部的 todo 数据，只需要在模型层编写读取 todo/db/todo.json 文件数据的代码即可。在这之前，我们需要先确定 todo 在文件中存储的格式。

Todo List 程序中 todo 需要存储的数据只有一个，就是 todo 的内容。所以我们可以将 todo 以如下格式存储到 todo/db/todo.json 文件：

// todo_list/todo/db/todo.json

\[  
 {  
 "id": 1,  
 "content": "hello world"  
 },  
 {  
 "id": 2,  
 "content": "你好，世界！"  
 }  
\]

这是一个标准的 JSON 格式，每一个对象代表了一条 todo，content 字段即为 todo 内容，id 作为每条数据的索引不会展示在页面中，方便我们对数据进行排序、快速查找等操作。

为了简化程序，我将数据存储在 JSON 文件中而不是数据库中。存储到文件的格式多种多样，但 JSON 格式是一种非常流行且友好的数据格式，在 Python 中也能够很方便的对 JSON 格式的文件进行读写操作。

注意：

JSON 文件不支持注释，所以如果你打算直接从上面示例中复制数据到 todo.json 文件时，需要去掉顶部文件名注释。
如果 todo/db/todo.json 文件内容为空，使用 Python 读取时会抛出 JSONDecodeError 异常，起码要保证其内部有一个空数组 [] 存在，才能正常读取。

确定了 todo/db/todo.json 文件数据格式，就可以编写在模型层读取 todo 数据的代码了：

\# todo_list/todo/models.py

import os  
import json

from todo.config import BASE_DIR

class Todo(object):  
 """  
 Todo 模型类  
 """

def \_\_init\_\_(self, \*\*kwargs):  
 self.id = kwargs.get('id')  
 self.content = kwargs.get('content', '')

@classmethod  
 def \_db_path(cls):  
 """获取存储 todo 数据文件的绝对路径"""  
 \# 返回 'todo_list/todo/db/todo.json' 文件的绝对路径  
 path = os.path.join(BASE_DIR, 'db/todo.json')  
 return path

@classmethod  
 def \_load_db(cls):  
 """加载 JSON 文件中所有 todo 数据"""  
 path = cls.\_db_path()  
 with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:  
 return json.load(f)

@classmethod  
 def all(cls, sort=False, reverse=False):  
 """获取全部 todo"""  
 \# 这一步用来将所有从 JSON 文件中读取的 todo 数据转换为 Todo 实例化对象，方便后续操作  
 todo_list = \[cls(\*\*todo_dict) for todo_dict in cls.\_load_db()\]  
 \# 对数据按照 id 进行排序  
 if sort:  
 todo_list = sorted(todo_list, key=lambda x: x.id, reverse=reverse)  
 return todo_list

定义 Todo 模型类来操作 todo 数据。Todo 模型类的 all 方法用来读取全部的 todo 数据，在其内部将所有从 JSON 文件中读取的 todo 数据转换为 Todo 实例化对象并组装成 list 返回。all 方法还可以对数据进行排序，排序操作实际上转发给了 Python 内置的 sorted 函数来完成。

有了全部的 todo 数据，下一步操作就是将 todo 数据动态填充到 todo/templates/index.html 模板中。

使用模板引擎渲染 HTML

上一章实现的 Todo List 程序返回的首页数据都是固定写死在 todo/templates/index.html 代码中的。现在需要动态填充 todo 内容，我们需要学习一个新的概念叫作 模板渲染。

首先我们编写的 HTML 页面不再是完全使用 HTML 的标签来编写，而需要使用一些占位变量来替换需要动态填充的部分，这样编写出来的 HTML 页面通常称为模板。将 HTML 模板读取到内存中，使用真实的 todo 数据来替换掉占位变量而获得最终将要返回的字符串数据，这个过程称为渲染。能够实现读取 HTML 中的占位变量并正确替换为真实值的代码称为模板引擎。

Todo List 程序首页主体部分代码如下：

<h1 class="container">Todo List</h1>  
<div class="container">  
 <ul>  
 <li>  
 <div>Hello World</div>  
 </li>  
 <li>  
 <div>你好，世界！</div>  
 </li>  
 </ul>  
</div>

其中每一个 li 标签代表一条 todo，显然 todo 的条数是不确定的，所以每一个 li 标签都需要动态生成。根据这段 HTML 代码，可以编写出如下模板：

<h1 class="container">Todo List</h1>  
<div class="container">  
 <ul>  
 {% for todo in todo_list %}  
 <li>  
 <div>{{ todo.content }}</div>  
 </li>  
 {% endfor %}  
 </ul>  
</div>

这段模板代码中只保留了一对 li 标签，它被嵌套在 for 循环中，for 语句块从结束。todo_list 变量是在模板渲染阶段传进来的由所有 todo 对象组成的 list，list 中有多少个元素就会渲染多少个 li 标签。for 循环内部使用了循环变量 todo，表示获取 todo 变量的 content 属性，这与 Python 中获取对象的属性语法相同。

了解了模板语法，我们还需要有一个能够读懂模板语法的模板引擎。Todo List 程序的 HTML 模板只会用到 for 循环和模板变量这两种语法，所以我们将要实现的模板引擎只需要能够解析这两种语法即可。

\# todo_list/todo/utils.py

class Template(object):  
 """模板引擎"""

def \_\_init\_\_(self, text, context):  
 \# 保存最终结果  
 self.result = \[\]  
 \# 保存从 HTML 中解析出来的 for 语句代码片段  
 self.for_snippet = \[\]  
 \# 上下文变量  
 self.context = context  
 \# 使用正则匹配出所有的 for 语句、模板变量  
 self.snippets = re.split('({{.*?}}|{%.*?%})', text, flags=re.DOTALL)  
 \# 标记是否为 for 语句代码段  
 is_for_snippet = False

\# 遍历所有匹配出来的代码片段  
 for snippet in self.snippets:  
 \# 解析模板变量  
 if snippet.startswith('{{'):  
 if is_for_snippet is False:  
 \# 去掉花括号和空格，获取变量名  
 var = snippet\[2:-2\].strip()  
 \# 获取变量的值  
 snippet = self.\_get_var_value(var)  
 \# 解析 for 语句  
 elif snippet.startswith('{%'):
 \# for 语句开始代码片段 -> {% for todo in todo_list %}  
 if 'in' in snippet:  
 is_for_snippet = True  
 self.result.append('{}')  
 \# for 语句结束代码片段 -> {% endfor %}  
 else:  
 is_for_snippet = False  
 snippet = ''

if is_for_snippet:  
 \# 如果是 for 语句代码段，需要进行二次处理，暂时保存到 for 语句片段列表中  
 self.for_snippet.append(snippet)  
 else:  
 \# 如果是模板变量，直接将变量值追加到结果列表中  
 self.result.append(snippet)

def \_get_var_value(self, var):  
 """根据变量名获取变量的值"""  
 \# 如果 '.' 不在变量名中，直接在上下文变量中获取变量的值  
 if '.' not in var:  
 value = self.context.get(var)  
 \# '.' 在变量名中（对象.属性），说明是要获取对象的属性  
 else:  
 obj, attr = var.split('.')  
 value = getattr(self.context.get(obj), attr)

\# 保证返回的变量值为字符串  
 if not isinstance(value, str):  
 value = str(value)  
 return value

def \_parse_for_snippet(self):  
 """解析 for 语句片段代码"""  
 \# 保存 for 语句片段解析结果  
 result = \[\]  
 if self.for_snippet:  
 \# 解析 for 语句开始代码片段  
 \# '{% for todo in todo\_list %}' -> \['for', 'todo', 'in', 'todo_list'\]  
 words = self.for_snippet\[0\]\[2:-2\].strip().split()  
 \# 从上下文变量中获取 for 语句中的可迭代对象  
 iter_obj = self.context.get(words\[-1\])  
 \# 遍历可迭代对象  
 for i in iter_obj:  
 \# 遍历 for 语句片段的代码块  
 for snippet in self.for_snippet\[1:\]:  
 \# 解析模板变量  
 if snippet.startswith('{{'):  
 \# 去掉花括号和空格，获取变量名  
 var = snippet\[2:-2\].strip()  
 \# 如果 '.' 不在变量名中，直接将循环变量 i 赋值给 snippet  
 if '.' not in var:  
 snippet = i  
 \# '.' 在变量名中（对象.属性），说明是要获取对象的属性  
 else:  
 obj, attr = var.split('.')  
 \# 将对象的属性值赋值给 snippet  
 snippet = getattr(i, attr)  
 \# 保证变量值为字符串  
 if not isinstance(snippet, str):  
 snippet = str(snippet)  
 \# 将解析出来的循环变量结果追加到 for 语句片段解析结果列表中  
 result.append(snippet)  
 return result

def render(self):  
 """渲染"""  
 \# 获取 for 语句片段解析结果  
 for_result = self.\_parse_for_snippet()  
 \# 将渲染结果组装成字符串并返回  
 return ''.join(self.result).format(''.join(for_result))

def render_template(template, \*\*context):  
 """渲染模板"""  
 \# 读取 'todo_list/todo/templates' 目录下的 HTML 文件内容  
 template_dir = os.path.join(BASE_DIR, 'templates')  
 path = os.path.join(template_dir, template)

with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:  
 \# 将从 HTML 中读取的内容传递给模板引擎  
 t = Template(f.read(), context)

\# 调用模板引擎的渲染方法，实现模板渲染  
 return t.render()

Template 类就是我们为 Todo List 程序实现的模板引擎。模板引擎的代码有些复杂，我写了比较详细的注释来帮助你理解。模板渲染的大概过程如下：

首先实例化 Template 对象，Template 对象的初始化方法 __init__ 需要传递两个参数，分别是 HTML 字符串和保存了模板所需变量的 dict，在初始化时会解析出 HTML 中所有的 for 语句和模板变量，模板变量直接被替换为对应的值，for 语句代码段则被暂存起来，等到需要真正渲染模板时，调用模板引擎实例对象的 render 方法，完成 for 语句的解析和值替换，最终将渲染结果组装成字符串并返回。

render_template 函数的代码也做了相应的调整，它的功能不再只是读取 HTML 内容，而是需要在内部调用模板引擎获取渲染结果。

对于基础薄弱的读者来说可能模板引擎部分的代码不太好理解，那么暂时先不必深究，你只需要知道模板引擎干了什么，明白它的原理无非是将 HTML 字符串中的模板语法全部找出来，然后根据语法规则将其替换成真正的变量值，最后渲染成正确的 HTML。本质上还是字符串的拼接，就像 Python 字符串的 format 方法一样，它能够找到字符串中的花括号 {}，然后替换成传递给它的参数值。

MVC 模式的 Todo List 程序首页

我们已经介绍了使用模型操作数据和使用模板引擎渲染 HTML，现在就可以用动态渲染的 HTML 首页替换之前的静态首页了。

修改首页 todo/templates/index.html 的 HTML 代码为一个模板：

<!\-\- todo_list/todo/templates/index.html -->

<!DOCTYPE html>
<html>  
<head>  
 <meta charset="UTF-8">  
 <title>Todo List</title>  
</head>  
<body>  
<h1 class="container">Todo List</h1>  
<div class="container">  
 <ul>  
 {% for todo in todo_list %}  
 <li>  
 <div>{{ todo.content }}</div>  
 </li>  
 {% endfor %}  
 </ul>  
</div>  
</body>  
</html>

这里我暂时去掉了 HTML 顶部的 CSS 样式，因为我们的模板引擎不支持这种直接将 CSS 嵌入在 HTML 中的写法，之后我会介绍如何通过 link 标签来引入外部样式。

我们还要对 index 视图函数做些修改，在视图函数内部调用 Todo 模型的 all 方法来获取所有 todo，然后传递给模板引擎对 HTML 进行渲染，得到最终结果。修改后的代码如下：

\# todo_list/todo/controllers.py

from todo.utils import render_template  
from todo.models import Todo

def index():  
 """首页视图函数"""  
 \# 倒序排序，最近添加的 todo 排在前面  
 todo_list = Todo.all(sort=True, reverse=True)  
 context = {  
 'todo_list': todo_list,  
 }  
 return render_template('index.html', \*\*context)