在实际开发过程中,我们经常需要动态地更新程序的功能,或者在不变更程序主体文件的情况下添加或者更新程序模块。
首先最常见的是windows平台所支持的动态链接库(Dynamic Link Library),一般后缀名为.dll
。其优势非常明显:
在Linux平台,此项技术名为动态共享对象(dynamic shared objects),常见后缀名为.so
。
动态共享对象除了上述“动态链接库”的优势之外,也能解决由于Linux的开放性带来的底层接口兼容问题。即通过动态共享对象封装操作系统底层接口,对外提供统一的调用接口,以供上层应用程序调用。相当于提供了一层兼容层。
非编译语言,由于本身是通过源代码发布,所以实现动态加载程序模块或者更新模块,直接修改源代码即可。思路简单且容易实现。
Golang作为编译型的开发语言,本身并不支持通过源代码实现动态加载和更新。但Golang官方提供了Plugin技术,实现动态加载。
通过在编译时添加参数,将Go程序编译为 Plugin:
go build -buildmode=plugin
但是此技术在当前版本(1.19)局限性非常大。通过其文档 https://pkg.go.dev/plugin 可知:
并且上述问题,Golang官方并不打算解决……
解释器一般只存在于脚本语言中,但是Traefik为了实现动态加载的插件功能,开发了一个Golang的解释器。提供了在运行时直接执行Golang源代码的能力。
参考项目:https://github.com/traefik/yaegi
yaegi 项目官方推荐三种场景:
并且官方针对上述三种场景,均给出了相应的示例:
package main
import (
"github.com/traefik/yaegi/interp"
"github.com/traefik/yaegi/stdlib"
)
func main() {
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
_, err := i.Eval(`import "fmt"`)
if err != nil {
panic(err)
}
_, err = i.Eval(`fmt.Println("Hello Yaegi")`)
if err != nil {
panic(err)
}
}
package main
import "github.com/traefik/yaegi/interp"
const src = `package foo
func Bar(s string) string { return s + "-Foo" }`
func main() {
i := interp.New(interp.Options{})
_, err := i.Eval(src)
if err != nil {
panic(err)
}
v, err := i.Eval("foo.Bar")
if err != nil {
panic(err)
}
bar := v.Interface().(func(string) string)
r := bar("Kung")
println(r)
}
Yaegi提供了一个命令行工具,实现了 读取-执行-显示 的循环。
$ yaegi
> 1 + 2
3
> import "fmt"
> fmt.Println("Hello World")
Hello World
>
数据交互方式比较多,需要注意的是从解释器内部返回的数据都是 reflect.Value
类型,获取其实际的值需要类型转换。
可以有(但不限于)下述四种方法:
下面是我自己写的代码示例:
package main
import (
"fmt"
"github.com/traefik/yaegi/interp"
"github.com/traefik/yaegi/stdlib"
)
func main() {
{ // 通过 os.Args 传入数据
i := interp.New(interp.Options{
Args: []string{"666"},
})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(`import "fmt"`)
i.Eval(`import "os"`)
i.Eval(`fmt.Printf("os.Args[0] --- %s\n", os.Args[0])`)
// os.Args[0] --- 666
}
{ // 通过 环境变量 传入数据
i := interp.New(interp.Options{
Env: []string{"inputEnv=666"},
})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(`import "fmt"`)
i.Eval(`import "os"`)
i.Eval(`fmt.Printf("os.Getenv(\"inputEnv\") --- %s\n", os.Getenv("inputEnv"))`)
// os.Getenv("inputEnv") --- 666
}
{ // 执行赋值语句传入数据
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(`import "fmt"`)
i.Eval(fmt.Sprintf("inputVar:=\"%s\"", "666"))
i.Eval(`fmt.Printf("inputVar --- %s\n", inputVar)`)
// inputVar --- 666
}
{ // 通过函数调用传递
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(`import "fmt"`)
i.Eval(`var data map[string]interface{}`)
i.Eval(`func SetData(d map[string]interface{}){ data = d }`)
f, _ := i.Eval("SetData")
fun := f.Interface().(func(map[string]interface{}))
fun(map[string]interface{}{
"data01": 666,
})
i.Eval(`fmt.Printf("SetData --- %d\n", data["data01"])`)
// SetData --- 666
}
}
从解释器获取数据,实际上是获取全局变量的值,可以通过下述方法:
Eval 方法直接获取
通过函数调用获取
Global 方法获取所有全局变量
package main
import (
"fmt"
"github.com/traefik/yaegi/interp"
"github.com/traefik/yaegi/stdlib"
)
func main() {
{ // 通过 Eval 直接获取
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(data := 666
)
v, _ := i.Eval("data")
value := v.Interface().(int)
fmt.Printf("data = %d\n", value)
// data = 666
}
{ // 通过函数返回值获取
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(data := 666
)
i.Eval(func GetData() int {return data}
)
f, _ := i.Eval("GetData")
fun := f.Interface().(func() int)
fmt.Printf("data = %d\n", fun())
// data = 666
}
{ // 通过 Eval 直接获取
i := interp.New(interp.Options{})
i.Use(stdlib.Symbols)
i.Eval(dataInt := 666
)
i.Eval(dataStr := "666"
)
for name, v := range i.Globals() {
value := v.Interface()
switch value.(type) {
case int:
fmt.Printf("%s = %d\n", name, value)
// dataInt = 666
case string:
fmt.Printf("%s = %s\n", name, value)
// dataStr = 666
}
}
}
}
就解释器的实现原理,各个语言都大差不差。Golang由于其强大的基础库,直接提供了构建抽象语法树(Abstract Syntax Tree)的能力。基于抽象语法树实现脚本解释器,就容易很多。
https://zh.m.wikipedia.org/zh-hans/%E6%8A%BD%E8%B1%A1%E8%AA%9E%E6%B3%95%E6%A8%B9
在计算机科学中,抽象语法树(Abstract Syntax Tree,AST),或简称语法树(Syntax tree),是源代码语法结构的一种抽象表示。它以树状的形式表现编程语言的语法结构,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。
Golang 通过 go/ast
包(https://pkg.go.dev/go/ast),提供抽象语法树相关能力。
我们取Golang语法的子集进行示例:一个简单的条件表达式
`A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2))`
抽象语法树长这样:
0 *ast.BinaryExpr {
1 . X: *ast.BinaryExpr {
2 . . X: *ast.Ident {
3 . . . NamePos: -
4 . . . Name: "A"
5 . . }
6 . . OpPos: -
7 . . Op: !=
8 . . Y: *ast.BasicLit {
9 . . . ValuePos: -
10 . . . Kind: INT
11 . . . Value: "1"
12 . . }
13 . }
14 . OpPos: -
15 . Op: &&
16 . Y: *ast.ParenExpr {
17 . . Lparen: -
18 . . X: *ast.BinaryExpr {
19 . . . X: *ast.BinaryExpr {
20 . . . . X: *ast.Ident {
21 . . . . . NamePos: -
22 . . . . . Name: "B"
23 . . . . }
24 . . . . OpPos: -
25 . . . . Op: >
26 . . . . Y: *ast.BasicLit {
27 . . . . . ValuePos: -
28 . . . . . Kind: INT
29 . . . . . Value: "1"
30 . . . . }
31 . . . }
32 . . . OpPos: -
33 . . . Op: ||
34 . . . Y: *ast.ParenExpr {
35 . . . . Lparen: -
36 . . . . X: *ast.BinaryExpr {
37 . . . . . X: *ast.BinaryExpr {
38 . . . . . . X: *ast.Ident {
39 . . . . . . . NamePos: -
40 . . . . . . . Name: "C"
41 . . . . . . }
42 . . . . . . OpPos: -
43 . . . . . . Op: <
44 . . . . . . Y: *ast.BasicLit {
45 . . . . . . . ValuePos: -
46 . . . . . . . Kind: INT
47 . . . . . . . Value: "1"
48 . . . . . . }
49 . . . . . }
50 . . . . . OpPos: -
51 . . . . . Op: &&
52 . . . . . Y: *ast.BinaryExpr {
53 . . . . . . X: *ast.Ident {
54 . . . . . . . NamePos: -
55 . . . . . . . Name: "A"
56 . . . . . . }
57 . . . . . . OpPos: -
58 . . . . . . Op: >
59 . . . . . . Y: *ast.BasicLit {
60 . . . . . . . ValuePos: -
61 . . . . . . . Kind: INT
62 . . . . . . . Value: "2"
63 . . . . . . }
64 . . . . . }
65 . . . . }
66 . . . . Rparen: -
67 . . . }
68 . . }
69 . . Rparen: -
70 . }
71 }
图形表示:
简要说明一下如果要执行抽象语法树,应该怎么做:
执行过程与程序执行过程相似。先遍历声明列表,将已声明的内容初始化到堆内存(可以使用字典代替)。深度优先遍历抽象语法树,处理遍历过程中遇到的抽象对象,比如(举例而已,实际可能有出入):
初始化堆内存和执行栈。
遍历声明部分,写入堆,等待调用。
找到主函数声明,主函数入栈,遍历其函数体语句,逐语句进行深度优先遍历执行。
上述递归过程完成,程序结束。
上述是简单的执行过程,并未处理特殊语法和语法糖,各个语言的语法定义均有不同,需要单独处理。比如,Golang支持的语法可以参考:https://pkg.go.dev/go/ast
若能对其中定义的所有语法进行处理,就可以实现golang的脚本解释器。
对于上面(3.1.1)的那个简单示例,可以通过下述代码直接执行:
(不处理函数,只处理括号和有限的操作符。也未定义执行栈,堆内存使用全局变量Args代替)
package main
import (
"fmt"
"go/ast"
"go/parser"
"go/token"
"strconv"
)
var Args map[string]int
func main() {
{
Args = map[string]int{"A": 1, "B": 2, "C": 3}
code := `A==1 && (B>1 || C<1)`
expr, _ := parser.ParseExpr(code)
result := runExpr(expr)
fmt.Println(result)
}
{
Args["A"] = 3
Args = map[string]int{"A": 1, "B": 2, "C": 3}
code := `A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2))`
expr, _ := parser.ParseExpr(code)
result := runExpr(expr)
fmt.Println(result)
}
}
// 执行表达式
// 支持操作:>, <, ==, !=, &&, ||
// 支持括号嵌套
func runExpr(expr ast.Expr) interface{} {
var result interface{}
// 二元表达式
if binaryExpr, ok := expr.(*ast.BinaryExpr); ok {
switch binaryExpr.Op.String() {
case "&&":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(bool) && y.(bool)
case "||":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(bool) || y.(bool)
case ">":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(int) > y.(int)
case "<":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(int) < y.(int)
case "==":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(int) == y.(int)
case "!=":
x := runExpr(binaryExpr.X)
y := runExpr(binaryExpr.Y)
return x.(int) != y.(int)
}
}
// 基本类型值
if basicLit, ok := expr.(*ast.BasicLit); ok {
switch basicLit.Kind {
case token.INT:
v, _ := strconv.Atoi(basicLit.Value)
return v
}
}
// 标识符
if ident, ok := expr.(*ast.Ident); ok {
return Args[ident.Name]
}
// 括号表达式
if parenExpr, ok := expr.(*ast.ParenExpr); ok {
return runExpr(parenExpr.X)
}
return result
}
执行结果:
A==1 && (B>1 || C<1) => true
A!=1 && (B>1 || (C<1 && A>2)) => false
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