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JavaScript模版引擎的基本实现方法浅析

模板分离了数据与展现,使得展现的逻辑和效果更易维护。利用javascript的Function对象,一步步构建一个极其简单的模板转化引擎

模板简介
模板通常是指嵌入了某种动态编程语言代码的文本,数据和模板通过某种形式的结合,可以变化出不同的结果。模板通常用来定义显示的形式,能够使得数据展现更为丰富,而且容易维护。例如,下面是一个模板的例子:

<ul>
 <% for(var i in items){ %>
 <li class='<%= items[i].status %>'><%= items[i].text %></li>
 <% } %>
</ul>

如果有如下items数据:

items:[
 { text: 'text1' ,status:'done' },
 { text: 'text2' ,status:'pending' },
 { text: 'text3' ,status:'pending' },
 { text: 'text4' ,status:'processing' }
]

通过某种方式的结合,可以产生下面的Html代码:

<ul>
 <li class='done'>text1<li>
 <li class='pending'>text2<li>
 <li class='pending'>text3<li>
 <li class='processing'>text4<li>
</ul>

如果不使用模板,想要达到同样的效果,即将上面的数据展现成结果的样子,需要像下面这样做:

var temp = '<ul>';
for(var i in items){
 temp += "<li class='" + items[i].status + "'>" + items[i].text + "</li>";
}
temp += '</ul>';

可以看出使用模板有如下好处:

简化了html的书写
通过编程元素(比如循环和条件分支),对数据的展现更具有控制的能力
分离了数据与展现,使得展现的逻辑和效果更易维护
模板引擎
通过分析模板,将数据和模板结合在一起输出最后的结果的程序称为模板引擎,模板有很多种,相对应的模板引擎也有很多种。一种比较古老的模板称为ERB,在很多的web框架中被采用,比如:ASP.NET 、 Rails … 上面的例子就是ERB的例子。在ERB中两个核心的概念:evaluate和interpolate。表面上evaluate是指包含在<% %>中的部分,interpolate是指包含在<%= %>中的部分。从模板引擎的角度,evaluate中的部分不会直接输出到结果中,一般用于过程控制;而interpolate中的部分将直接输出到结果中。

从模板引擎的实现上看,需要依赖编程语言的动态编译或者动态解释的特性,以简化实现和提高性能。例如:ASP.NET利用.NET的动态编译,将模板编译成动态的类,并利用反射动态执行类中的代码。这种实现实际上是比较复杂的,因为C#是一门静态的编程语言,但是使用javascript可以利用Function,以极少的代码实现一个简易的模板引擎。本文就来实现一个简易的ERB模板引擎,以展现javascript的强大之处。

模板文本转化
针对上面的例子,回顾一下使用模板和不使用模板的差别:

模板写法:

<ul>
 <% for(var i in items){ %>
 <li class='<%= items[i].status %>'><%= items[i].text %></li>
 <% } %>
</ul>

非模板写法:

var temp = '<ul>';
for(var i in items){
 temp += "<li class='" + items[i].status + "'>" + items[i].text + "</li>";
}
temp += '</ul>';

仔细观察,实际上这两种方法十分“相似”,能够找到某种意义上的一一对应。如果能够将模板的文本变成代码执行,那么就能实现模板转化。在转化过程中有两个原则:

遇到普通的文本直接当成字符串拼接
遇到interpolate(即<%= %>),将其中的内容当成变量拼接在字符串中
遇到evaluate(即<% %>),直接当成代码
将上面的例子按照上述原则进行变换,再添加一个总的函数:

var template = function(items){
 var temp = '';
 //开始变换
 temp += '<ul>';
 for(var i in items){
 temp += "<li class='" + items[i].status + "'>" + items[i].text + "</li>";
 }
 temp += '</ul>';
}

最后执行这个函数,传入数据参数即可:

var result = template(items);

javascript动态函数
可见上面的转化逻辑其实十分简单,但是关键的问题是,模板是变化的,这意味着生成的程序代码也必须是在运行时生成并执行的。好在javascript有许多动态特性,其中一个强大的特性就是Function。 我们通常使用function关键字在js中声明函数,很少用Function。在js中function是字面语法,js的运行时会将字面的function转化成Function对象,所以实际上Function提供了更为底层和灵活的机制。

用 Function 类直接创建函数的语法如下:

var function_name = new Function(arg1, arg2, ..., argN, function_body)

例如:

//创建动态函数 
var sayHi = new Function("sName", "sMessage", "alert("Hello " + sName + sMessage);");
//执行 
sayHi('Hello','World');

函数体和参数都能够通过字符串来创建!So cool!有了这个特性,可以将模板文本转化成函数体的字符串,这样就可以创建动态的函数来动态的调用了。

实现思路
首先利用正则式来描述interpolate和evaluate,括号用来分组捕获:

var interpolate_reg = /<%=([sS]+?)%>/g;
var evaluate_reg = /<%([sS]+?)%>/g;

为了对整个模板进行连续的匹配将这两个正则式合并在一起,但是注意,所有能够匹配interpolate的字符串都能匹配evaluate,所以interpolate需要有较高的优先级:

var matcher = /<%=([sS]+?)%>|<%([sS]+?)%>/g

设计一个函数用于转化模板,输入参数为模板文本字串和数据对象

var matcher = /<%=([sS]+?)%>|<%([sS]+?)%>/g
//text: 传入的模板文本字串
//data: 数据对象
var template = function(text,data){ ... }

使用replace方法,进行正则的匹配和“替换”,实际上我们的目的不是要替换interpolate或evaluate,而是在匹配的过程中构建出“方法体”:

var matcher = /<%=([sS]+?)%>|<%([sS]+?)%>/g
//text: 传入的模板文本字串
//data: 数据对象
var template = function(text,data){
 var index = 0;//记录当前扫描到哪里了
 var function_body = "var temp = '';";
 function_body += "temp += '";
 text.replace(matcher,function(match,interpolate,evaluate,offset){
 //找到第一个匹配后,将前面部分作为普通字符串拼接的表达式
 function_body += text.slice(index,offset);
 
 //如果是<% ... %>直接作为代码片段,evaluate就是捕获的分组
 if(evaluate){
  function_body += "';" + evaluate + "temp += '";
 }
 //如果是<%= ... %>拼接字符串,interpolate就是捕获的分组
 if(interpolate){
  function_body += "' + " + interpolate + " + '";
 }
 //递增index,跳过evaluate或者interpolate
 index = offset + match.length;
 //这里的return没有什么意义,因为关键不是替换text,而是构建function_body
 return match;
 });
 //最后的代码应该是返回temp
 function_body += "';return temp;";
}

至此,function_body虽然是个字符串,但里面的内容实际上是一段函数代码,可以用这个变量来动态创建一个函数对象,并通过data参数调用:

var render = new Function('obj', function_body);
return render(data);

这样render就是一个方法,可以调用,方法内部的代码由模板的内容构造,但是大致的框架应该是这样的:

function render(obj){
 var temp = '';
 temp += ...
 ...
 return temp;
}

注意到,方法的形参是obj,所以模板内部引用的变量应该是obj:

<script id='template' type='javascript/template'>
 <ul>
 <% for(var i in obj){ %>
  <li class="<%= obj[i].status %>"><%= obj[i].text %></li>
 <% } %>
 </ul>
</script>

看似到这里就OK了,但是有个必须解决的问题。模板文本中可能包含r n u2028 u2029等字符,这些字符如果出现在代码中,会出错,比如下面的代码是错误的:

temp += '
 <ul>
 ' + ... ;

我们希望看到的应该是这样的代码:

temp += 'n tt<ul>n' + ...;

这样需要把n前面的转义成\即可,最终变成字面的\n。

另外,还有一个问题是,上面的代码无法将最后一个evaluate或者interpolate后面的部分拼接进来,解决这个问题的办法也很简单,只需要在正则式中添加一个行尾的匹配即可:

var matcher = /<%=([sS]+?)%>|<%([sS]+?)%>|$/g;

相对完整的代码

var matcher = /<%=([sS]+?)%>|<%([sS]+?)%>|$/g


//模板文本中的特殊字符转义处理
var escaper = /\|'|r|n|t|u2028|u2029/g;
var escapes = {
  "'":   "'",
  '\':   '\',
  'r':   'r',
  'n':   'n',
  't':   't',
  'u2028': 'u2028',
  'u2029': 'u2029'
 };

//text: 传入的模板文本字串
//data: 数据对象
var template = function(text,data){
 var index = 0;//记录当前扫描到哪里了
 var function_body = "var temp = '';";
 function_body += "temp += '";
 text.replace(matcher,function(match,interpolate,evaluate,offset){
 //找到第一个匹配后,将前面部分作为普通字符串拼接的表达式
 //添加了处理转义字符
 function_body += text.slice(index,offset)
  .replace(escaper, function(match) { return '\' + escapes[match]; });

 //如果是<% ... %>直接作为代码片段,evaluate就是捕获的分组
 if(evaluate){
  function_body += "';" + evaluate + "temp += '";
 }
 //如果是<%= ... %>拼接字符串,interpolate就是捕获的分组
 if(interpolate){
  function_body += "' + " + interpolate + " + '";
 }
 //递增index,跳过evaluate或者interpolate
 index = offset + match.length;
 //这里的return没有什么意义,因为关键不是替换text,而是构建function_body
 return match;
 });
 //最后的代码应该是返回temp
 function_body += "';return temp;";
 var render = new Function('obj', function_body);
 return render(data);
}

调用代码可以是这样:

<script id='template' type='javascript/template'>
 <ul>
 <% for(var i in obj){ %>
  <li class="<%= obj[i].status %>"><%= obj[i].text %></li>
 <% } %>
 </ul>
</script>

...

var text = document.getElementById('template').innerHTML;
var items = [
 { text: 'text1' ,status:'done' },
 { text: 'text2' ,status:'pending' },
 { text: 'text3' ,status:'pending' },
 { text: 'text4' ,status:'processing' }
];
console.log(template(text,items));

可见,我们只用了很少的代码就实现了一个简易的模板。

遗留的问题
还有几个细节的问题需要注意:

因为<%或者%>都是模板的边界字符,如果模板需要输出<%或者%>,那么需要设计转义的办法 如果数据对象中包含有null,显然不希望最后输出'null',所以需要在function_body的代码中考虑null的情况 在模板中每次使用obj的形参引用数据,可能不太方便,可以在function_body添加with(obj||{}){...},这样模板中可以直接使用obj的属性 可以设计将render返回出去,而不是返回转化的结果,这样外部可以缓存生成的函数,以提高性能

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