解释 Vue 3 中的自定义渲染器（Custom Renderer）在非 Web 平台（如桌面应用、移动应用）中的应用前景。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

嘿，大家好！我是你们今天的 Vue 3 非 Web 平台“瞎搞”指南的向导。今天咱们要聊聊 Vue 3 的自定义渲染器，看看它如何在网页之外的世界大显身手。准备好了吗？咱们开始吧！

Vue 3 自定义渲染器：网页之外的另一片天

咱们都知道 Vue 在 Web 开发领域是响当当的，但你有没有想过，Vue 能不能在其他地方也发光发热呢？答案是肯定的！这就要归功于 Vue 3 的一个强大的特性：自定义渲染器。

啥是自定义渲染器？

简单来说，自定义渲染器就是让你告诉 Vue，除了操作 DOM 之外，它还能怎么“画”东西。默认情况下，Vue 会生成 DOM 节点并将其插入到浏览器中。但是，如果你想在 Canvas、NativeScript、甚至是用命令行画界面，就需要自定义渲染器来接管这个“画画”的过程。

为啥要自定义渲染器？

跨平台开发： 一套代码，多端运行。这听起来像个美丽的传说，但自定义渲染器让这个传说离我们更近了一步。
性能优化： 在某些非 Web 平台上，直接操作 DOM 效率可能不高。自定义渲染器可以让你直接操作底层 API，从而获得更好的性能。
定制化 UI： 想创造独一无二的 UI 体验？自定义渲染器让你摆脱 DOM 的束缚，随心所欲地绘制界面。

自定义渲染器能干啥？

Canvas 游戏： 用 Vue 的组件化思想来构建游戏界面，想想就刺激。
NativeScript 应用： 用 Vue 来开发原生移动应用，告别 WebView 的卡顿。
桌面应用： 结合 Electron 或其他桌面框架，用 Vue 来构建桌面应用。
命令行界面 (CLI)： 谁说命令行就一定是黑白文字？我们可以用 Vue 来画出漂亮的命令行界面。
物联网 (IoT)： 在嵌入式设备上运行 Vue，控制智能家居设备。

理论先行：自定义渲染器的工作原理

Vue 3 的核心渲染流程是这样的：

模板编译： Vue 将模板编译成渲染函数 (render function)。
虚拟 DOM (Virtual DOM)： 渲染函数执行后，会生成一个虚拟 DOM 树。
Diff 算法： Vue 会比较新旧虚拟 DOM 树，找出差异。
Patch 过程： Vue 根据 Diff 算法的结果，更新真实的 DOM。

自定义渲染器要做的，就是接管第 4 步的 Patch 过程。你需要提供一系列的 API，告诉 Vue 如何创建、更新、删除节点，以及如何设置属性、添加事件监听器等等。

实战演练：用 Canvas 画个小方块

光说不练假把式，咱们来个简单的例子，用 Canvas 画一个可以动的方块。

1. HTML 结构

首先，我们需要一个 Canvas 元素：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Vue Canvas Renderer</title>
</head>
<body>
  <canvas id="myCanvas" width="400" height="300"></canvas>
  <script src="https://unpkg.com/vue@3/dist/vue.global.js"></script>
  <script src="main.js"></script>
</body>
</html>

2. Canvas 渲染器

接下来，我们要创建一个自定义渲染器。这部分代码比较多，咱们一点一点来看。

// main.js
const { createApp, h } = Vue;

// 创建 Canvas 渲染器
const canvasRenderer = {
  createElement(type) {
    console.log('createElement', type);
    // 在 Canvas 中，我们不需要真正的 DOM 元素
    return {}; // 返回一个空对象作为占位符
  },
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    console.log('patchProp', el, key, prevValue, nextValue);
    // 更新元素的属性
    el[key] = nextValue;
  },
  insert(el, parent) {
    console.log('insert', el, parent);
    // 将元素插入到父元素中
    // 在 Canvas 中，我们不需要真正的插入操作
  },
  remove(el) {
    console.log('remove', el);
  },
  createComment() {
    console.log('createComment');
  },
  createText() {
    console.log('createText');
  },
  setText() {
    console.log('setText');
  },
  parentNode() {
    console.log('parentNode');
  },
  nextSibling() {
    console.log('nextSibling');
  },
  querySelector() {
    console.log('querySelector');
  },
  setScopeId() {
    console.log('setScopeId');
  },
  cloneNode() {
    console.log('cloneNode');
  },
  insertStaticContent() {
    console.log('insertStaticContent');
  }
};

// 获取 Canvas 上下文
const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

// 扩展 Canvas 渲染器，添加 Canvas 相关的绘制方法
canvasRenderer.render = (vnode, container) => {
  // 清空 Canvas
  ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  // 渲染虚拟 DOM 树
  renderNode(vnode, container);
};

function renderNode(vnode, container) {
  if (typeof vnode === 'string') {
    // 渲染文本节点
    ctx.fillText(vnode, container.x, container.y);
    return;
  }

  if (!vnode) return; // 处理 null 或 undefined 的情况

  const { type, props, children } = vnode;

  switch (type) {
    case 'rect':
      // 渲染矩形
      ctx.fillStyle = props.color || 'black';
      ctx.fillRect(props.x, props.y, props.width, props.height);
      break;
    case 'circle':
      // 渲染圆形
      ctx.fillStyle = props.color || 'black';
      ctx.beginPath();
      ctx.arc(props.x, props.y, props.radius, 0, 2 * Math.PI);
      ctx.fill();
      break;
    case 'text':
      // 渲染文本
      ctx.fillStyle = props.color || 'black';
      ctx.font = props.font || '16px sans-serif';
      ctx.fillText(props.text, props.x, props.y);
      break;
    case 'group':
      // 渲染组
      if (children && Array.isArray(children)) {
        children.forEach(child => renderNode(child, props)); // 传递 props 作为子元素的容器信息
      }
      break;
    default:
      console.warn('Unsupported element type:', type);
  }

  // 递归渲染子节点 (如果存在)
  if (children && Array.isArray(children)) {
    children.forEach(child => renderNode(child, props)); // 传递 props 作为子元素的容器信息
  }
}

// 创建 Vue 应用
const app = createApp({
  data() {
    return {
      x: 50,
      y: 50
    };
  },
  mounted() {
    setInterval(() => {
      this.x += 5;
      if (this.x > 350) {
        this.x = 50;
      }
    }, 50);
  },
  render() {
    return h('rect', { x: this.x, y: this.y, width: 50, height: 50, color: 'red' });
  }
});

// 挂载应用到 Canvas
app.mount(canvas);

这段代码做了以下几件事：

canvasRenderer 对象： 这是我们的自定义渲染器。它包含了一系列的方法，用于创建、更新、删除节点。
createElement、patchProp、insert 等方法： 这些方法是 Vue 渲染器的钩子函数。我们需要实现这些方法，告诉 Vue 如何操作 Canvas。
renderNode 函数： 这个函数负责递归地渲染虚拟 DOM 树。它会根据节点的类型，调用 Canvas 的 API 来绘制相应的图形。
createApp： 创建 Vue 应用。
app.mount(canvas)： 将 Vue 应用挂载到 Canvas 上。注意这里不是挂载到 DOM 元素上，而是直接挂载到 Canvas 对象上。

3. 运行代码

把代码保存到 index.html 和 main.js 文件中，然后在浏览器中打开 index.html。你应该能看到一个红色的方块在 Canvas 上移动。

代码解释

createElement(type)： 因为我们不需要真正的 DOM 元素，所以这里简单地返回一个空对象。
patchProp(el, key, prevValue, nextValue)： 这个方法用于更新元素的属性。在 Canvas 中，我们直接将属性设置到元素的 props 对象上。
insert(el, parent)： 在 Canvas 中，我们不需要真正的插入操作，所以这个方法可以留空。
renderNode(vnode, container)： 这个函数是核心。它会根据虚拟 DOM 节点的类型，调用 Canvas 的 API 来绘制相应的图形。
h()： Vue 3 的 h 函数用于创建虚拟 DOM 节点。它的作用类似于 Vue 2 的 createElement。

自定义渲染器的 API

Vue 3 的自定义渲染器 API 比较灵活，可以根据你的需求进行定制。下面是一些常用的 API：

API	描述
`createElement`	创建元素。
`patchProp`	更新元素的属性。
`insert`	将元素插入到父元素中。
`remove`	移除元素。
`createComment`	创建注释节点。
`createText`	创建文本节点。
`setText`	设置文本节点的内容。
`parentNode`	获取父节点。
`nextSibling`	获取下一个兄弟节点。
`querySelector`	查询元素。
`setScopeId`	设置 Scope ID (用于 CSS Scoped)。
`cloneNode`	克隆节点。
`insertStaticContent`	插入静态内容。
`render`	（自定义）渲染函数。负责将虚拟 DOM 渲染到目标平台。在我们的Canvas例子中，这个函数负责清空Canvas并调用`renderNode`递归地渲染整个虚拟DOM树。这个函数通常是自定义渲染器中最核心的部分。

进阶：更复杂的 Canvas 应用

上面的例子只是一个简单的演示，实际的 Canvas 应用可能会更复杂。我们可以使用 Vue 的组件化思想来构建更复杂的 Canvas 界面。

例如，我们可以创建一个 CanvasButton 组件：

const CanvasButton = {
  props: {
    x: {
      type: Number,
      required: true
    },
    y: {
      type: Number,
      required: true
    },
    width: {
      type: Number,
      required: true
    },
    height: {
      type: Number,
      required: true
    },
    text: {
      type: String,
      required: true
    },
    color: {
      type: String,
      default: 'blue'
    }
  },
  render() {
    return h('group', {x: this.x, y: this.y}, [
      h('rect', { x: 0, y: 0, width: this.width, height: this.height, color: this.color }),
      h('text', { x: this.width / 2, y: this.height / 2, text: this.text, color: 'white', font: '16px sans-serif' })
    ]);
  }
};

然后在 Vue 应用中使用这个组件：

const app = createApp({
  components: {
    CanvasButton
  },
  template: `
    <canvas-button x="100" y="100" width="100" height="40" text="Click Me" color="green"></canvas-button>
  `
});

app.mount(canvas);

其他平台的应用

除了 Canvas 之外，自定义渲染器还可以应用于其他平台。

1. NativeScript

NativeScript 是一个用于构建原生移动应用的框架。我们可以使用 Vue 和 NativeScript 的自定义渲染器来开发原生移动应用。

NativeScript 的 Vue 插件提供了一个 NativeScriptRenderer 类，我们可以使用它来创建自定义渲染器。

import { NativeScriptRenderer } from 'nativescript-vue';

const renderer = new NativeScriptRenderer();

// 创建 Vue 应用
const app = createApp({
  template: '<Label text="Hello, NativeScript!"></Label>'
});

// 挂载应用到 NativeScript 根视图
app.mount(renderer.createApp(getRootView()));

2. Electron

Electron 是一个用于构建桌面应用的框架。我们可以使用 Vue 和 Electron 的自定义渲染器来开发桌面应用。

Electron 的 Vue 插件提供了一个 ElectronRenderer 类，我们可以使用它来创建自定义渲染器。

import { ElectronRenderer } from 'vue-electron';

const renderer = new ElectronRenderer();

// 创建 Vue 应用
const app = createApp({
  template: '<h1>Hello, Electron!</h1>'
});

// 挂载应用到 Electron 窗口
app.mount(renderer.createApp(document.body));

3. 命令行界面 (CLI)

我们可以使用 Node.js 和一个终端绘图库 (例如 blessed) 来创建一个命令行界面渲染器。

const blessed = require('blessed');
const { createApp, h } = require('vue');

// 创建终端界面
const screen = blessed.screen({
  smartCSR: true
});

screen.title = 'Vue CLI Renderer';

// 创建自定义渲染器
const cliRenderer = {
  createElement(type) {
    return blessed.box();
  },
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    el.setContent(nextValue);
  },
  insert(el, parent) {
    parent.append(el);
  },
  remove(el) {
    el.destroy();
  },
  parentNode() {
    return screen;
  }
};

cliRenderer.render = (vnode, container) => {
  // 清空屏幕
  screen.children.forEach(child => child.destroy());

  // 渲染虚拟 DOM 树
  renderNode(vnode, container);

  // 刷新屏幕
  screen.render();
};

function renderNode(vnode, container) {
  if (typeof vnode === 'string') {
    const text = blessed.text({
      content: vnode,
      parent: container
    });
    return;
  }

  const { type, props, children } = vnode;

  const element = cliRenderer.createElement(type);

  if (props) {
    for (const key in props) {
      cliRenderer.patchProp(element, key, null, props[key]);
    }
  }
  cliRenderer.insert(element, container);

  if (children && Array.isArray(children)) {
    children.forEach(child => renderNode(child, element));
  }
}

// 创建 Vue 应用
const app = createApp({
  data() {
    return {
      message: 'Hello, CLI!'
    };
  },
  render() {
    return h('box', {width: '100%', height: '100%'}, this.message);
  }
});

// 挂载应用到终端
app.mount(screen);

// 退出程序
screen.key(['escape', 'q', 'C-c'], function(ch, key) {
  return process.exit(0);
});

总结

Vue 3 的自定义渲染器为我们打开了一扇通往非 Web 平台的大门。我们可以使用 Vue 的组件化思想和数据驱动的特性来构建各种各样的应用，从 Canvas 游戏到原生移动应用，再到桌面应用和命令行界面。

虽然自定义渲染器有一定的学习曲线，但它的潜力是巨大的。只要我们掌握了它的原理和 API，就能创造出令人惊叹的应用。

希望今天的讲座对大家有所帮助。谢谢大家！现在，开始你的 Vue 3 非 Web 平台之旅吧！祝你玩得开心！

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