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：

  1. 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。

  2. 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 osimport 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 {% for todo in todo_list %} 开始，到 {% endfor %}  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，{{ todo.content }} 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)

在终端中进入项目根目录 todo_list/ 下，使用 Python 运行 server.py 文件，将得到经过动态渲染的 Todo List 程序首页：

现在 Todo List 程序首页已经是动态渲染的了，下一章我们就来解决样式问题。

本章源码：chapter4

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