聊聊Vue.js的template编译

写在前面

因为对Vue.js很感兴趣，而且平时工作的技术栈也是Vue.js，这几个月花了些时间研究学习了一下Vue.js源码，并做了总结与输出。

文章的原地址：https://github.com/answershuto/learnVue。

在学习过程中，为Vue加上了中文的注释https://github.com/answershuto/learnVue/tree/master/vue-src，希望可以对其他想学习Vue源码的小伙伴有所帮助。

可能会有理解存在偏差的地方，欢迎提issue指出，共同学习，共同进步。

$mount

首先看一下mount的代码

/*把原本不带编译的$mount方法保存下来，在最后会调用。*/
const mount = Vue.prototype.$mount
/*挂载组件，带模板编译*/
Vue.prototype.$mount = function (
  el?: string | Element,
  hydrating?: boolean
): Component {
  el = el && query(el)

  /* istanbul ignore if */
  if (el === document.body || el === document.documentElement) {
    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
      `Do not mount Vue to <html> or <body> - mount to normal elements instead.`
    )
    return this
  }

  const options = this.$options
  // resolve template/el and convert to render function
  /*处理模板templete，编译成render函数，render不存在的时候才会编译template，否则优先使用render*/
  if (!options.render) {
    let template = options.template
    /*template存在的时候取template，不存在的时候取el的outerHTML*/
    if (template) {
      /*当template是字符串的时候*/
      if (typeof template === 'string') {
        if (template.charAt(0) === '#') {
          template = idToTemplate(template)
          /* istanbul ignore if */
          if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !template) {
            warn(
              `Template element not found or is empty: ${options.template}`,
              this
            )
          }
        }
      } else if (template.nodeType) {
        /*当template为DOM节点的时候*/
        template = template.innerHTML
      } else {
        /*报错*/
        if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
          warn('invalid template option:' + template, this)
        }
        return this
      }
    } else if (el) {
      /*获取element的outerHTML*/
      template = getOuterHTML(el)
    }
    if (template) {
      /* istanbul ignore if */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
        mark('compile')
      }

      /*将template编译成render函数，这里会有render以及staticRenderFns两个返回，这是vue的编译时优化，static静态不需要在VNode更新时进行patch，优化性能*/
      const { render, staticRenderFns } = compileToFunctions(template, {
        shouldDecodeNewlines,
        delimiters: options.delimiters
      }, this)
      options.render = render
      options.staticRenderFns = staticRenderFns

      /* istanbul ignore if */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
        mark('compile end')
        measure(`${this._name} compile`, 'compile', 'compile end')
      }
    }
  }
  /*Github:https://github.com/answershuto*/
  /*调用const mount = Vue.prototype.$mount保存下来的不带编译的mount*/
  return mount.call(this, el, hydrating)
}

通过mount代码我们可以看到，在mount的过程中，如果render函数不存在（render函数存在会优先使用render）会将template进行compileToFunctions得到render以及staticRenderFns。譬如说手写组件时加入了template的情况都会在运行时进行编译。而render function在运行后会返回VNode节点，供页面的渲染以及在update的时候patch。接下来我们来看一下template是如何编译的。

一些基础

首先，template会被编译成AST语法树，那么AST是什么？

在计算机科学中，抽象语法树（abstract syntax tree或者缩写为AST），或者语法树（syntax tree），是源代码的抽象语法结构的树状表现形式，这里特指编程语言的源代码。具体可以查看抽象语法树。

AST会经过generate得到render函数，render的返回值是VNode，VNode是Vue的虚拟DOM节点，具体定义如下：

export default class VNode {
  tag: string | void;
  data: VNodeData | void;
  children: ?Array<VNode>;
  text: string | void;
  elm: Node | void;
  ns: string | void;
  context: Component | void; // rendered in this component's scope
  functionalContext: Component | void; // only for functional component root nodes
  key: string | number | void;
  componentOptions: VNodeComponentOptions | void;
  componentInstance: Component | void; // component instance
  parent: VNode | void; // component placeholder node
  raw: boolean; // contains raw HTML? (server only)
  isStatic: boolean; // hoisted static node
  isRootInsert: boolean; // necessary for enter transition check
  isComment: boolean; // empty comment placeholder?
  isCloned: boolean; // is a cloned node?
  isOnce: boolean; // is a v-once node?
  /*Github:https://github.com/answershuto*/
  
  constructor (
    tag?: string,
    data?: VNodeData,
    children?: ?Array<VNode>,
    text?: string,
    elm?: Node,
    context?: Component,
    componentOptions?: VNodeComponentOptions
  ) {
    /*当前节点的标签名*/
    this.tag = tag
    /*当前节点对应的对象，包含了具体的一些数据信息，是一个VNodeData类型，可以参考VNodeData类型中的数据信息*/
    this.data = data
    /*当前节点的子节点，是一个数组*/
    this.children = children
    /*当前节点的文本*/
    this.text = text
    /*当前虚拟节点对应的真实dom节点*/
    this.elm = elm
    /*当前节点的名字空间*/
    this.ns = undefined
    /*编译作用域*/
    this.context = context
    /*函数化组件作用域*/
    this.functionalContext = undefined
    /*节点的key属性，被当作节点的标志，用以优化*/
    this.key = data && data.key
    /*组件的option选项*/
    this.componentOptions = componentOptions
    /*当前节点对应的组件的实例*/
    this.componentInstance = undefined
    /*当前节点的父节点*/
    this.parent = undefined
    /*简而言之就是是否为原生HTML或只是普通文本，innerHTML的时候为true，textContent的时候为false*/
    this.raw = false
    /*静态节点标志*/
    this.isStatic = false
    /*是否作为跟节点插入*/
    this.isRootInsert = true
    /*是否为注释节点*/
    this.isComment = false
    /*是否为克隆节点*/
    this.isCloned = false
    /*是否有v-once指令*/
    this.isOnce = false
  }

  // DEPRECATED: alias for componentInstance for backwards compat.
  /* istanbul ignore next */
  get child (): Component | void {
    return this.componentInstance
  }
}

关于VNode的一些细节，请参考VNode节点。

createCompiler

createCompiler用以创建编译器，返回值是compile以及compileToFunctions。compile是一个编译器，它会将传入的template转换成对应的AST树、render函数以及staticRenderFns函数。而compileToFunctions则是带缓存的编译器，同时staticRenderFns以及render函数会被转换成Funtion对象。

因为不同平台有一些不同的options，所以createCompiler会根据平台区分传入一个baseOptions，会与compile本身传入的options合并得到最终的finalOptions。

compileToFunctions

首先还是贴一下compileToFunctions的代码。

  /*带缓存的编译器，同时staticRenderFns以及render函数会被转换成Funtion对象*/
  function compileToFunctions (
    template: string,
    options?: CompilerOptions,
    vm?: Component
  ): CompiledFunctionResult {
    options = options || {}

    /* istanbul ignore if */
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      // detect possible CSP restriction
      try {
        new Function('return 1')
      } catch (e) {
        if (e.toString().match(/unsafe-eval|CSP/)) {
          warn(
            'It seems you are using the standalone build of Vue.js in an ' +
            'environment with Content Security Policy that prohibits unsafe-eval. ' +
            'The template compiler cannot work in this environment. Consider ' +
            'relaxing the policy to allow unsafe-eval or pre-compiling your ' +
            'templates into render functions.'
          )
        }
      }
    }
    /*Github:https://github.com/answershuto*/
    // check cache
    /*有缓存的时候直接取出缓存中的结果即可*/
    const key = options.delimiters
      ? String(options.delimiters) + template
      : template
    if (functionCompileCache[key]) {
      return functionCompileCache[key]
    }

    // compile
    /*编译*/
    const compiled = compile(template, options)

    // check compilation errors/tips
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (compiled.errors && compiled.errors.length) {
        warn(
          `Error compiling template:\n\n${template}\n\n` +
          compiled.errors.map(e => `- ${e}`).join('\n') + '\n',
          vm
        )
      }
      if (compiled.tips && compiled.tips.length) {
        compiled.tips.forEach(msg => tip(msg, vm))
      }
    }

    // turn code into functions
    const res = {}
    const fnGenErrors = []
    /*将render转换成Funtion对象*/
    res.render = makeFunction(compiled.render, fnGenErrors)
    /*将staticRenderFns全部转化成Funtion对象 */
    const l = compiled.staticRenderFns.length
    res.staticRenderFns = new Array(l)
    for (let i = 0; i < l; i++) {
      res.staticRenderFns[i] = makeFunction(compiled.staticRenderFns[i], fnGenErrors)
    }

    // check function generation errors.
    // this should only happen if there is a bug in the compiler itself.
    // mostly for codegen development use
    /* istanbul ignore if */
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if ((!compiled.errors || !compiled.errors.length) && fnGenErrors.length) {
        warn(
          `Failed to generate render function:\n\n` +
          fnGenErrors.map(({ err, code }) => `${err.toString()} in\n\n${code}\n`).join('\n'),
          vm
        )
      }
    }

    /*存放在缓存中，以免每次都重新编译*/
    return (functionCompileCache[key] = res) 
  }

我们可以发现，在闭包中，会有一个functionCompileCache对象作为缓存器。

  /*作为缓存，防止每次都重新编译*/
  const functionCompileCache: {
    [key: string]: CompiledFunctionResult;
  } = Object.create(null)

在进入compileToFunctions以后，会先检查缓存中是否有已经编译好的结果，如果有结果则直接从缓存中读取。这样做防止每次同样的模板都要进行重复的编译工作。

    // check cache
    /*有缓存的时候直接取出缓存中的结果即可*/
    const key = options.delimiters
      ? String(options.delimiters) + template
      : template
    if (functionCompileCache[key]) {
      return functionCompileCache[key]
    }

在compileToFunctions的末尾会将编译结果进行缓存

  /*存放在缓存中，以免每次都重新编译*/
  return (functionCompileCache[key] = res)

compile

  /*编译，将模板template编译成AST树、render函数以及staticRenderFns函数*/
  function compile (
    template: string,
    options?: CompilerOptions
  ): CompiledResult {
    const finalOptions = Object.create(baseOptions)
    const errors = []
    const tips = []
    finalOptions.warn = (msg, tip) => {
      (tip ? tips : errors).push(msg)
    }

    /*做下面这些merge的目的因为不同平台可以提供自己本身平台的一个baseOptions，内部封装了平台自己的实现，然后把共同的部分抽离开来放在这层compiler中，所以在这里需要merge一下*/
    if (options) {
      // merge custom modules
      /*合并modules*/
      if (options.modules) {
        finalOptions.modules = (baseOptions.modules || []).concat(options.modules)
      }
      // merge custom directives
      if (options.directives) {
        /*合并directives*/
        finalOptions.directives = extend(
          Object.create(baseOptions.directives),
          options.directives
        )
      }
      // copy other options
      for (const key in options) {
        /*合并其余的options，modules与directives已经在上面做了特殊处理了*/
        if (key !== 'modules' && key !== 'directives') {
          finalOptions[key] = options[key]
        }
      }
    }

    /*基础模板编译，得到编译结果*/
    const compiled = baseCompile(template, finalOptions)
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      errors.push.apply(errors, detectErrors(compiled.ast))
    }
    compiled.errors = errors
    compiled.tips = tips
    return compiled
  }

compile主要做了两件事，一件是合并option（前面说的将平台自有的option与传入的option进行合并），另一件是baseCompile，进行模板template的编译。

来看一下baseCompile

baseCompile

function baseCompile (
  template: string,
  options: CompilerOptions
): CompiledResult {
  /*parse解析得到ast树*/
  const ast = parse(template.trim(), options)
  /*
    将AST树进行优化
    优化的目标：生成模板AST树，检测不需要进行DOM改变的静态子树。
    一旦检测到这些静态树，我们就能做以下这些事情：
    1.把它们变成常数，这样我们就再也不需要每次重新渲染时创建新的节点了。
    2.在patch的过程中直接跳过。
 */
  optimize(ast, options)
  /*根据ast树生成所需的code（内部包含render与staticRenderFns）*/
  const code = generate(ast, options)
  return {
    ast,
    render: code.render,
    staticRenderFns: code.staticRenderFns
  }
}

baseCompile首先会将模板template进行parse得到一个AST语法树，再通过optimize做一些优化，最后通过generate得到render以及staticRenderFns。

parse

parse的源码可以参见https://github.com/answershuto/learnVue/blob/master/vue-src/compiler/parser/index.js#L53。

parse会用正则等方式解析template模板中的指令、class、style等数据，形成AST语法树。

optimize

optimize的主要作用是标记static静态节点，这是Vue在编译过程中的一处优化，后面当update更新界面时，会有一个patch的过程，diff算法会直接跳过静态节点，从而减少了比较的过程，优化了patch的性能。

generate

generate是将AST语法树转化成render funtion字符串的过程，得到结果是render的字符串以及staticRenderFns字符串。

至此，我们的template模板已经被转化成了我们所需的AST语法树、render function字符串以及staticRenderFns字符串。

举个例子

来看一下这段代码的编译结果

<div class="main" :class="bindClass">
    <div>{{text}}</div>
    <div>hello world</div>
    <div v-for="(item, index) in arr">
        <p>{{item.name}}</p>
        <p>{{item.value}}</p>
        <p>{{index}}</p>
        <p>---</p>
    </div>
    <div v-if="text">
        {{text}}
    </div>
    <div v-else></div>
</div>

转化后得到AST树，如下图：

我们可以看到最外层的div是这颗AST树的根节点，节点上有许多数据代表这个节点的形态，比如static表示是否是静态节点，staticClass表示静态class属性（非bind:class）。children代表该节点的子节点，可以看到children是一个长度为4的数组，里面包含的是该节点下的四个div子节点。children里面的节点与父节点的结构类似，层层往下形成一棵AST语法树。

再来看看由AST得到的render函数

with(this){
    return _c(  'div',
                {
                    /*static class*/
                    staticClass:"main",
                    /*bind class*/
                    class:bindClass
                },
                [
                    _c( 'div', [_v(_s(text))]),
                    _c('div',[_v("hello world")]),
                    /*这是一个v-for循环*/
                    _l(
                        (arr),
                        function(item,index){
                            return _c(  'div',
                                        [_c('p',[_v(_s(item.name))]),
                                        _c('p',[_v(_s(item.value))]),
                                        _c('p',[_v(_s(index))]),
                                        _c('p',[_v("---")])]
                                    )
                        }
                    ),
                    /*这是v-if*/
                    (text)?_c('div',[_v(_s(text))]):_c('div',[_v("no text")])],
                    2
            )
}

_c，_v，_s，_q

看了render function字符串，发现有大量的_c，_v，_s，_q，这些函数究竟是什么？

带着问题，我们来看一下core/instance/render。

/*处理v-once的渲染函数*/
  Vue.prototype._o = markOnce
  /*将字符串转化为数字，如果转换失败会返回原字符串*/
  Vue.prototype._n = toNumber
  /*将val转化成字符串*/
  Vue.prototype._s = toString
  /*处理v-for列表渲染*/
  Vue.prototype._l = renderList
  /*处理slot的渲染*/
  Vue.prototype._t = renderSlot
  /*检测两个变量是否相等*/
  Vue.prototype._q = looseEqual
  /*检测arr数组中是否包含与val变量相等的项*/
  Vue.prototype._i = looseIndexOf
  /*处理static树的渲染*/
  Vue.prototype._m = renderStatic
  /*处理filters*/
  Vue.prototype._f = resolveFilter
  /*从config配置中检查eventKeyCode是否存在*/
  Vue.prototype._k = checkKeyCodes
  /*合并v-bind指令到VNode中*/
  Vue.prototype._b = bindObjectProps
  /*创建一个文本节点*/
  Vue.prototype._v = createTextVNode
  /*创建一个空VNode节点*/
  Vue.prototype._e = createEmptyVNode
  /*处理ScopedSlots*/
  Vue.prototype._u = resolveScopedSlots

  /*创建VNode节点*/
  vm._c = (a, b, c, d) => createElement(vm, a, b, c, d, false)

通过这些函数，render函数最后会返回一个VNode节点，在_update的时候，经过patch与之前的VNode节点进行比较，得出差异后将这些差异渲染到真实的DOM上。