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Vue3 的 SFC Style CSS Variable Injection 提案实现的背后

前言

在 5月22日的 Vue Conf 21 上，尤大介绍在介绍单文件组件（SFC）在编译阶段的优化的时候，讲了 SFC Style CSS Variable Injection 这个提案，即 <style> 动态变量注入。简单地讲，它可以让你在 <style> 中通过 v-bind 的方式使用 <script> 中定义好的变量。

这么一听，似乎很像 CSS In JS？确实，从使用的角度是和 CSS In JS 很类似。但是，大家都知道的是 CSS In JS 在一些场景下，存在一定的性能问题，而 <style> 动态变量注入却不存类似的问题。

那么， <style> 动态变量注入又是怎么实现的？我想这是很多同学都会抱有的一个疑问，所以，今天就让我们来彻底搞懂何为 <style> 动态变量注入，以及它实现的背后做了哪些事情。

1 什么是 <style> 动态变量注入

<style> 动态变量注入，根据 SFC 上尤大的总结，它主要有以下 5 点能力：

  • 不需要明确声明某个属性被注入作为 CSS 变量（会根据）
  • 响应式的变量
  • 在 Scoped/Non-scoped 模式下具备不一样的表现
  • 不会污染子组件
  • 普通的 CSS 变量的使用不会被影响

下面，我们来看一个简单使用 <style> 动态变量注入的例子：

<template>
  <p class="word">{{ msg }}</p>
  <button @click="changeColor">
    click me
  </button>
</template>

<script setup>
import { ref } from "vue"

const msg = 'Hello World!'
let color = ref("red")
const changeColor = () => {
  if (color.value === 'black') {
    color.value = "red"
  } else {
    color.value = "black"
  }
}
</script>

<style scoped>
  .word {
    background: v-bind(color)
  }
</style>

对应的渲染到页面上：

从上面的代码片段，很容易得知当我们点击 click me 按钮，文字的背景色就会发生变化：

而这就是 <style> 动态变量注入赋予我们的能力，让我们很便捷地通过 <script> 中的变量来操作 <template> 中的 HTML 元素样式的动态改变。

那么，这个过程又发生了什么？怎么实现的？有疑问是件好事，接着让我们来一步步揭开其幕后的实现原理。

2 <style> 动态变量注入的原理

在文章的开始，我们讲了 <style> 动态变量注入的实现是源于在单文件（SFC）在编译阶段的优化。不过，这里并不对SFC 编译的全部过程进行讲解，不了解的同学可以看我之前写的文章 [从编译过程，理解 Vue3 静态节点提升过程]()。

那么，下面让我们聚焦 SFC 在编译过程对 <style> 动态变量注入的处理，首先是这个过程实现的 2 个关键点。

2.1 SFC 编译对 <style> 动态变量注入的处理

SFC 在编译过程对 <style> 动态变量注入的处理实现，主要是基于的 2 个关键点。这里，我们以上面的例子作为示例分析：

  • 在对应 DOM 上绑定行内 style，通过 CSS var()) 在 CSS 中使用在行内 style 上定义的自定义属性，对应的 HTML 部分：

    CSS 部分:
  • 通过动态更新 color 变量来实现行内 style 属性值的变化，进而改变使用了该 CSS 自定义属性的 HTML 元素样式

那么，显然要完成这一整个过程，不同于在没有 <style> 动态变量注入前的 SFC 编译，这里需要对 <style>、<script> 增加相应的特殊处理。下面，我们分 2 点来讲解：

1.SFC 编译 <style> 相关处理

大家都知道的是在 Vue SFC 的 <style> 部分编译主要是由 postcss 完成的。而这在 Vue 源码中对应着 packages/compiler-sfc/sfc/compileStyle.ts 中的 doCompileStyle() 方法。

这里，我们看一下其针对 <style> 动态变量注入的编译处理，对应的代码（伪代码）：

export function doCompileStyle(
  options: SFCAsyncStyleCompileOptions
): SFCStyleCompileResults | Promise<SFCStyleCompileResults> {
  const {
    ...
    id,
    ...
  } = options
  ...
  const plugins = (postcssPlugins || []).slice()
  plugins.unshift(cssVarsPlugin({ id: shortId, isProd }))
  ...
}

可以看到，在使用 postcss 编译 <style> 之前会加入 cssVarsPlugin 插件，并给 cssVarsPlugin 传入 shortId（即 scopedId 替换掉 data-v 内的结果）和 isProd（是否处于生产环境）。

cssVarsPlugin 则是使用了 postcss 插件提供的 Declaration 方法，来访问 <style> 中声明的所有 CSS 属性的值，每次访问通过正则来匹配 v-bind 指令的内容，然后再使用 replace() 方法将该属性值替换为 var(--xxxx-xx)，表现在上面这个例子会是这样：

cssVarsPlugin 插件的定义：

const cssVarRE = /\bv-bind\(\s*(?:'([^']+)'|"([^"]+)"|([^'"][^)]*))\s*\)/g
const cssVarsPlugin: PluginCreator<CssVarsPluginOptions> = opts => {
  const { id, isProd } = opts!
  return {
    postcssPlugin: 'vue-sfc-vars',
    Declaration(decl) {
      // rewrite CSS variables
      if (cssVarRE.test(decl.value)) {
        decl.value = decl.value.replace(cssVarRE, (_, $1, $2, $3) => {
          return `var(--${genVarName(id, $1 || $2 || $3, isProd)})`
        })
      }
    }
  }
}

这里 CSS var() 的变量名即 --（之后的内容）是由 genVarName() 方法生成，它会根据 isProd 为 true 或 false 生成不同的值：

function genVarName(id: string, raw: string, isProd: boolean): string {
  if (isProd) {
    return hash(id + raw)
  } else {
    return `${id}-${raw.replace(/([^\w-])/g, '_')}`
  }
}

2.SFC 编译 <script> 相关处理

如果，仅仅站在 <script> 的角度，显然是无法感知当前 SFC 是否使用了 <style> 动态变量注入。所以，需要从 SFC 出发来标识当前是否使用了 <style> 动态变量注入。

在 packages/compiler-sfc/parse.ts 中的 parse 方法中会对解析 SFC 得到的 descriptor 对象调用 parseCssVars() 方法来获取 <style> 中使用到 v-bind 的所有变量。

对应的 parse() 方法中部分代码（伪代码）：

function parse(
  source: string,
  {
    sourceMap = true,
    filename = 'anonymous.vue',
    sourceRoot = '',
    pad = false,
    compiler = CompilerDOM
  }: SFCParseOptions = {}
): SFCParseResult {
  //...
  descriptor.cssVars = parseCssVars(descriptor)
  if (descriptor.cssVars.length) {
    warnExperimental(`v-bind() CSS variable injection`, 231)
  }
  //...
}

可以看到，这里会将 parseCssVars() 方法返回的结果（数组）赋值给 descriptor.cssVars。然后，在编译 script 的时候，根据 descriptor.cssVars.length 判断是否注入 <style> 动态变量注入相关的代码。

而编译 script 是由 package/compile-sfc/src/compileScript.ts 中的 compileScript 方法完成，这里我们看一下其针对 <style> 动态变量注入的处理：

export function compileScript(
  sfc: SFCDescriptor,
  options: SFCScriptCompileOptions
): SFCScriptBlock {
  //...
  const cssVars = sfc.cssVars
  //...
  const needRewrite = cssVars.length || hasInheritAttrsFlag
  let content = script.content
  if (needRewrite) {
    //...
    if (cssVars.length) {
      content += genNormalScriptCssVarsCode(
        cssVars,
        bindings,
        scopeId,
        !!options.isProd
      )
    }
  }
  //...
}

对于前面我们举的例子（使用了 <style> 动态变量注入），显然 cssVars.length 是存在的，所以这里会调用 genNormalScriptCssVarsCode() 方法来生成对应的代码。

genNormalScriptCssVarsCode() 的定义：

// package/compile-sfc/src/cssVars.ts
const CSS_VARS_HELPER = `useCssVars`
function genNormalScriptCssVarsCode(
  cssVars: string[],
  bindings: BindingMetadata,
  id: string,
  isProd: boolean
): string {
  return (
    `\nimport { ${CSS_VARS_HELPER} as _${CSS_VARS_HELPER} } from 'vue'\n` +
    `const __injectCSSVars__ = () => {\n${genCssVarsCode(
      cssVars,
      bindings,
      id,
      isProd
    )}}\n` +
    `const __setup__ = __default__.setup\n` +
    `__default__.setup = __setup__\n` +
    `  ? (props, ctx) => { __injectCSSVars__();return __setup__(props, ctx) }\n` +
    `  : __injectCSSVars__\n`
  )
}

genNormalScriptCssVarsCode() 方法主要做了这 3 件事：

  • 引入 useCssVars() 方法，其主要是监听 watchEffect 动态注入的变量，然后再更新对应的 CSS Vars() 的值
  • 定义 __injectCSSVars__ 方法，其主要是调用了 genCssVarsCode() 方法来生成 <style> 动态样式相关的代码
  • 兼容非 <script setup> 情况下的组合 API 使用（对应这里 __setup__），如果它存在则重写 __default__.setup 为 (props, ctx) => { __injectCSSVars__();return __setup__(props, ctx) }

那么，到这里我们就已经大致分析完 SFC 编译对 <style> 动态变量注入的处理，其中部分逻辑并没有过多展开讲解（避免陷入套娃的情况），有兴趣的同学可以自行了解。下面，我们就针对前面这个例子，看一下 SFC 编译结果会是什么？

3 从 SFC 编译结果，认识 <style> 动态变量注入实现细节

这里，我们直接通过 Vue 官方的 SFC Playground 来查看上面这个例子经过 SFC 编译后输出的代码：

import { useCssVars as _useCssVars, unref as _unref } from 'vue'
import { toDisplayString as _toDisplayString, createVNode as _createVNode, Fragment as _Fragment, openBlock as _openBlock, createBlock as _createBlock, withScopeId as _withScopeId } from "vue"
const _withId = /*#__PURE__*/_withScopeId("data-v-f13b4d11")

import { ref } from "vue"

const __sfc__ = {
  expose: [],
  setup(__props) {

_useCssVars(_ctx => ({
  "f13b4d11-color": (_unref(color))
}))

const msg = 'Hello World!'
let color = ref("red")
const changeColor = () => {
  if (color.value === 'black') {
    color.value = "red"
  } else {
    color.value = "black"
  }
}

return (_ctx, _cache) => {
  return (_openBlock(), _createBlock(_Fragment, null, [
    _createVNode("p", { class: "word" }, _toDisplayString(msg)),
    _createVNode("button", { onClick: changeColor }, " click me ")
  ], 64 /* STABLE_FRAGMENT */))
}
}

}
__sfc__.__scopeId = "data-v-f13b4d11"
__sfc__.__file = "App.vue"
export default __sfc__

可以看到 SFC 编译的结果，输出了单文件对象 __sfc__、render 函数、<style> 动态变量注入等相关的代码。那么抛开前两者，我们直接看 <style> 动态变量注入相关的代码：

_useCssVars(_ctx => ({
  "f13b4d11-color": (_unref(color))
}))

这里调用了 _useCssVars() 方法，即在源码中指的是 useCssVars() 方法，然后传入了一个函数，该函数会返回一个对象 { "f13b4d11-color": (_unref(color)) }。那么，下面我们来看一下 useCssVars() 方法。

3.1 useCssVars() 方法

useCssVars() 方法是定义在 runtime-dom/src/helpers/useCssVars.ts 中：

// runtime-dom/src/helpers/useCssVars.ts
function useCssVars(getter: (ctx: any) => Record<string, string>) {
  if (!__BROWSER__ && !__TEST__) return

  const instance = getCurrentInstance()
  if (!instance) {
    __DEV__ &&
      warn(`useCssVars is called without current active component instance.`)
    return
  }

  const setVars = () =>
    setVarsOnVNode(instance.subTree, getter(instance.proxy!))
  onMounted(() => watchEffect(setVars, { flush: 'post' }))
  onUpdated(setVars)
}

useCssVars 主要做了这 4 件事：

  • 获取当前组件实例 instance，用于后续操作组件实例的 VNode Tree，即 instance.subTree
  • 定义 setVars() 方法，它会调用 setVarsOnVNode() 方法，并 instance.subTree、接收到的 getter() 方法传入
  • 在 onMounted() 生命周期中添加 watchEffect，每次挂载组件的时候都会调用 setVars() 方法
  • 在 onUpdated() 生命周期中添加 setVars() 方法，每次组件更新的时候都会调用 setVars() 方法

可以看到，无论是 onMounted() 或者 onUpdated() 生命周期，它们都会调用 setVars() 方法，本质上也就是 setVarsOnVNode() 方法，我们先来看一下它的定义：

function setVarsOnVNode(vnode: VNode, vars: Record<string, string>) {
  if (__FEATURE_SUSPENSE__ && vnode.shapeFlag & ShapeFlags.SUSPENSE) {
    const suspense = vnode.suspense!
    vnode = suspense.activeBranch!
    if (suspense.pendingBranch && !suspense.isHydrating) {
      suspense.effects.push(() => {
        setVarsOnVNode(suspense.activeBranch!, vars)
      })
    }
  }

  while (vnode.component) {
    vnode = vnode.component.subTree
  }

  if (vnode.shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT && vnode.el) {
    const style = vnode.el.style
    for (const key in vars) {
      style.setProperty(`--${key}`, vars[key])
    }
  } else if (vnode.type === Fragment) {
    ;(vnode.children as VNode[]).forEach(c => setVarsOnVNode(c, vars))
  }
}

对于前面我们这个栗子，由于初始传入的是 instance.subtree，它的 type 为 Fragment。所以，在 setVarsOnVNode() 方法中会命中 vnode.type === Fragment 的逻辑，会遍历 vnode.children，然后不断地递归调用 setVarsOnVNode()。

而在后续的 setVarsOnVNode() 方法的执行，如果满足 vnode.shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT && vnode.el 的逻辑，则会调用 style.setProperty() 方法来给每个 VNode 对应的 DOM（vnode.el）添加行内的 style，其中 key 是先前处理 <style> 时 CSS var() 的值，value 则对应着 <script> 中定义的变量的值。

这样一来，就完成了整个从 <script> 中的变量变化到 <style> 中样式变化的联动。这里我们用图例来简单回顾一下这个过程：

结语

如果，简单地概括 <style> 动态变量注入的话，可能几句话就可以表达。但是，其在源码层面又是怎么做的？这是很值得深入了解的，通过这我们可以懂得如何编写 postcss 插件、CSS vars() 是什么等技术点。

并且，原本打算留有一个小节用于介绍如何手写一个 Vite 插件 vite-plugin-vue2-css-vars，让 Vue 2.x 也可以支持 <style> 动态变量注入。但是，考虑到文章篇幅太长可能会给大家造成阅读上的障碍。所以，这会在下一篇文章中介绍，不过目前这个插件已经发到 NPM 上了，有兴趣的同学也可以自行了解。

最后，如果文中存在表达不当或错误的地方，欢迎各位同学提 Issue～

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