这两天简单研究了一下web.py框架，发现比较有意思的就是template模板引擎的实现了，所以简单研究了一下基本原理。

例子

我们先看一个web.py的模板例子。

我有这样一个模板文件：

这是一个HTML文件，凡是动态内容，均需要以$开头标识出来，以便模板引擎解析替换。

• $def with (words)：这是定义了python要传进来的动态参数，在<h1>$words</h1>中渲染。
• $:render.header()：这是调用了render对象的header()方法，作用是渲染另外一个模板文件。
• $for i in range(0,10)：通过循环制作一个列表。

按照简单理解，python只需要把模板文件读进内存，然后用正则去替换一下$words这样的东西就好了。但是复杂就是，模板引擎还允许执行python代码，比如调用header()函数，for循环，这种用正则怎么可能处理的了呢？所以，模板引擎的实现思路就特别重要了。

模板 -> 代码

如何让模板引擎可以执行Python代码呢？我们不如先看看web.py是如何渲染的。

web.py对上述模板文件经过一番处理，得到的实际上就是一段python代码：

观察可以发现，这个函数就是HTML模板文件的python实现：

• 模板的入参变成了__template__函数的入参
• 文本的HTML代码变成了python不断extend_追加字符串的过程
• 嵌套渲染其他模板变成了header()函数调用，结果又extend_到最终结果中去
• 循环也变成了真的python代码循环

实际上，模板引擎要做的就是对模板文件进行语法解析，把普通文本转换为extend_(xxx），把python表达式原样的挪过来，最后拼成一个可执行的python函数。

当然，这个解析过程涉及到语法解析的知识，我个人不擅长，所以不展开研究了。

编译代码

当前我们通过语法解析，生成了上述的一段python代码（是一段文本而已），这段代码做的唯一的事情就是定义了一个__template__函数。

现在我们要用这个函数来渲染模板得到最终的HTML，所以需要执行这段代码，得到真正的python可执行函数。

我把这个事情简化一下，现在我们要做的事情是先编译这段代码：

code中的文本代码，被编译成了AST抽象语法表达树，但是当前还没有被执行。

执行代码

如果code中的代码放在一个.py文件中，我们知道直接调用f()就可以了，但是现在code只是一段字符串，这时候如何执行代码呢？

这时候我们需要用到exec方法，它可以动态执行一段代码，同时允许单独指定代码执行的上下文环境：

exec第一个参数是代码，第二个参数是所处的全局环境，第三个代码是所处的局部环境。

我们知道，当在全局作用域定义函数的时候，函数会被保存到globals()中；在局部作用域（比如某个函数内）定义函数的时候，函数会被保存到locals()中。

所以我们定义一个空字典global_env当做代码执行的全局环境，那么f函数就会保存到global_env中。

调用函数

现在，我们可以从global_env中取出f函数，直接调用它即可：

这就是模板引擎的基本工作原理了，所以模板引擎一般都会把编译好的__template__函数cache起来复用，因为如果每次都去解析模板文件再生成可执行函数的消耗有点大。