在第一章中，我们学习了使用Tornado创建一个Web应用的基础知识。包括处理函数、HTTP方法以及Tornado框架的总体结构。在这章中，我们将学习一些你在创建Web应用时经常会用到的更强大的功能。
和大多数Web框架一样，Tornado的一个重要目标就是帮助你更快地编写程序，尽可能整洁地复用更多的代码。尽管Tornado足够灵活，可以使用几乎所有Python支持的模板语言，Tornado自身也提供了一个轻量级、快速并且灵活的模板语言在tornado.template模块中。
[TOC=2,3]
## 2.1 简单示例：Poem Maker Pro
让我们以一个叫作Poem Maker Pro的简单例子开始。Poem Maker Pro这个Web应用有一个让用户填写的HTML表单，然后处理表单的结果。代码清单2-1是它的Python代码。
代码清单2-1 简单表单和模板：poemmaker.py
~~~
import os.path
import tornado.httpserver
import tornado.ioloop
import tornado.options
import tornado.web
from tornado.options import define, options
define("port", default=8000, help="run on the given port", type=int)
class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
self.render('index.html')
class PoemPageHandler(tornado.web.RequestHandler):
def post(self):
noun1 = self.get_argument('noun1')
noun2 = self.get_argument('noun2')
verb = self.get_argument('verb')
noun3 = self.get_argument('noun3')
self.render('poem.html', roads=noun1, wood=noun2, made=verb,
difference=noun3)
if __name__ == '__main__':
tornado.options.parse_command_line()
app = tornado.web.Application(
handlers=[(r'/', IndexHandler), (r'/poem', PoemPageHandler)],
template_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "templates")
)
http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
http_server.listen(options.port)
tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()
~~~
除了poemmaker.py，你还需要将代码清单2-2和代码清单2-3中的两个文件加入到templates子文件夹中。
代码清单2-2 Poem Maker表单：index.html
~~~
<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>Poem Maker Pro</title></head>
<body>
<h1>Enter terms below.</h1>
<form method="post" action="/poem">
<p>Plural noun<br><input type="text" name="noun1"></p>
<p>Singular noun<br><input type="text" name="noun2"></p>
<p>Verb (past tense)<br><input type="text" name="verb"></p>
<p>Noun<br><input type="text" name="noun3"></p>
<input type="submit">
</form>
</body>
</html>
~~~
代码清单2-3 Poem Maker模板：poem.html
~~~
<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>Poem Maker Pro</title></head>
<body>
<h1>Your poem</h1>
<p>Two {{roads}} diverged in a {{wood}}, and I—<br>
I took the one less travelled by,<br>
And that has {{made}} all the {{difference}}.</p>
</body>
</html>
~~~
在命令行执行下述命令：
~~~
$ python poemmaker.py --port=8000
~~~
现在，在浏览器中打开[http://localhost:8000](http://localhost:8000/)。当浏览器请求根目录（/）时，Tornado程序将渲染index.html，展示如图2-1所示的简单HTML表单。
图2-1 Poem Maker Pro：输入表单
这个表单包括多个文本域（命名为noun1、noun2等），其中的内容将在用户点击"Submit"按钮时以POST请求的方式送到`/poem`。现在往里面填写东西然后点击提交吧。
为了响应这个POST请求，Tornado应用跳转到poem.html，插入你在表单中填写的值。结果是Robert Frost的诗《The Road Not Taken》的轻微修改版本。图2-2展示了这个结果。
图2-2 Poem Maker Pro：输出
### 2.1.1 渲染模板
从结构上讲，poemmaker.py和[第一章](http://dockerpool.com/static/books/introduction_to_tornado_cn/ch1.html)中的例子很相似。我们定义了几个RequestHandler子类并把它们传给tornado.web.Application对象。那么有什么不一样的地方呢？首先，我们向Application对象的__init__方法传递了一个template_path参数。
~~~
template_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "templates")
~~~
template_path参数告诉Tornado在哪里寻找模板文件。我们将在本章和[第三章](http://dockerpool.com/static/books/introduction_to_tornado_cn/ch3.html)中讲解其确切性质和语法，而它的基本要点是：模板是一个允许你嵌入Python代码片段的HTML文件。上面的代码告诉Python在你Tornado应用文件同目录下的templates文件夹中寻找模板文件。
一旦我们告诉Tornado在哪里找到模板，我们可以使用RequestHandler类的render方法来告诉Tornado读入模板文件，插入其中的模版代码，并返回结果给浏览器。比如，在IndexHandler中，我们发现了下面的语句：
~~~
self.render('index.html')
~~~
这段代码告诉Tornado在templates文件夹下找到一个名为index.html的文件，读取其中的内容，并且发送给浏览器。
### 2.1.2 填充
实际上index.html完全不能称之为"模板"，它所包含的完全是已编写好的HTML标记。这可以是模板的一个不错的使用方式，但在更通常的情况下我们希望HTML输出可以结合我们的程序传入给模板的值。模板poem.html使用PoemPageHandler渲染，是这种方式的一个很好的例子。让我们看看它是如何工作的吧。
在poem.html中，你可以看到模板中有一些被双大括号（{{和}}）括起来的字符串，就像这样：
~~~
<p>Two {{roads}} diverged in a {{wood}}, and I—<br/>
I took the one less travelled by,<br>
And that has {{made}} all the {{difference}}.</p>
~~~
在双大括号中的单词是占位符，当我们渲染模板时希望以实际值代替。我们可以使用向render函数中传递关键字参数的方法指定什么值将被填充到HTML文件中的对应位置，其中关键字对应模板文件中占位符的名字。下面是在PoemPageHandler中相应的代码部分：
~~~
noun1 = self.get_argument('noun1')
noun2 = self.get_argument('noun2')
verb = self.get_argument('verb')
noun3 = self.get_argument('noun3')
self.render('poem.html', roads=noun1, wood=noun2, made=verb, difference=noun3)
~~~
在这里，我们告诉模板使用变量noun1（该变量是从get_argument方法取得的）作为模板中roads的值，noun2作为模板中wood的值，依此类推。假设用户在表单中按顺序键入了pineapples、grandfather clock、irradiated和supernovae，那么结果HTML将会如下所示：
~~~
<p>Two pineapples diverged in a grandfather clock, and I—<br>
I took the one less travelled by,<br>
And that has irradiated all the supernovae.</p>
~~~
## 2.2 模板语法
既然我们已经看到了一个模板在实际应用中的简单例子，那么让我们深入地了解它们是如何工作的吧。Tornado模板是被Python表达式和控制语句标记的简单文本文件。Tornado的语法非常简单直接。熟悉Django、Liquid或其他相似框架的用户会发现它们非常相似，很容易学会。
在2.1节中，我们展示了如何在一个Web应用中使用render方法传送HTML给浏览器。你可以在Tornado应用之外使用Python解释器导入模板模块尝试模板系统，此时结果会被直接输出出来。
~~~
>>> from tornado.template import Template
>>> content = Template("<html><body><h1>{{ header }}</h1></body></html>")
>>> print content.generate(header="Welcome!")
<html><body><h1>Welcome!</h1></body></html>
~~~
### 2.2.1 填充表达式
在代码清单2-1中，我们演示了填充Python变量的值到模板的双大括号中的使用。实际上，你可以将任何Python表达式放在双大括号中。Tornado将插入一个包含任何表达式计算结果值的字符串到输出中。下面是几个可能的例子：
~~~
>>> from tornado.template import Template
>>> print Template("{{ 1+1 }}").generate()
2
>>> print Template("{{ 'scrambled eggs'[-4:] }}").generate()
eggs
>>> print Template("{{ ', '.join([str(x*x) for x in range(10)]) }}").generate()
0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81
~~~
### 2.2.2 控制流语句
你同样可以在Tornado模板中使用Python条件和循环语句。控制语句以{%和%}包围，并以类似下面的形式被使用：
~~~
{% if page is None %}
~~~
或
~~~
{% if len(entries) == 3 %}
~~~
控制语句的大部分就像对应的Python语句一样工作，支持if、for、while和try。在这些情况下，语句块以{%开始，并以%}结束。
所以这个模板：
~~~
<html>
<head>
<title>{{ title }}</title>
</head>
<body>
<h1>{{ header }}</h1>
<ul>
{% for book in books %}
<li>{{ book }}</li>
{% end %}
</ul>
</body>
</html>
~~~
当被下面这个处理函数调用时：
~~~
class BookHandler(tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
self.render(
"book.html",
title="Home Page",
header="Books that are great",
books=[
"Learning Python",
"Programming Collective Intelligence",
"Restful Web Services"
]
)
~~~
将会渲染得到下面的输出：
~~~
<html>
<head>
<title>Home Page</title>
</head>
<body>
<h1>Books that are great</h1>
<ul>
<li>Learning Python</li>
<li>Programming Collective Intelligence</li>
<li>Restful Web Services</li>
</ul>
</body>
</html>
~~~
不像许多其他的Python模板系统，Tornado模板语言的一个最好的东西是在if和for语句块中可以使用的表达式没有限制。因此，你可以在你的模板中执行所有的Python代码。
同样，你也可以在你的控制语句块中间使用`{% set foo = 'bar' %}`来设置变量。你还有很多可以在控制语句块中做的事情，但是在大多数情况下，你最好使用UI模块来做更复杂的划分。我们稍后会更详细的看到这一点。
### 2.2.3 在模板中使用函数
Tornado在所有模板中默认提供了一些便利的函数。它们包括：
##### escape(s)
替换字符串s中的&、为他们对应的HTML字符。
##### url_escape(s)
使用urllib.quote_plus替换字符串s中的字符为URL编码形式。
##### json_encode(val)
将val编码成JSON格式。（在系统底层，这是一个对json库的dumps函数的调用。查阅相关的文档以获得更多关于该函数接收和返回参数的信息。）
##### squeeze(s)
过滤字符串s，把连续的多个空白字符替换成一个空格。
在Tornado 1.x中，模版不是被自动转义的。在Tornado 2.0中，模板被默认为自动转义（并且可以在Application构造函数中使用autoscaping=None关闭）。在不同版本的迁移时要注意向后兼容。
在模板中使用一个你自己编写的函数也是很简单的：只需要将函数名作为模板的参数传递即可，就像其他变量一样。
~~~
>>> from tornado.template import Template
>>> def disemvowel(s):
... return ''.join([x for x in s if x not in 'aeiou'])
...
>>> disemvowel("george")
'grg'
>>> print Template("my name is {{d('mortimer')}}").generate(d=disemvowel)
my name is mrtmr
~~~
## 2.3 复杂示例：The Alpha Munger
在代码清单2-4中，我们把在这一章中谈论过的所有东西都放了进来。这个应用被称为The Alpha Munger。用户输入两个文本：一个"源"文本和一个"替代"文本。应用会返回替代文本的一个副本，并将其中每个单词替换成源文本中首字母相同的某个单词。图2-3展示了要填的表单，图2-4展示了结果文本。
这个应用包括四个文件：main.py（Tornado程序）、style.css（CSS样式表文件）、index.html和munged.html（Tornado模板）。让我们看看代码吧：
代码清单2-4 复杂表单和模板：main.py
~~~
import os.path
import random
import tornado.httpserver
import tornado.ioloop
import tornado.options
import tornado.web
from tornado.options import define, options
define("port", default=8000, help="run on the given port", type=int)
class IndexHandler(tornado.web.RequestHandler):
def get(self):
self.render('index.html')
class MungedPageHandler(tornado.web.RequestHandler):
def map_by_first_letter(self, text):
mapped = dict()
for line in text.split('\r\n'):
for word in [x for x in line.split(' ') if len(x) > 0]:
if word[0] not in mapped: mapped[word[0]] = []
mapped[word[0]].append(word)
return mapped
def post(self):
source_text = self.get_argument('source')
text_to_change = self.get_argument('change')
source_map = self.map_by_first_letter(source_text)
change_lines = text_to_change.split('\r\n')
self.render('munged.html', source_map=source_map, change_lines=change_lines,
choice=random.choice)
if __name__ == '__main__':
tornado.options.parse_command_line()
app = tornado.web.Application(
handlers=[(r'/', IndexHandler), (r'/poem', MungedPageHandler)],
template_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "templates"),
static_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "static"),
debug=True
)
http_server = tornado.httpserver.HTTPServer(app)
http_server.listen(options.port)
tornado.ioloop.IOLoop.instance().start()
~~~
图2-3 Alpha Munger：输入表单
图2-4 Alpha Munger：输出
记住Application构造函数中的static_path参数。我们将在下面进行详细的介绍，但是现在你所需要知道的就是static_path参数指定了你应用程序放置静态资源（如图像、CSS文件、JavaScript文件等）的目录。另外，你还需要在templates文件夹下添加index.html和munged.html这两个文件。
代码清单2-5 Alpha Munger表单：index.html
~~~
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<link rel="stylesheet" href="{{ static_url("style.css") }}">
<title>The Alpha Munger</title>
</head>
<body>
<h1>The Alpha Munger</h1>
<p>Enter two texts below. The replacement text will have its words
replaced by words beginning with the same letter in the source text.</p>
<form method="post" action="/poem">
<p>Source text<br>
<textarea rows=4 cols=55 name="source"></textarea></p>
<p>Text for replacement<br>
<textarea rows=4 cols=55 name="change"></textarea></p>
<input type="submit">
</form>
</body>
</html>
~~~
代码清单2-6 Alpha Munger模板：munged.html
~~~
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<link rel="stylesheet" href="{{ static_url("style.css") }}">
<title>The Alpha Munger</title>
</head>
<body>
<h1>Your text</h1>
<p>
{% for line in change_lines %}
{% for word in line.split(' ') %}
{% if len(word) > 0 and word[0] in source_map %}
<span class="replaced"
title="{{word}}">{{ choice(source_map[word[0]]) }}</span>
{% else %}
<span class="unchanged" title="unchanged">{{word}}</span>
{% end %}
{% end %}
<br>
{% end %}
</p>
</body>
</html>
~~~
最后，将代码清单2-7中的内容写到static子目录下的style.css文件中。
代码清单2-7 Alpha Munger样式表：style.css
~~~
body {
font-family: Helvetica,Arial,sans-serif;
width: 600px;
margin: 0 auto;
}
.replaced:hover { color: #00f; }
~~~
### 2.3.1 它如何工作
这个Tornado应用定义了两个请求处理类：IndexHandler和MungedPageHandler。IndexHandler类简单地渲染了index.html中的模板，其中包括一个允许用户POST一个源文本（在source域中）和一个替换文本（在change域中）到`/poem`的表单。
MungedPageHandler类用于处理到`/poem`的POST请求。当一个请求到达时，它对传入的数据进行一些基本的处理，然后为浏览器渲染模板。map_by_first_letter方法将传入的文本（从source域）分割成单词，然后创建一个字典，其中每个字母表中的字母对应文本中所有以其开头的单词（我们将其放入一个叫作source_map的变量）。再把这个字典和用户在替代文本（表单的change域）中指定的内容一起传给模板文件munged.html。此外，我们还将Python标准库的random.choice函数传入模板，这个函数以一个列表作为输入，返回列表中的任一元素。
在munged.html中，我们迭代替代文本中的每行，再迭代每行中的每个单词。如果当前单词的第一个字母是source_map字典的一个键，我们使用random.choice函数从字典的值中随机选择一个单词并展示它。如果字典的键中没有这个字母，我们展示源文本中的原始单词。每个单词包括一个span标签，其中的class属性指定这个单词是替换后的（class="replaced"）还是原始的（class="unchanged"）。（我们还将原始单词放到了span标签的title属性中，以便于用户在鼠标经过单词时可以查看是什么单词被替代了。你可以在图2-5中看到这个动作。）
图2-5 含有被替换单词提示的Alpha Munger
在这个例子中，你可能注意到了debug=True的使用。它调用了一个便利的测试模式：tornado.autoreload模块，此时，一旦主要的Python文件被修改，Tornado将会尝试重启服务器，并且在模板改变时会进行刷新。对于快速改变和实时更新这非常棒，但不要再生产上使用它，因为它将防止Tornado缓存模板！
### 2.3.2 提供静态文件
当编写Web应用时，你总希望提供像样式表、JavaScript文件和图像这样不需要为每个文件编写独立处理函数的"静态内容"。Tornado提供了几个有用的捷径来使其变得容易。
#### 2.3.2.1 设置静态路径
你可以通过向Application类的构造函数传递一个名为static_path的参数来告诉Tornado从文件系统的一个特定位置提供静态文件。Alpha Munger中的相关代码片段如下：
~~~
app = tornado.web.Application(
handlers=[(r'/', IndexHandler), (r'/poem', MungedPageHandler)],
template_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "templates"),
static_path=os.path.join(os.path.dirname(__file__), "static"),
debug=True
)
~~~
在这里，我们设置了一个当前应用目录下名为static的子目录作为static_path的参数。现在应用将以读取static目录下的filename.ext来响应诸如/static/filename.ext的请求，并在响应的主体中返回。
#### 2.3.2.2 使用static_url生成静态URL
Tornado模板模块提供了一个叫作static_url的函数来生成static目录下文件的URL。让我们来看看在index.html中static_url的调用的示例代码：
~~~
<link rel="stylesheet" href="{{ static_url("style.css") }}">
~~~
这个对static_url的调用生成了URL的值，并渲染输出类似下面的代码：
~~~
<link rel="stylesheet" href="/static/style.css?v=ab12">
~~~
那么为什么使用static_url而不是在你的模板中硬编码呢？有如下几个原因。其一，static_url函数创建了一个基于文件内容的hash值，并将其添加到URL末尾（查询字符串的参数v）。这个hash值确保浏览器总是加载一个文件的最新版而不是之前的缓存版本。无论是在你应用的开发阶段，还是在部署到生产环境使用时，都非常有用，因为你的用户不必再为了看到你的静态内容而清除浏览器缓存了。
另一个好处是你可以改变你应用URL的结构，而不需要改变模板中的代码。例如，你可以配置Tornado响应来自像路径/s/filename.ext的请求时提供静态内容，而不是默认的/static路径。如果你使用static_url而不是硬编码的话，你的代码不需要改变。比如说，你想把静态资源从我们刚才使用的/static目录移到新的/s目录。你可以简单地改变静态路径由static变为s，然后每个使用static_url包裹的引用都会被自动更新。如果你在每个引用静态资源的文件中硬编码静态路径部分，你将不得不手动修改每个模板。
### 2.3.3 模板的下一步
到目前为止，你已经能够处理Tornado模板系统的简单功能了。对于像Alpha Munger这样简单的Web应用而言，基础的功能对你而言足够用了。但是我们在模板部分的学习并没有结束。Tornado在块和模块的形式上仍然有一些技巧，这两个功能使得编写和维护复杂的Web应用更加简单。我们将在第三章中看到这些功能。
