Vue 3源码深度解析之：`Vue`模板编译器：从`template`到`render`函数的编译过程。 - 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

各位好，我是老码农，今天给大家带来一场干货满满的讲座，主题是Vue 3模板编译器的深度解析。咱们要扒开Vue这件华丽外衣，看看它内部是如何把我们写的template变成render函数的。

开场白：编译器的重要性，不仅仅是转换

可能有些人觉得，编译器嘛，不就是把一种代码转换成另一种代码？但Vue的编译器可不简单。它不仅仅是转换，更重要的是优化。它会分析你的模板，找出可以静态化的部分，进行各种优化，最终生成高效的渲染函数。可以说，Vue的性能很大程度上依赖于它的编译器。

第一部分：编译器的整体流程：从字符串到函数

Vue 3的编译器流程大致如下：

Parse（解析）: 将模板字符串解析成抽象语法树 (Abstract Syntax Tree, AST)。
Transform（转换）: 对AST进行转换，应用各种优化策略。
Generate（生成）: 根据转换后的AST生成渲染函数代码。

用一张表格来总结一下：

阶段	输入	输出	作用
Parse	模板字符串	AST	将模板转换为计算机更容易理解的数据结构
Transform	AST	Modified AST	对AST进行优化，例如静态提升、v-once处理等，使其更高效
Generate	Modified AST	Render Function	根据优化后的AST生成可执行的 JavaScript 代码，即渲染函数。

第二部分：Parse阶段：把模板变成AST

Parse阶段的目标是将模板字符串转换成AST。AST是一个树状结构，用来表示代码的结构。举个简单的例子：

<div>
  <h1>Hello, {{ name }}!</h1>
  <p>This is a paragraph.</p>
</div>

经过Parse阶段，会生成一个类似这样的AST：

{
  type: 'Root',
  children: [
    {
      type: 'Element',
      tag: 'div',
      children: [
        {
          type: 'Element',
          tag: 'h1',
          children: [
            {
              type: 'Text',
              content: 'Hello, '
            },
            {
              type: 'Interpolation',
              content: {
                type: 'SimpleExpression',
                content: 'name',
                isStatic: false
              }
            },
            {
              type: 'Text',
              content: '!'
            }
          ]
        },
        {
          type: 'Element',
          tag: 'p',
          children: [
            {
              type: 'Text',
              content: 'This is a paragraph.'
            }
          ]
        }
      ]
    }
  ]
}

可以看到，AST把HTML的结构用JavaScript对象表示了出来。

代码示例：简单Parse器实现

为了方便理解，我们用简化版的代码来模拟Parse的过程：

function parse(template) {
  let index = 0;
  const ast = {
    type: 'Root',
    children: []
  };

  while (index < template.length) {
    if (template.startsWith('<', index)) {
      if (template.startsWith('</', index)) {
        // 处理结束标签，这里简化处理
        index = template.indexOf('>', index) + 1;
      } else {
        // 处理开始标签
        const match = template.substring(index).match(/^<([a-z]+)>/i); //提取标签名
        if (match) {
          const tag = match[1];
          index += match[0].length;

          const elementNode = {
            type: 'Element',
            tag: tag,
            children: []
          };

          // 递归解析子节点
          const endIndex = template.indexOf(`</${tag}>`, index);
          if (endIndex !== -1) {
             elementNode.children = parse(template.substring(index, endIndex)).children;
             index = endIndex + `</${tag}>`.length; // 移动到结束标签之后
          }
          ast.children.push(elementNode);
        } else {
          index++;
        }
      }
    } else if (template.indexOf('{{', index) !== -1) {
        // 处理插值
        const start = template.indexOf('{{', index)
        const end = template.indexOf('}}', index)
        const expression = template.substring(start+2, end).trim()
        ast.children.push({
            type: 'Interpolation',
            content: {
                type: 'SimpleExpression',
                content: expression,
                isStatic: false
            }
        })
        index = end + 2
    } else {
      // 处理文本节点
      const nextTagIndex = template.indexOf('<', index);
      const nextInterpolationIndex = template.indexOf('{{', index);
      let endIndex = template.length;

      if (nextTagIndex !== -1 && nextInterpolationIndex !== -1) {
          endIndex = Math.min(nextTagIndex, nextInterpolationIndex);
      } else if (nextTagIndex !== -1){
          endIndex = nextTagIndex;
      } else if (nextInterpolationIndex !== -1) {
          endIndex = nextInterpolationIndex;
      }

      const text = template.substring(index, endIndex);
      ast.children.push({
        type: 'Text',
        content: text
      });
      index = endIndex;
    }
  }
  return ast;
}

// 测试
const template = `<div><h1>Hello, {{ name }}!</h1><p>This is a paragraph.</p></div>`;
const ast = parse(template);
console.log(JSON.stringify(ast, null, 2));

这个例子只是一个极其简化的版本，真实的Vue编译器要复杂得多。它需要处理各种指令、属性、表达式等等。

第三部分：Transform阶段：优化AST

Transform阶段的目标是对AST进行转换，应用各种优化策略。常见的优化策略包括：

静态提升 (Static Hoisting)：将静态节点提升到渲染函数之外，避免重复创建。
v-once 处理：对于使用了v-once的节点，只渲染一次，后续直接复用。
合并相邻文本节点：将相邻的文本节点合并成一个，减少节点数量。
标记动态节点：标记出需要动态更新的节点，方便后续Diff算法进行比较。

代码示例：静态提升

function transformStaticHoisting(ast) {
    function walk(node) {
        if (node.type === 'Element') {
            let isStatic = true;
            // 递归检查子节点
            for (const child of node.children) {
                if (child.type === 'Interpolation' || child.type === 'Element') {
                    isStatic = false;
                    break;
                }
            }

            if (isStatic) {
                node.isStatic = true;
            } else {
                node.isStatic = false;
                 // 继续遍历子节点
                node.children.forEach(walk);
            }
        } else if (node.type === 'Root'){
            node.children.forEach(walk)
        }
    }

    walk(ast);
    return ast;
}

const astExample = {
  type: 'Root',
  children: [
    {
      type: 'Element',
      tag: 'div',
      children: [
        {
          type: 'Element',
          tag: 'h1',
          children: [
            {
              type: 'Text',
              content: 'Hello, '
            },
            {
              type: 'Interpolation',
              content: {
                type: 'SimpleExpression',
                content: 'name',
                isStatic: false
              }
            },
            {
              type: 'Text',
              content: '!'
            }
          ]
        },
        {
          type: 'Element',
          tag: 'p',
          children: [
            {
              type: 'Text',
              content: 'This is a paragraph.'
            }
          ]
        }
      ]
    }
  ]
};

const transformedAst = transformStaticHoisting(astExample);

console.log(JSON.stringify(transformedAst, null, 2))

这个例子只是简单地标记了静态节点。真实的静态提升会把静态节点提取出来，生成一个常量，在渲染函数中直接引用这个常量。

第四部分：Generate阶段：生成渲染函数

Generate阶段的目标是根据转换后的AST生成渲染函数代码。渲染函数是一个JavaScript函数，它返回一个VNode (Virtual Node)。VNode是Vue中用来描述DOM结构的轻量级对象。

代码示例：简单Generate器实现

function generate(ast) {
  let code = ``;

  function genNode(node) {
    if (node.type === 'Root') {
      node.children.forEach(child => {
        genNode(child);
      });
    } else if (node.type === 'Element') {
      const tag = node.tag;
      code += `h("${tag}", {},n`
      if(node.children && node.children.length > 0){
          code+= `[`
          node.children.forEach((child, index)=>{
              genNode(child)
              if(index < node.children.length - 1){
                  code += ','
              }
          })
          code += `]n`
      }
      code += `)`
    } else if (node.type === 'Text') {
      const text = node.content;
      code += `"${text}"`;
    } else if (node.type === 'Interpolation') {
      const expression = node.content.content;
      code += `_ctx.${expression}`;
    }
  }

  genNode(ast);

  return `
    return function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
      const { h } = Vue;
      return ${code};
    }
  `;
}

const renderFunction = generate(transformedAst)
console.log(renderFunction)

这个例子只是一个极其简化的版本，真实的Vue编译器生成的渲染函数要复杂得多。它需要处理各种指令、属性、事件等等。

第五部分：深入理解关键概念

AST (Abstract Syntax Tree)：抽象语法树，用来表示代码结构的树状结构。
VNode (Virtual Node)：虚拟节点，用来描述DOM结构的轻量级对象。
静态提升 (Static Hoisting)：将静态节点提升到渲染函数之外，避免重复创建。
Diff算法：比较新旧VNode，找出需要更新的部分，进行最小化的DOM操作。

第六部分：Vue 3 编译器的优势

更快的编译速度：Vue 3 使用了全新的编译器架构，编译速度更快。
更小的代码体积：Vue 3 的编译器生成的代码更简洁，体积更小。
更好的性能：Vue 3 的编译器应用了更多的优化策略，性能更好。
更好的可维护性：Vue 3 的编译器代码结构更清晰，更易于维护。

总结：编译器的重要性，不仅仅是转换

Vue的编译器是Vue框架的核心组成部分。它不仅仅是把template转换成render函数，更重要的是优化。通过静态提升、v-once处理等优化策略，Vue的编译器可以生成高效的渲染函数，从而提升Vue应用的性能。

希望今天的讲座对大家有所帮助。感谢各位的聆听！

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