编程 Javascript Vue.js

深入了解Vue3模板编译原理

Posted in Vue.js onNovember 19, 2020

Vue 的编译模块包含 4 个目录：

compiler-core
compiler-dom // 浏览器
compiler-sfc // 单文件组件
compiler-ssr // 服务端渲染

其中 compiler-core 模块是 Vue 编译的核心模块，并且是平台无关的。而剩下的三个都是在 compiler-core 的基础上针对不同的平台作了适配处理。

Vue 的编译分为三个阶段，分别是：parse、transform、codegen。

其中 parse 阶段将模板字符串转化为语法抽象树 AST。transform 阶段则是对 AST 进行了一些转换处理。codegen 阶段根据 AST 生成对应的 render 函数字符串。

Parse

Vue 在解析模板字符串时，可分为两种情况：以 < 开头的字符串和不以 < 开头的字符串。

不以 < 开头的字符串有两种情况：它是文本节点或 {{ exp }} 插值表达式。

而以 < 开头的字符串又分为以下几种情况：

元素开始标签 <div>
元素结束标签 </div>
注释节点
文档声明 <!DOCTYPE html>

用伪代码表示，大概过程如下：

e (s.length) {
 if (startsWith(s, '{{')) {
  // 如果以 '{{' 开头
  node = parseInterpolation(context, mode)
 } else if (s[0] === '<') {
  // 以 < 标签开头
  if (s[1] === '!') {
   if (startsWith(s, '<!--')) {
    // 注释
    node = parseComment(context)
   } else if (startsWith(s, '<!DOCTYPE')) {
    // 文档声明，当成注释处理
    node = parseBogusComment(context)
   }
  } else if (s[1] === '/') {
   // 结束标签
   parseTag(context, TagType.End, parent)
  } else if (/[a-z]/i.test(s[1])) {
   // 开始标签
   node = parseElement(context, ancestors)
  }
 } else {
  // 普通文本节点
  node = parseText(context, mode)
 }
}

在源码中对应的几个函数分别是：

parseChildren() ，主入口。
parseInterpolation() ，解析双花插值表达式。
parseComment() ，解析注释。
parseBogusComment() ，解析文档声明。
parseTag() ，解析标签。
parseElement() ，解析元素节点，它会在内部执行 parseTag() 。
parseText() ，解析普通文本。
parseAttribute() ，解析属性。

每解析完一个标签、文本、注释等节点时，Vue 就会生成对应的 AST 节点，并且 会把已经解析完的字符串给截断 。

对字符串进行截断使用的是 advanceBy(context, numberOfCharacters) 函数，context 是字符串的上下文对象，numberOfCharacters 是要截断的字符数。

我们用一个简单的例子来模拟一下截断操作：

<div name="test">
 <p></p>
</div>

首先解析 <div ，然后执行 advanceBy(context, 4) 进行截断操作（内部执行的是 s = s.slice(4) ），变成：

name="test">
 <p></p>
</div>

再解析属性，并截断，变成：

<p></p>
</div>

同理，后面的截断情况为：

></p>
</div>

</div>

<!-- 所有字符串已经解析完 -->

AST 节点

所有的 AST 节点定义都在 compiler-core/ast.ts 文件中，下面是一个元素节点的定义：

rt interface BaseElementNode extends Node {
 type: NodeTypes.ELEMENT // 类型
 ns: Namespace // 命名空间 默认为 HTML，即 0
 tag: string // 标签名
 tagType: ElementTypes // 元素类型
 isSelfClosing: boolean // 是否是自闭合标签 例如 <br/> <hr/>
 props: Array<AttributeNode | DirectiveNode> // props 属性，包含 HTML 属性和指令
 children: TemplateChildNode[] // 字节点
}

一些简单的要点已经讲完了，下面我们再从一个比较复杂的例子来详细讲解一下 parse 的处理过程。

<div name="test">
 <!-- 这是注释 -->
 <p>{{ test }}</p>
 一个文本节点
 <div>good job!</div>
</div>

上面的模板字符串假设为 s，第一个字符 s[0] 是 < 开头，那说明它只能是刚才所说的四种情况之一。这时需要再看一下 s[1] 的字符是什么：

如果是 ! ，则调用字符串原生方法 startsWith() 看看是以 '<!--' 开头还是以 '<!DOCTYPE' 开头。虽然这两者对应的处理函数不一样，但它们最终都是解析为注释节点。
如果是 / ，则按结束标签处理。
如果不是 / ，则按开始标签处理。

从我们的示例来看，这是一个 <div> 开始标签。

这里还有一点要提一下，Vue 会用一个栈 stack 来保存解析到的元素标签。当它遇到开始标签时，会将这个标签推入栈，遇到结束标签时，将刚才的标签弹出栈。它的作用是保存当前已经解析了，但还没解析完的元素标签。这个栈还有另一个作用，在解析到某个字节点时，通过 stack[stack.length - 1] 可以获取它的父元素。

从我们的示例来看，它的出入栈顺序是这样的：

1. [div] // div 入栈
2. [div, p] // p 入栈
3. [div] // p 出栈
4. [div, div] // div 入栈
5. [div] // div 出栈
6. [] // 最后一个 div 出栈，模板字符串已解析完，这时栈为空

接着上文继续分析我们的示例，这时已经知道是 div 标签了，接下来会把已经解析完的 <div 字符串截断，然后解析它的属性。

Vue 的属性有两种情况：

HTML 普通属性
Vue 指令

根据属性的不同生成的节点不同，HTML 普通属性节点 type 为 6，Vue 指令节点 type 为 7。

所有的节点类型值如下：

ROOT, // 根节点 0
ELEMENT, // 元素节点 1
TEXT, // 文本节点 2
COMMENT, // 注释节点 3
SIMPLE_EXPRESSION, // 表达式 4
INTERPOLATION, // 双花插值 {{ }} 5
ATTRIBUTE, // 属性 6
DIRECTIVE, // 指令 7

属性解析完后， div 开始标签也就解析完了， <div name="test"> 这一行字符串已经被截断。现在剩下的字符串如下：

<!-- 这是注释 -->
 <p>{{ test }}</p>
 一个文本节点
 <div>good job!</div>
</div>

注释文本和普通文本节点解析规则都很简单，直接截断，生成节点。注释文本调用 parseComment() 函数处理，文本节点调用 parseText() 处理。

双花插值的字符串处理逻辑稍微复杂点，例如示例中的 {{ test }} ：

先将双花括号中的内容提取出来，即 test ，再对它执行 trim() ，去除空格。
然后会生成两个节点，一个节点是 INTERPOLATION ，type 为 5，表示它是双花插值。
第二个节点是它的内容，即 test ，它会生成一个 SIMPLE_EXPRESSION 节点，type 为 4。

turn {
 type: NodeTypes.INTERPOLATION, // 双花插值类型
 content: {
 type: NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION,
 isStatic: false, // 非静态节点
 isConstant: false,
 content,
 loc: getSelection(context, innerStart, innerEnd)
 },
 loc: getSelection(context, start)
}

剩下的字符串解析逻辑和上文的差不多，就不解释了，最后这个示例解析出来的 AST 如下所示：

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从 AST 上，我们还能看到某些节点上有一些别的属性：

ns，命名空间，一般为 HTML，值为 0。
loc，它是一个位置信息，表明这个节点在源 HTML 字符串中的位置，包含行，列，偏移量等信息。
{{ test }} 解析出来的节点会有一个 isStatic 属性，值为 false，表示这是一个动态节点。如果是静态节点，则只会生成一次，并且在后面的阶段一直复用同一个，不用进行 diff 比较

另外还有一个 tagType 属性，它有 4 个值：

t const enum ElementTypes {
 ELEMENT, // 0 元素节点
 COMPONENT, // 1 组件
 SLOT, // 2 插槽
 TEMPLATE // 3 模板
}

主要用于区分上述四种类型节点。

Transform

在 transform 阶段，Vue 会对 AST 进行一些转换操作，主要是根据不同的 AST 节点添加不同的选项参数，这些参数在 codegen 阶段会用到。下面列举一些比较重要的选项：

cacheHandlers

如果 cacheHandlers 的值为 true，则表示开启事件函数缓存。例如 @click="foo" 默认编译为 { onClick: foo } ，如果开启了这个选项，则编译为

{ onClick: _cache[0] || (_cache[0] = e => _ctx.foo(e)) }

hoistStatic

hoistStatic 是一个标识符，表示要不要开启静态节点提升。如果值为 true，静态节点将被提升到 render() 函数外面生成，并被命名为 _hoisted_x 变量。

例如 一个文本节点 生成的代码为 const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/_createTextVNode(" 一个文本节点 ") 。

下面两张图，前者是 hoistStatic = false ，后面是 hoistStatic = true 。大家可以在网站上自己试一下。

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prefixIdentifiers

这个参数的作用是用于代码生成。例如 {{ foo }} 在 module 模式下生成的代码为 _ctx.foo ，而在 function 模式下是 with (this) { ... } 。因为在 module 模式下，默认为严格模式，不能使用 with 语句。

PatchFlags

transform 在对 AST 节点进行转换时，会打上 patchflag 参数，这个参数主要用于 diff 比较过程。当 DOM 节点有这个标志并且大于 0，就代表要更新，没有就跳过。

我们来看一下 patchflag 的取值范围：

enum PatchFlags {
 // 动态文本节点
 TEXT = 1,

 // 动态 class
 CLASS = 1 << 1, // 2

 // 动态 style
 STYLE = 1 << 2, // 4

 // 动态属性，但不包含类名和样式
 // 如果是组件，则可以包含类名和样式
 PROPS = 1 << 3, // 8

 // 具有动态 key 属性，当 key 改变时，需要进行完整的 diff 比较。
 FULL_PROPS = 1 << 4, // 16

 // 带有监听事件的节点
 HYDRATE_EVENTS = 1 << 5, // 32

 // 一个不会改变子节点顺序的 fragment
 STABLE_FRAGMENT = 1 << 6, // 64

 // 带有 key 属性的 fragment 或部分子字节有 key
 KEYED_FRAGMENT = 1 << 7, // 128

 // 子节点没有 key 的 fragment
 UNKEYED_FRAGMENT = 1 << 8, // 256

 // 一个节点只会进行非 props 比较
 NEED_PATCH = 1 << 9, // 512

 // 动态 slot
 DYNAMIC_SLOTS = 1 << 10, // 1024

 // 静态节点
 HOISTED = -1,

 // 指示在 diff 过程应该要退出优化模式
 BAIL = -2
}

从上述代码可以看出 patchflag 使用一个 11 位的位图来表示不同的值，每个值都有不同的含义。Vue 在 diff 过程会根据不同的 patchflag 使用不同的 patch 方法。

下图是经过 transform 后的 AST：

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可以看到 codegenNode、helpers 和 hoists 已经被填充上了相应的值。codegenNode 是生成代码要用到的数据，hoists 存储的是静态节点，helpers 存储的是创建 VNode 的函数名称（其实是 Symbol）。

在正式开始 transform 前，需要创建一个 transformContext，即 transform 上下文。和这三个属性有关的数据和方法如下：

helpers: new Set(),
hoists: [],

// methods
helper(name) {
 context.helpers.add(name)
 return name
},
helperString(name) {
 return `_${helperNameMap[context.helper(name)]}`
},
hoist(exp) {
 context.hoists.push(exp)
 const identifier = createSimpleExpression(
 `_hoisted_${context.hoists.length}`,
 false,
 exp.loc,
 true
 )
 identifier.hoisted = exp
 return identifier
},

我们来看一下具体的 transform 过程是怎样的，用 <p>{{ test }}</p> 来做示例。

这个节点对应的是 transformElement() 转换函数，由于 p 没有绑定动态属性，没有绑定指令，所以重点不在它，而是在 {{ test }} 上。 {{ test }} 是一个双花插值表达式，所以将它的 patchFlag 设为 1（动态文本节点），对应的执行代码是 patchFlag |= 1 。然后再执行 createVNodeCall() 函数，它的返回值就是这个节点的 codegenNode 值。

node.codegenNode = createVNodeCall(
 context,
 vnodeTag,
 vnodeProps,
 vnodeChildren,
 vnodePatchFlag,
 vnodeDynamicProps,
 vnodeDirectives,
 !!shouldUseBlock,
 false /* disableTracking */,
 node.loc
)

createVNodeCall() 根据这个节点添加了一个 createVNode Symbol 符号，它放在 helpers 里。其实就是要在代码生成阶段引入的帮助函数。

// createVNodeCall() 内部执行过程，已删除多余的代码
context.helper(CREATE_VNODE)

return {
 type: NodeTypes.VNODE_CALL,
 tag,
 props,
 children,
 patchFlag,
 dynamicProps,
 directives,
 isBlock,
 disableTracking,
 loc
}

hoists

一个节点是否添加到 hoists 中，主要看它是不是静态节点，并且需要将 hoistStatic 设为 true。

<div name="test"> // 属性静态节点
 <!-- 这是注释 -->
 <p>{{ test }}</p>
 一个文本节点 // 静态节点
 <div>good job!</div> // 静态节点
</div>

可以看到，上面有三个静态节点，所以 hoists 数组有 3 个值。并且无论静态节点嵌套有多深，都会被提升到 hoists 中。

type 变化

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从上图可以看到，最外层的 div 的 type 原来为 1，经过 transform 生成的 codegenNode 中的 type 变成了 13。这个 13 是代码生成对应的类型 VNODE_CALL 。另外还有:

// codegen
VNODE_CALL, // 13
JS_CALL_EXPRESSION, // 14
JS_OBJECT_EXPRESSION, // 15
JS_PROPERTY, // 16
JS_ARRAY_EXPRESSION, // 17
JS_FUNCTION_EXPRESSION, // 18
JS_CONDITIONAL_EXPRESSION, // 19
JS_CACHE_EXPRESSION, // 20

刚才提到的例子 {{ test }} ，它的 codegenNode 就是通过调用 createVNodeCall() 生成的：

{
 type: NodeTypes.VNODE_CALL,
 tag,
 props,
 children,
 patchFlag,
 dynamicProps,
 directives,
 isBlock,
 disableTracking,
 loc
}

可以从上述代码看到，type 被设置为 NodeTypes.VNODE_CALL，即 13。

每个不同的节点都由不同的 transform 函数来处理，由于篇幅有限，具体代码请自行查阅。

Codegen

代码生成阶段最后生成了一个字符串，我们把字符串的双引号去掉，看一下具体的内容是什么：

nst _Vue = Vue
const { createVNode: _createVNode, createCommentVNode: _createCommentVNode, createTextVNode: _createTextVNode } = _Vue

const _hoisted_1 = { name: "test" }
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/_createTextVNode(" 一个文本节点 ")
const _hoisted_3 = /*#__PURE__*/_createVNode("div", null, "good job!", -1 /* HOISTED */)

return function render(_ctx, _cache) {
 with (_ctx) {
 const { createCommentVNode: _createCommentVNode, toDisplayString: _toDisplayString, createVNode: _createVNode, createTextVNode: _createTextVNode, openBlock: _openBlock, createBlock: _createBlock } = _Vue

 return (_openBlock(), _createBlock("div", _hoisted_1, [
  _createCommentVNode(" 这是注释 "),
  _createVNode("p", null, _toDisplayString(test), 1 /* TEXT */),
  _hoisted_2,
  _hoisted_3
 ]))
 }
}

代码生成模式

可以看到上述代码最后返回一个 render() 函数，作用是生成对应的 VNode。

其实代码生成有两种模式：module 和 function，由标识符 prefixIdentifiers 决定使用哪种模式。

function 模式的特点是：使用 const { helpers... } = Vue 的方式来引入帮助函数，也就是是 createVode() createCommentVNode() 这些函数。向外导出使用 return 返回整个 render() 函数。

module 模式的特点是：使用 es6 模块来导入导出函数，也就是使用 import 和 export。

静态节点

另外还有三个变量是用 _hoisted_ 命名的，后面跟着数字，代表这是第几个静态变量。再看一下 parse 阶段的 HTML 模板字符串：

<div name="test">
 <!-- 这是注释 -->
 <p>{{ test }}</p>
 一个文本节点
 <div>good job!</div>
</div>

这个示例只有一个动态节点，即 {{ test }} ，剩下的全是静态节点。从生成的代码中也可以看出，生成的节点和模板中的代码是一一对应的。静态节点的作用就是只生成一次，以后直接复用。

细心的网友可能发现了 _hoisted_2 和 _hoisted_3 变量中都有一个 /*#__PURE__*/ 注释。

这个注释的作用是表示这个函数是纯函数，没有副作用，主要用于 tree-shaking。压缩工具在打包时会将未被使用的代码直接删除（shaking 摇掉）。

再来看一下生成动态节点 {{ test }} 的代码： _createVNode("p", null, _toDisplayString(test), 1 /* TEXT */) 。

其中 _toDisplayString(test) 的内部实现是：

n val == null
 ? ''
 : isObject(val)
  ? JSON.stringify(val, replacer, 2)
  : String(val)

代码很简单，就是转成字符串输出。

而 _createVNode("p", null, _toDisplayString(test), 1 /* TEXT */) 最后一个参数 1 就是 transform 添加的 patchflag 了。

帮助函数 helpers

在 transform、codegen 这两个阶段，我们都能看到 helpers 的影子，到底 helpers 是干什么用的？

// Name mapping for runtime helpers that need to be imported from 'vue' in
// generated code. Make sure these are correctly exported in the runtime!
// Using `any` here because TS doesn't allow symbols as index type.
export const helperNameMap: any = {
 [FRAGMENT]: `Fragment`,
 [TELEPORT]: `Teleport`,
 [SUSPENSE]: `Suspense`,
 [KEEP_ALIVE]: `KeepAlive`,
 [BASE_TRANSITION]: `BaseTransition`,
 [OPEN_BLOCK]: `openBlock`,
 [CREATE_BLOCK]: `createBlock`,
 [CREATE_VNODE]: `createVNode`,
 [CREATE_COMMENT]: `createCommentVNode`,
 [CREATE_TEXT]: `createTextVNode`,
 [CREATE_STATIC]: `createStaticVNode`,
 [RESOLVE_COMPONENT]: `resolveComponent`,
 [RESOLVE_DYNAMIC_COMPONENT]: `resolveDynamicComponent`,
 [RESOLVE_DIRECTIVE]: `resolveDirective`,
 [WITH_DIRECTIVES]: `withDirectives`,
 [RENDER_LIST]: `renderList`,
 [RENDER_SLOT]: `renderSlot`,
 [CREATE_SLOTS]: `createSlots`,
 [TO_DISPLAY_STRING]: `toDisplayString`,
 [MERGE_PROPS]: `mergeProps`,
 [TO_HANDLERS]: `toHandlers`,
 [CAMELIZE]: `camelize`,
 [CAPITALIZE]: `capitalize`,
 [SET_BLOCK_TRACKING]: `setBlockTracking`,
 [PUSH_SCOPE_ID]: `pushScopeId`,
 [POP_SCOPE_ID]: `popScopeId`,
 [WITH_SCOPE_ID]: `withScopeId`,
 [WITH_CTX]: `withCtx`
}

export function registerRuntimeHelpers(helpers: any) {
 Object.getOwnPropertySymbols(helpers).forEach(s => {
 helperNameMap[s] = helpers[s]
 })
}

其实帮助函数就是在代码生成时从 Vue 引入的一些函数，以便让程序正常执行，从上面生成的代码中就可以看出来。而 helperNameMap 是默认的映射表名称，这些名称就是要从 Vue 引入的函数名称。

另外，我们还能看到一个注册函数 registerRuntimeHelpers(helpers: any() ，它是干什么用的呢？

我们知道编译模块 compiler-core 是平台无关的，而 compiler-dom 是浏览器相关的编译模块。为了能在浏览器正常运行 Vue 程序，就得把浏览器相关的 Vue 数据和函数导入进来。 registerRuntimeHelpers(helpers: any() 正是用来做这件事的，从 compiler-dom 的 runtimeHelpers.ts 文件就能看出来：

registerRuntimeHelpers({
 [V_MODEL_RADIO]: `vModelRadio`,
 [V_MODEL_CHECKBOX]: `vModelCheckbox`,
 [V_MODEL_TEXT]: `vModelText`,
 [V_MODEL_SELECT]: `vModelSelect`,
 [V_MODEL_DYNAMIC]: `vModelDynamic`,
 [V_ON_WITH_MODIFIERS]: `withModifiers`,
 [V_ON_WITH_KEYS]: `withKeys`,
 [V_SHOW]: `vShow`,
 [TRANSITION]: `Transition`,
 [TRANSITION_GROUP]: `TransitionGroup`
})

它运行 registerRuntimeHelpers(helpers: any() ，往映射表注入了浏览器相关的部分函数。

helpers 是怎么使用的呢?

在 parse 阶段，解析到不同节点时会生成对应的 type。

在 transform 阶段，会生成一个 helpers，它是一个 set 数据结构。每当它转换 AST 时，都会根据 AST 节点的 type 添加不同的 helper 函数。

例如，假设它现在正在转换的是一个注释节点，它会执行 context.helper(CREATE_COMMENT) ，内部实现相当于 helpers.add('createCommentVNode') 。然后在 codegen 阶段，遍历 helpers，将程序需要的函数从 Vue 里导入，代码实现如下：

// 这是 module 模式
`import { ${ast.helpers
 .map(s => `${helperNameMap[s]} as _${helperNameMap[s]}`)
 .join(', ')} } from ${JSON.stringify(runtimeModuleName)}\n`

如何生成代码？

从 codegen.ts 文件中，可以看到很多代码生成函数：

generate() // 代码生成入口文件
genFunctionExpression() // 生成函数表达式
genNode() // 生成 Vnode 节点
...

生成代码则是根据不同的 AST 节点调用不同的代码生成函数，最终将代码字符串拼在一起，输出一个完整的代码字符串。

老规矩，还是看一个例子：

t _hoisted_1 = { name: "test" }
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/_createTextVNode(" 一个文本节点 ")
const _hoisted_3 = /*#__PURE__*/_createVNode("div", null, "good job!", -1 /* HOISTED */)

看一下这段代码是怎么生成的，首先执行 genHoists(ast.hoists, context) ，将 transform 生成的静态节点数组 hoists 作为第一个参数。 genHoists() 内部实现：

hoists.forEach((exp, i) => {
 if (exp) {
  push(`const _hoisted_${i + 1} = `);
  genNode(exp, context);
  newline();
 }
})

从上述代码可以看到，遍历 hoists 数组，调用 genNode(exp, context) 。 genNode() 根据不同的 type 执行不同的函数。

st _hoisted_1 = { name: "test" }

这一行代码中的 const _hoisted_1 = 由 genHoists() 生成， { name: "test" } 由 genObjectExpression() 生成。同理，剩下的两行代码生成过程也是如此，只是最终调用的函数不同。

到此这篇关于深入了解Vue3模板编译原理的文章就介绍到这了,更多相关Vue3模板编译内容请搜索三水点靠木以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持三水点靠木！

深入了解Vue3模板编译原理

- Author -

谭光志

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