字符串模板浅析

作者：崔静

前言

虽然现在有各种前端框架来提高开发效率，但是在某些情况下，原生 JavaScript 实现的组件也是不可或缺的。例如在我们的项目中，需要给业务方提供一个通用的支付组件，但是业务方使用的技术栈可能是 Vue、React 等，甚至是原生的 JavaScript。那么为了实现通用性，同时保证组件的可维护性，实现一个原生 JavaScript 的组件也就显得很有必要了。

下面左图为我们的 Panel 组件的大概样子，右图则为我们项目的大概目录结构：

我们将一个组件拆分为 .html、.js、.css 三种文件，例如 Panel 组件，包含 panel.html、panel.js、panel.css 三个文件，这样可以将视图、逻辑和样式拆解开来便于维护。为了提升组件灵活性，我们 Panel 中的标题，button 的文案，以及中间 item 的个数、内容等均由配置数据来控制，这样，我们就可以根据配置数据动态渲染组件。这个过程中，为了使数据、事件流向更为清晰，参考 Vue 的设计，我们引入了数据处理中心 data center 的概念，组件需要的数据统一存放在 data center 中。data center 数据改变会触发组件的更新，而这个更新的过程，就是根据不同的数据对视图进行重新渲染。

panel.html 就是我们常说的“字符串模板”，而对其进行解析变成可执行的 JavaScript 代码的过程则是“模板引擎”所做的事情。目前有很多的模板引擎供选择，且一般都提供了丰富的功能。但是在很多情况下，我们可能只是处理一个简单的模板，没有太复杂的逻辑，那么简单的字符串模板已足够我们使用。

几种字符串模板方式和简单原理

主要分为以下几类：

简单粗暴——正则替换

最简单粗暴的方式，直接使用字符串进行正则替换。但是无法处理循环语句和 if / else 判断这些。

a. 定义一个字符串变量的写法，比如用 <%%> 包裹

const template = (
  '<div class="toast_wrap">' +
    '<div class="msg"><%text%></div>' +
    '<div class="tips_icon <%iconClass%>"></div>' +
  '</div>'
)

b. 然后通过正则匹配，找出所有的 <%%>，对里面的变量进行替换

function templateEngine(source, data) {
  if (!data) {
    return source
  }
  return source.replace(/<%([^%>]+)?%>/g, function (match, key) {  
    return data[key] ? data[key] : ''
  })
}
templateEngine(template, {
  text: 'hello',
  iconClass: 'warn'
})

简单优雅——ES6 的模板语法

使用 ES6 语法中的模板字符串，上面的通过正则表达式实现的全局替换，我们可以简单的写成
```
const data = {
  text: 'hello',
  iconClass: 'warn'
}
const template = `
  <div class="toast_wrap">
    <div class="msg">${data.text}</div>
    <div class="tips_icon ${data.iconClass}"></div>
  </div>
`
```
在模板字符串的 ${} 中可以写任意表达式，但是同样的，对 if / else 判断、循环语句无法处理。

简易模板引擎

很多情况下，我们渲染 HTML 模板时，尤其是渲染 ul 元素时，一个 for 循环显得尤为必要。那么就需要在上面简单逻辑的基础上加入逻辑处理语句。

例如我们有如下一个模板：

var template = (
  'I hava some menu lists:' +
  '<% if (lists) { %>' +
    '<ul>' +
      '<% for (var index in lists) { %>' +
        '<li><% lists[i].text %></li>' +
      '<% } %>' +
    '</ul>' +
  '<% } else { %>' +
    '<p>list is empty</p>' +
  '<% } %>'
)

直观的想，我们希望模板能转化成下面的样子：

'I hava some menu lists:'
if (lists) {
  '<ul>'
  for (var index in lists) {
    '<li>'
    lists[i].text
    '</li>'
  }
  '</ul>'
} else {
 '<p>list is empty</p>'
}

为了得到最后的模板，我们将散在各处的 HTML 片段 push 到一个数组 html 中，最后通过 html.join('') 拼接成最终的模板。

const html = []
html.push('I hava some menu lists:')
if (lists) {
  html.push('<ul>')
  for (var index in lists) {
    html.push('<li>')
    html.push(lists[i].text)
    html.push('</li>')
  }
  html.push('</ul>')
} else {
 html.push('<p>list is empty</p>')
}
return html.join('')

如此，我们就得到了可以执行的 JavaScript 代码。对比一下，容易看出从模板到 JavaScript 代码，经历了几个转换：

<%%> 中如果是逻辑语句（if/else/for/switch/case/break），那么中间的内容直接转成 JavaScript 代码。通过正则表达式 /(^( )?(var|if|for|else|switch|case|break|;))(.*)?/g 将要处理的逻辑表达式过滤出来。
<% xxx %> 中如果是非逻辑语句，那么我们替换成 html.push(xxx) 的语句
<%%> 之外的内容，我们替换成 html.push(字符串)

const re = /<%(.+?)%>/g
const reExp = /(^( )?(var|if|for|else|switch|case|break|;))(.*)?/g
let code = 'var r=[];\n'
let cursor = 0
let result
let match
const add = (line, js) => {
  if (js) { // 处理 `<%%>` 中的内容，
    code += line.match(reExp) ? line + '\n' : 'r.push(' + line + ');\n'
  } else { // 处理 `<%%>` 外的内容
    code += line !== '' ? 'r.push("' + line.replace(/"/g, '\\"') + '");\n' : ''
  }
  return add
}

while (match = re.exec(template)) { // 循环找出所有的 <%%> 
  add(template.slice(cursor, match.index))(match[1], true)
  cursor = match.index + match[0].length
}
// 处理最后一个<%%>之后的内容
add(template.substr(cursor, template.length - cursor))
// 最后返回
code = (code + 'return r.join(""); }').replace(/[\r\t\n]/g, ' ')

到此我们得到了“文本”版本的 JavaScript 代码，利用 new Function 可以将“文本”代码转化为真正的可执行代码。

最后还剩一件事——传入参数，执行该函数。

方式一：可以把模板中所有的参数统一封装在一个对象 (data) 中，然后利用 apply 绑定函数的 this 到这个对象。这样在模板中，我们便可通过 this.xx 获取到数据。

new Function(code).apply(data)

方式二：总是写 this. 会感觉略麻烦。可以把函数包裹在 with(obj) 中来运行，然后把模板用到的数据当做 obj 参数传入函数。这样一来，可以像前文例子中的模板写法一样，直接在模板中使用变量。

let code = 'with (obj) { ...'
...
new Function('obj', code).apply(data, [data])

但是需要注意，with 语法本身是存在一些弊端的。

到此我们就得到了一个简单的模板引擎。

在此基础上，可以进行一些包装，拓展一下功能。比如可以增加一个 i18n 多语言处理方法。这样可以把语言的文案从模板中单独抽离出来，在全局进行一次语言设置之后，在后期的渲染中，直接使用即可。

基本思路：对传入模板的数据进行包装，在其中增加一个 $i18n 函数。然后当我们在模板中写 <p><%$i18n("something")%></p> 时，将会被解析为 push($i18n("something"))

具体代码如下：

// template-engine.js
import parse from './parse' // 前面实现的简单的模板引擎
class TemplateEngine {
  constructor() {
    this.localeContent = {}
  }

  // 参数 parentEl, tpl, data = {} 或者 tpl, data = {}
  renderI18nTpl(tpl, data) {
    const html = this.render(tpl, data)
    const el = createDom(`<div>${html}</div>`)
    const childrenNode = children(el)
    // 多个元素则用<div></div>包裹起来，单个元素则直接返回
    const dom = childrenNode.length > 1 ? el : childrenNode[0]
    return dom
  }
  setGlobalContent(content) {
    this.localeContent = content
  }
  // 在传入模板的数据中多增加一个$i18n的函数。
  render(tpl, data = {}) {
    return parse(tpl, {
      ...data,
      $i18n: (key) => {
        return this.i18n(key)
      }
    })
  }
  i18n(key) {
    if (!this.localeContent) {
      return ''
    }
    return this.localeContent[key]
  }
}
export default new TemplateEngine()

通过 setGlobalContent 方法，设置全局的文案。然后在模板中可以通过<%$i18n("contentKey")%>来直接使用

import TemplateEngine from './template-engine'
const content = {
  something: 'zh-CN'
}
TemplateEngine.setGlobalContent(content)
const template = '<p><%$i18n("something")%></p>'
const divDom = TemplateEngine.renderI18nTpl(template)

在我们介绍的方法中使用 '<%%>' 的来包裹逻辑语块和变量，此外还有一种更为常见的方式——使用双大括号 {{}}，也叫 mustache 标记。在 Vue, Angular 以及微信小程序的模板语法中都使用了这种标记，一般也叫做插值表达式。下面我们来看一个简单的 mustache 语法模板引擎的实现。

模板引擎 mustache.js 的原理

有了方法3的基础，我们理解其他的模板引擎原理就稍微容易点了。我们来看一个使用广泛的轻量级模板 mustache 的原理。

简单的例子如下：
```
 var source = `
  <div class="entry">
    {{#author}}
      <h1>{{name.first}}</h1>
    {{/author}}
  </div>
`
var rendered = Mustache.render(source, {
  author: true,
  name: {
    first: 'ana'
  }
})
```
- 模板解析
  
  模板引擎首先要对模板进行解析。mustache 的模板解析大概流程如下：
  1. 正则匹配部分，伪代码如下：
```
tokens = []
while (!剩余要处理的模板字符串是否为空) {
  value = scanner.scanUntil(openingTagRe);
  value = 模板字符串中第一个 {{ 之前所有的内容
  if (value) {
    处理value,按字符拆分，存入tokens中。例如 <div class="entry">
    tokens = [
      {'text', "<", 0, 1},
      {'text', "d"< 1, 2},
      ...
    ]
  }
  if (!匹配{{) break;
  type = 匹配开始符 {{ 之后的第一个字符，得到类型，如{{#tag}},{{/tag}}, {{tag}}, {{>tag}}等
  value = 匹配结束符之前的内容 }}，value中的内容则是 tag
  匹配结束符 }}
  token = [ type, value, start, end ]
  tokens.push(token)
}
```
  1. 然后通过遍历 tokens，将连续的 text 类型的数组合并。
  2. 遍历 tokens，处理 section 类型(即模板中的 {{#tag}}{{/tag}}，{{^tag}}{{/tag}})。section 在模板中是成对儿出现的，需要根据 section 进行嵌套，最后和我们的模板嵌套类型达到一致。
- 渲染
  
  解析完模板之后，就是进行渲染了：根据传入的数据，得到最终的 HTML 字符串。渲染的大致过程如下：
  
  首先将渲染模板的数据存入一个变量 context 中。由于在模板中，变量是字符串形式表示的，如 'name.first'。在获取的时候首先通过 . 来分割得到 'name' 和 'first' 然后通过 trueValue = context['name']['first'] 设值。为了提高性能，可以增加一个 cache 将该次获取到的结果保存起来，cache['name.first'] = trueValue 以便于下次使用。
  
  渲染的核心过程就是遍历 tokens，获取到类型，和变量 (value) 的正真的值，然后根据类型、值进行渲染，最后将得到的结果拼接起来，即得到了最终的结果。

找到适合的模板引擎

众多模板引擎中，如何锁定哪个是我们所需的呢？下面提供几个可以考虑的方向，希望可以帮助大家来选择：

功能

选择一个工具，最主要的是看它能否满足我们所需。比如，是否支持变量、逻辑表达式，是否支持子模板，是否会对 HTML 标签进行转义等。下面表格仅仅做几个模板引擎的简单对比。不同模板引擎除了基本功能外，还提供了自己的特有的功能，比如 artTemplate 支持在模板文件上打断点，使用时方便调试，还有一些辅助方法；handlesbars 还提供一个 runtime 的版本，可以对模板进行预编译；ejs 逻辑表达式写法和 JavaScript 相同；等等在此就不一一例举了。
大小

对于一个轻量级组件来说，我们会格外在意组件最终的大小。功能丰富的模板引擎便会意味着体积较大，所以在功能和大小上我们需要进行一定的衡量。artTemplate 和 doT 较小，压缩后仅几 KB，而 handlebars 就较大，4.0.11 版本压缩后依然有 70+KB。（注：上图部分数据来源于 https://cdnjs.com/ 上 min.js 的大小,部分来源于 git 上大小。大小为非 gzip 的大小）
性能

如果有非常多的频繁 DOM 更新或者需要渲染的 DOM 数量很多，渲染时，我们就需要关注一下模板引擎的性能了。

最后，以我们的项目为例子，我们要实现的组件是一个轻量级的组件（主要为一个浮层界面，两个页面级的全覆盖界面）同时用户的交互也很简单，组件不会进行频繁重新渲染。但是对组件的整体大小会很在意，而且还有一点特殊的是，在组件的文案我们需要支持多语言。所以最终我们选定了上文介绍的第三种方案。

字符串模板浅析

前言

几种字符串模板方式和简单原理

找到适合的模板引擎

参考文档