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写在开头
写过 Vue 的同学肯定体验过， .vue 这种单文件组件有多么方便。但是我们也知道，Vue 底层是通过虚拟 DOM 来进行渲染的，那么 .vue 文件的模板到底是怎么转换成虚拟 DOM 的呢？这一块对我来说一直是个黑盒，之前也没有深入研究过，今天打算一探究竟。
Virtual Dom
Vue 3 发布在即，本来想着直接看看 Vue 3 的模板编译，但是我打开 Vue 3 源码的时候，发现我好像连 Vue 2 是怎么编译模板的都不知道。从小鲁迅就告诉我们，不能一口吃成一个胖子，那我只能回头看看 Vue 2 的模板编译源码，至于 Vue 3 就留到正式发布的时候再看。
Vue 的版本
很多人使用 Vue 的时候，都是直接通过 vue-cli 生成的模板代码，并不知道 Vue 其实提供了两个构建版本。
vue.js：完整版本，包含了模板编译的能力；vue.runtime.js：运行时版本，不提供模板编译能力，需要通过 vue-loader 进行提前编译。
Vue 不同构建版本
完整版与运行时版区别
简单来说，就是如果你用了 vue-loader ，就可以使用 vue.runtime.min.js，将模板编译的过程交过 vue-loader，如果你是在浏览器中直接通过 script 标签引入 Vue，需要使用 vue.min.js，运行的时候编译模板。
编译入口
了解了 Vue 的版本，我们看看 Vue 完整版的入口文件（src/platforms/web/entry-runtime-with-compiler.js）。
// 省略了部分代码，只保留了关键部分import { compileToFunctions } from './compiler/index'const mount = Vue.prototype.$mountVue.prototype.$mount = function (el) { const options = this.$options // 如果没有 render 方法，则进行 template 编译 if (!options.render) { let template = options.template if (template) { // 调用 compileToFunctions，编译 template，得到 render 方法 const { render, staticRenderFns } = compileToFunctions(template, { shouldDecodeNewlines, shouldDecodeNewlinesForHref, delimiters: options.delimiters, comments: options.comments }, this) // 这里的 render 方法就是生成生成虚拟 DOM 的方法 options.render = render } } return mount.call(this, el, hydrating)}复制代码再看看 ./compiler/index 文件的 compileToFunctions 方法从何而来。
import { baseOptions } from './options'import { createCompiler } from 'compiler/index'// 通过 createCompiler 方法生成编译函数const { compile, compileToFunctions } = createCompiler(baseOptions)export { compile, compileToFunctions }复制代码后续的主要逻辑都在 compiler 模块中，这一块有些绕，因为本文不是做源码分析，就不贴整段源码了。简单看看这一段的逻辑是怎么样的。
export function createCompiler(baseOptions) { const baseCompile = (template, options) => { // 解析 html，转化为 ast const ast = parse(template.trim(), options) // 优化 ast，标记静态节点 optimize(ast, options) // 将 ast 转化为可执行代码 const code = generate(ast, options) return { ast, render: code.render, staticRenderFns: code.staticRenderFns } } const compile = (template, options) => { const tips = [] const errors = [] // 收集编译过程中的错误信息 options.warn = (msg, tip) => { (tip ? tips : errors).push(msg) } // 编译 const compiled = baseCompile(template, options) compiled.errors = errors compiled.tips = tips return compiled } const createCompileToFunctionFn = () => { // 编译缓存 const cache = Object.create(null) return (template, options, vm) => { // 已编译模板直接走缓存 if (cache[template]) { return cache[template] } const compiled = compile(template, options) return (cache[key] = compiled) } } return { compile, compileToFunctions: createCompileToFunctionFn(compile) }}复制代码主流程
可以看到主要的编译逻辑基本都在 baseCompile 方法内，主要分为三个步骤：
模板编译，将模板代码转化为 AST；优化 AST，方便后续虚拟 DOM 更新；生成代码，将 AST 转化为可执行的代码；
const baseCompile = (template, options) => { // 解析 html，转化为 ast const ast = parse(template.trim(), options) // 优化 ast，标记静态节点 optimize(ast, options) // 将 ast 转化为可执行代码 const code = generate(ast, options) return { ast, render: code.render, staticRenderFns: code.staticRenderFns }}复制代码parse
AST
首先看到 parse 方法，该方法的主要作用就是解析 HTML，并转化为 AST（抽象语法树），接触过 ESLint、Babel 的同学肯定对 AST 不陌生，我们可以先看看经过 parse 之后的 AST 长什么样。
下面是一段普普通通的 Vue 模板：
new Vue({ el: '#app', template: ` <div> <h2 v-if="message">{{message}}</h2> <button @click="showName">showName</button> </div> `, data: { name: 'shenfq', message: 'Hello Vue!' }, methods: { showName() { alert(this.name) } }})复制代码经过 parse 之后的 AST：
Template AST
AST 为一个树形结构的对象，每一层表示一个节点，第一层就是 div（tag: "div"）。div 的子节点都在 children 属性中，分别是 h2 标签、空行、button 标签。我们还可以注意到有一个用来标记节点类型的属性：type，这里 div 的 type 为 1，表示是一个元素节点，type 一共有三种类型：
元素节点；
表达式；
文本；
在 h2 和 button 标签之间的空行就是 type 为 3 的文本节点，而 h2 标签下就是一个表达式节点。
节点类型
解析 HTML
parse 的整体逻辑较为复杂，我们可以先简化一下代码，看看 parse 的流程。
import { parseHTML } from './html-parser'export function parse(template, options) { let root parseHTML(template, { // some options... start() {}, // 解析到标签位置开始的回调 end() {}, // 解析到标签位置结束的回调 chars() {}, // 解析到文本时的回调 comment() {} // 解析到注释时的回调 }) return root}复制代码可以看到 parse 主要通过 parseHTML 进行工作，这个 parseHTML 本身来自于开源库：simple html parser，只不过经过了 Vue 团队的一些修改，修复了相关 issue。
HTML parser
下面我们一起来理一理 parseHTML 的逻辑。
export function parseHTML(html, options) { let index = 0 let last,lastTag const stack = [] while(html) { last = html let textEnd = html.indexOf('<') // "<" 字符在当前 html 字符串开始位置 if (textEnd === 0) { // 1、匹配到注释: <!-- --> if (/^<!\--/.test(html)) { const commentEnd = html.indexOf('-->') if (commentEnd >= 0) { // 调用 options.comment 回调，传入注释内容 options.comment(html.substring(4, commentEnd)) // 裁切掉注释部分 advance(commentEnd + 3) continue } } // 2、匹配到条件注释: <![if !IE]> <![endif]> if (/^<!\[/.test(html)) { // ... 逻辑与匹配到注释类似 } // 3、匹配到 Doctype: <!DOCTYPE html> const doctypeMatch = html.match(/^<!DOCTYPE [^>]+>/i) if (doctypeMatch) { // ... 逻辑与匹配到注释类似 } // 4、匹配到结束标签: </div> const endTagMatch = html.match(endTag) if (endTagMatch) {} // 5、匹配到开始标签: <div> const startTagMatch = parseStartTag() if (startTagMatch) {} } // "<" 字符在当前 html 字符串中间位置 let text, rest, next if (textEnd > 0) { // 提取中间字符 rest = html.slice(textEnd) // 这一部分当成文本处理 text = html.substring(0, textEnd) advance(textEnd) } // "<" 字符在当前 html 字符串中不存在 if (textEnd < 0) { text = html html = '' } // 如果存在 text 文本 // 调用 options.chars 回调，传入 text 文本 if (options.chars && text) { // 字符相关回调 options.chars(text) } } // 向前推进，裁切 html function advance(n) { index += n html = html.substring(n) }}复制代码上述代码为简化后的 parseHTML，while 循环中每次截取一段 html 文本，然后通过正则判断文本的类型进行处理，这就类似于编译原理中常用的有限状态机。每次拿到 "<" 字符前后的文本，"<" 字符前的就当做文本处理，"<" 字符后的通过正则判断，可推算出有限的几种状态。
html 的几种状态
其他的逻辑处理都不复杂，主要是开始标签与结束标签，我们先看看关于开始标签与结束标签相关的正则。
const ncname = '[a-zA-Z_][\\w\\-\\.]*'const qnameCapture = `((?:${ncname}\\:)?${ncname})`const startTagOpen = new RegExp(`^<${qnameCapture}`)复制代码这段正则看起来很长，但是理清之后也不是很难。这里推荐一个正则可视化工具。我们到工具上看看 startTagOpen：
startTagOpen
这里比较疑惑的点就是为什么 tagName 会存在 :，这个是 XML 的 命名空间，现在已经很少使用了，我们可以直接忽略，所以我们简化一下这个正则：
const ncname = '[a-zA-Z_][\\w\\-\\.]*'const startTagOpen = new RegExp(`^<${ncname}`)const startTagClose = /^\s*(\/?)>/const endTag = new RegExp(`^<\\/${ncname}[^>]*>`)复制代码startTagOpen
endTag
除了上面关于标签开始和结束的正则，还有一段用来提取标签属性的正则，真的是又臭又长。
const attribute = /^\s*([^\s"'<>\/=]+)(?:\s*(=)\s*(?:"([^"]*)"+|'([^']*)'+|([^\s"'=<>`]+)))?/复制代码把正则放到工具上就一目了然了，以 = 为分界，前面为属性的名字，后面为属性的值。
attribute
理清正则后可以更加方便我们看后面的代码。
while(html) { last = html let textEnd = html.indexOf('<') // "<" 字符在当前 html 字符串开始位置 if (textEnd === 0) { // some code ... // 4、匹配到标签结束位置: </div> const endTagMatch = html.match(endTag) if (endTagMatch) { const curIndex = index advance(endTagMatch[0].length) parseEndTag(endTagMatch[1], curIndex, index) continue } // 5、匹配到标签开始位置: <div> const startTagMatch = parseStartTag() if (startTagMatch) { handleStartTag(startTagMatch) continue } }}// 向前推进，裁切 htmlfunction advance(n) { index += n html = html.substring(n)}// 判断是否标签开始位置，如果是，则提取标签名以及相关属性function parseStartTag () { // 提取 <xxx const start = html.match(startTagOpen) if (start) { const [fullStr, tag] = start const match = { attrs: [], start: index, tagName: tag, } advance(fullStr.length) let end, attr // 递归提取属性，直到出现 ">" 或 "/>" 字符 while ( !(end = html.match(startTagClose)) && (attr = html.match(attribute)) ) { advance(attr[0].length) match.attrs.push(attr) } if (end) { // 如果是 "/>" 表示单标签 match.unarySlash = end[1] advance(end[0].length) match.end = index return match } }}// 处理开始标签function handleStartTag (match) { const tagName = match.tagName const unary = match.unarySlash const len = match.attrs.length const attrs = new Array(len) for (let i = 0; i < l; i++) { const args = match.attrs[i] // 这里的 3、4、5 分别对应三种不同复制属性的方式 // 3: attr="xxx" 双引号 // 4: attr='xxx' 单引号 // 5: attr=xxx 省略引号 const value = args[3] || args[4] || args[5] || '' attrs[i] = { name: args[1], value } } if (!unary) { // 非单标签，入栈 stack.push({ tag: tagName, lowerCasedTag: tagName.toLowerCase(), attrs: attrs }) lastTag = tagName } if (options.start) { // 开始标签的回调 options.start(tagName, attrs, unary, match.start, match.end) }}// 处理闭合标签function parseEndTag (tagName, start, end) { let pos, lowerCasedTagName if (start == null) start = index if (end == null) end = index if (tagName) { lowerCasedTagName = tagName.toLowerCase() } // 在栈内查找相同类型的未闭合标签 if (tagName) { for (pos = stack.length - 1; pos >= 0; pos--) { if (stack[pos].lowerCasedTag === lowerCasedTagName) { break } } } else { pos = 0 } if (pos >= 0) { // 关闭该标签内的未闭合标签，更新堆栈 for (let i = stack.length - 1; i >= pos; i--) { if (options.end) { // end 回调 options.end(stack[i].tag, start, end) } } // 堆栈中删除已关闭标签 stack.length = pos lastTag = pos && stack[pos - 1].tag }}复制代码在解析开始标签的时候，如果该标签不是单标签，会将该标签放入到一个堆栈当中，每次闭合标签的时候，会从栈顶向下查找同名标签，直到找到同名标签，这个操作会闭合同名标签上面的所有标签。接下来我们举个例子：
<div> <h2>test</h2> <p> <p></div>复制代码在解析了 div 和 h2 的开始标签后，栈内就存在了两个元素。h2 闭合后，就会将 h2 出栈。然后会解析两个未闭合的 p 标签，此时，栈内存在三个元素（div、p、p）。如果这个时候，解析了 div 的闭合标签，除了将 div 闭合外，div 内两个未闭合的 p 标签也会跟随闭合，此时栈被清空。
为了便于理解，特地录制了一个动图，如下：
入栈与出栈
理清了 parseHTML 的逻辑后，我们回到调用 parseHTML 的位置，调用该方法的时候，一共会传入四个回调，分别对应标签的开始和结束、文本、注释。
parseHTML(template, { // some options... // 解析到标签位置开始的回调 start(tag, attrs, unary) {}, // 解析到标签位置结束的回调 end(tag) {}, // 解析到文本时的回调 chars(text: string) {}, // 解析到注释时的回调 comment(text: string) {}})复制代码处理开始标签
首先看解析到开始标签时，会生成一个 AST 节点，然后处理标签上的属性，最后将 AST 节点放入树形结构中。
function makeAttrsMap(attrs) { const map = {} for (let i = 0, l = attrs.length; i < l; i++) { const { name, value } = attrs[i] map[name] = value } return map}function createASTElement(tag, attrs, parent) { const attrsList = attrs const attrsMap = makeAttrsMap(attrsList) return { type: 1, // 节点类型 tag, // 节点名称 attrsMap, // 节点属性映射 attrsList, // 节点属性数组 parent, // 父节点 children: [], // 子节点 }}const stack = []let root // 根节点let currentParent // 暂存当前的父节点parseHTML(template, { // some options... // 解析到标签位置开始的回调 start(tag, attrs, unary) { // 创建 AST 节点 let element = createASTElement(tag, attrs, currentParent) // 处理指令: v-for v-if v-once processFor(element) processIf(element) processOnce(element) processElement(element, options) // 处理 AST 树 // 根节点不存在，则设置该元素为根节点 if (!root) { root = element checkRootConstraints(root) } // 存在父节点 if (currentParent) { // 将该元素推入父节点的子节点中 currentParent.children.push(element) element.parent = currentParent } if (!unary) { // 非单标签需要入栈，且切换当前父元素的位置 currentParent = element stack.push(element) } }})复制代码处理结束标签
标签结束的逻辑就比较简单了，只需要去除栈内最后一个未闭合标签，进行闭合即可。
parseHTML(template, { // some options... // 解析到标签位置结束的回调 end() { const element = stack[stack.length - 1] const lastNode = element.children[element.children.length - 1] // 处理尾部空格的情况 if (lastNode && lastNode.type === 3 && lastNode.text === ' ') { element.children.pop() } // 出栈，重置当前的父节点 stack.length -= 1 currentParent = stack[stack.length - 1] }})复制代码处理文本
处理完标签后，还需要对标签内的文本进行处理。文本的处理分两种情况，一种是带表达式的文本，还一种就是纯静态的文本。
parseHTML(template, { // some options... // 解析到文本时的回调 chars(text) { if (!currentParent) { // 文本节点外如果没有父节点则不处理 return } const children = currentParent.children text = text.trim() if (text) { // parseText 用来解析表达式 // delimiters 表示表达式标识符，默认为 ['{{', '}}'] const res = parseText(text, delimiters)) if (res) { // 表达式 children.push({ type: 2, expression: res.expression, tokens: res.tokens, text }) } else { // 静态文本 children.push({ type: 3, text }) } } }})复制代码下面我们看看 parseText 如何解析表达式。
// 构造匹配表达式的正则const buildRegex = delimiters => { const open = delimiters[0] const close = delimiters[1] return new RegExp(open + '((?:.|\\n)+?)' + close, 'g')}function parseText (text, delimiters){ // delimiters 默认为 {{ }} const tagRE = buildRegex(delimiters || ['{{', '}}']) // 未匹配到表达式，直接返回 if (!tagRE.test(text)) { return } const tokens = [] const rawTokens = [] let lastIndex = tagRE.lastIndex = 0 let match, index, tokenValue while ((match = tagRE.exec(text))) { // 表达式开始的位置 index = match.index // 提取表达式开始位置前面的静态字符，放入 token 中 if (index > lastIndex) { rawTokens.push(tokenValue = text.slice(lastIndex, index)) tokens.push(JSON.stringify(tokenValue)) } // 提取表达式内部的内容，使用 _s() 方法包裹 const exp = match[1].trim() tokens.push(`_s(${exp})`) rawTokens.push({ '@binding': exp }) lastIndex = index + match[0].length } // 表达式后面还有其他静态字符，放入 token 中 if (lastIndex < text.length) { rawTokens.push(tokenValue = text.slice(lastIndex)) tokens.push(JSON.stringify(tokenValue)) } return { expression: tokens.join('+'), tokens: rawTokens }}复制代码首先通过一段正则来提取表达式：
提取表达式
看代码可能有点难，我们直接看例子，这里有一个包含表达式的文本。
<div>是否登录：{{isLogin ? '是' : '否'}}</div>复制代码运行结果
解析文本
optimize
通过上述一些列处理，我们就得到了 Vue 模板的 AST。由于 Vue 是响应式设计，所以拿到 AST 之后还需要进行一系列优化，确保静态的数据不会进入虚拟 DOM 的更新阶段，以此来优化性能。
export function optimize (root, options) { if (!root) return // 标记静态节点 markStatic(root)}复制代码简单来说，就是把所以静态节点的 static 属性设置为 true。
function isStatic (node) { if (node.type === 2) { // 表达式，返回 false return false } if (node.type === 3) { // 静态文本，返回 true return true } // 此处省略了部分条件 return !!( !node.hasBindings && // 没有动态绑定 !node.if && !node.for && // 没有 v-if/v-for !isBuiltInTag(node.tag) && // 不是内置组件 slot/component !isDirectChildOfTemplateFor(node) && // 不在 template for 循环内 Object.keys(node).every(isStaticKey) // 非静态节点 )}function markStatic (node) { node.static = isStatic(node) if (node.type === 1) { // 如果是元素节点，需要遍历所有子节点 for (let i = 0, l = node.children.length; i < l; i++) { const child = node.children[i] markStatic(child) if (!child.static) { // 如果有一个子节点不是静态节点，则该节点也必须是动态的 node.static = false } } }}复制代码generate
得到优化的 AST 之后，就需要将 AST 转化为 render 方法。还是用之前的模板，先看看生成的代码长什么样：
<div> <h2 v-if="message">{{message}}</h2> <button @click="showName">showName</button></div>复制代码{ render: "with(this){return _c('div',[(message)?_c('h2',[_v(_s(message))]):_e(),_v(" "),_c('button',{on:{"click":showName}},[_v("showName")])])}"}复制代码将生成的代码展开：
with (this) { return _c( 'div', [ (message) ? _c('h2', [_v(_s(message))]) : _e(), _v(' '), _c('button', { on: { click: showName } }, [_v('showName')]) ]) ;}复制代码看到这里一堆的下划线肯定很懵逼，这里的 _c 对应的是虚拟 DOM 中的 createElement 方法。其他的下划线方法在 core/instance/render-helpers 中都有定义，每个方法具体做了什么不做展开。
render-helpers`
具体转化方法就是一些简单的字符拼接，下面是简化了逻辑的部分，不做过多讲述。
export function generate(ast, options) { const state = new CodegenState(options) const code = ast ? genElement(ast, state) : '_c("div")' return { render: `with(this){return ${code}}`, staticRenderFns: state.staticRenderFns }}export function genElement (el, state) { let code const data = genData(el, state) const children = genChildren(el, state, true) code = `_c('${el.tag}'${ data ? `,${data}` : '' // data }${ children ? `,${children}` : '' // children })` return code}复制代码总结
理清了 Vue 模板编译的整个过程，重点都放在了解析 HTML 生成 AST 的部分。本文只是大致讲述了主要流程，其中省略了特别多的细节，比如：对 template/slot 的处理、指令的处理等等，如果想了解其中的细节可以直接阅读源码。希望大家在阅读这篇文章后有所收获
最后
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