【Vue.js】873- Vue 3.0 进阶之指令探秘

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在 Vue 的项目中，我们经常会遇到 v-if、v-show、v-for 或 v-model 这些内置指令，它们为我们提供了不同的功能。除了使用这些内置指令之外，Vue 也允许注册自定义指令。

接下来，将使用 Vue 3 官方文档 自定义指令 章节中使用的示例，来一步步揭开自定义指令背后的秘密。

提示：在阅读本文前，建议您先阅读 Vue 3 官方文档 自定义指令 章节的内容。

一、自定义指令

1、注册全局自定义指令

const app = Vue.createApp({})

// 注册一个全局自定义指令 v-focus
app.directive('focus', {
  // 当被绑定的元素挂载到 DOM 中时被调用
  mounted(el) {
    // 聚焦元素
    el.focus()
  }
})

2、使用全局自定义指令

<div id="app">
   <input v-focus />
</div>

3、完整的使用示例

<div id="app">
   <input v-focus />
</div>
<script>
   const { createApp } = Vue

   const app = Vue.createApp({}) // ①
   app.directive('focus', { // ② 
     // 当被绑定的元素挂载到 DOM 中时被调用
     mounted(el) {
       el.focus() // 聚焦元素
     }
   })
   app.mount('#app') // ③
</script>

当页面加载完成后，页面中的输入框元素将自动获得焦点。该示例的代码比较简单，主要包含 3 个步骤：创建 App 对象、注册全局自定义指令和应用挂载。其中创建 App 对象的细节，阿宝哥会在后续的文章中单独介绍，下面我们将重点分析其他 2 个步骤。首先我们先来分析注册全局自定义指令的过程。

二、注册全局自定义指令的过程

在以上示例中，我们使用 app 对象的 directive 方法来注册全局自定义指令：

app.directive('focus', {
  // 当被绑定的元素挂载到 DOM 中时被调用
  mounted(el) {
    el.focus() // 聚焦元素
  }
})

当然，除了注册全局自定义指令外，我们也可以注册局部指令，因为组件中也接受一个 directives 的选项：

directives: {
  focus: {
    mounted(el) {
      el.focus()
    }
  }
}

对于以上示例来说，我们使用的 app.directive 方法被定义在 runtime-core/src/apiCreateApp.ts 文件中：

// packages/runtime-core/src/apiCreateApp.ts
export function createAppAPI<HostElement>(
  render: RootRenderFunction,
  hydrate?: RootHydrateFunction
): CreateAppFunction<HostElement> {
  return function createApp(rootComponent, rootProps = null) {
    const context = createAppContext()
    let isMounted = false

    const app: App = (context.app = {
      // 省略部分代码
      _context: context,

      // 用于注册或检索全局指令。
      directive(name: string, directive?: Directive) {
        if (__DEV__) {
          validateDirectiveName(name)
        }
        if (!directive) {
          return context.directives[name] as any
        }
        if (__DEV__ && context.directives[name]) {
          warn(`Directive "${name}" has already been registered in target app.`)
        }
        context.directives[name] = directive
        return app
      },

    return app
  }
}

通过观察以上代码，我们可以知道 directive 方法支持以下两个参数：

name 参数比较简单，所以我们重点分析 directive 参数，该参数的类型是 Directive 类型：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export type Directive<T = any, V = any> =
  | ObjectDirective<T, V>
  | FunctionDirective<T, V>

由上可知 Directive 类型属于联合类型，所以我们需要继续分析 ObjectDirective 和 FunctionDirective 类型。这里我们先来看一下 ObjectDirective 类型的定义：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export interface ObjectDirective<T = any, V = any> {
  created?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeMount?: DirectiveHook<T, null, V>
  mounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeUpdate?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  updated?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  beforeUnmount?: DirectiveHook<T, null, V>
  unmounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  getSSRProps?: SSRDirectiveHook
}

该类型定义了对象类型的指令，对象上的每个属性表示指令生命周期上的钩子。而 FunctionDirective 类型则表示函数类型的指令：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export type FunctionDirective<T = any, V = any> = DirectiveHook<T, any, V>

export type DirectiveHook<T = any, Prev = VNode<any, T> | null, V = any> = (
  el: T,
  binding: DirectiveBinding<V>,
  vnode: VNode<any, T>,
  prevVNode: Prev
) => void

介绍完 Directive 类型，我们再回顾一下前面的示例，相信你就会清晰很多：

app.directive('focus', {
  // 当被绑定的元素挂载到 DOM 中时触发
  mounted(el) {
    el.focus() // 聚焦元素
  }
})

对于以上示例，当我们调用 app.directive 方法注册自定义 focus 指令时，就会执行以下逻辑：

directive(name: string, directive?: Directive) {
  if (__DEV__) { // 避免自定义指令名称，与已有的内置指令名称冲突
    validateDirectiveName(name)
  }
  if (!directive) { // 获取name对应的指令对象
    return context.directives[name] as any
  }
  if (__DEV__ && context.directives[name]) {
    warn(`Directive "${name}" has already been registered in target app.`)
  }
  context.directives[name] = directive // 注册全局指令
  return app
}

当 focus 指令注册成功之后，该指令会被保存在 context 对象的 directives 属性中，具体如下图所示：

顾名思义 context 是表示应用的上下文对象，那么该对象是如何创建的呢？其实，该对象是通过 createAppContext 函数来创建的：

const context = createAppContext()

而 createAppContext 函数被定义在 runtime-core/src/apiCreateApp.ts 文件中：

// packages/runtime-core/src/apiCreateApp.ts
export function createAppContext(): AppContext {
  return {
    app: null as any,
    config: {
      isNativeTag: NO,
      performance: false,
      globalProperties: {},
      optionMergeStrategies: {},
      isCustomElement: NO,
      errorHandler: undefined,
      warnHandler: undefined
    },
    mixins: [],
    components: {},
    directives: {},
    provides: Object.create(null)
  }
}

看到这里，是不是觉得注册全局自定义指令的内部处理逻辑其实挺简单的。那么对于已注册的 focus 指令，何时会被调用呢？要回答这个问题，我们就需要分析另一个步骤 —— 应用挂载。

三、应用挂载的过程

为了更加直观地了解应用挂载的过程，阿宝哥利用 Chrome 开发者工具，记录了应用挂载的主要过程：

通过上图，我们就可以知道应用挂载期间所经历的主要过程。此外，从图中我们也发现了一个与指令相关的函数 resolveDirective。很明显，该函数用于解析指令，且该函数在 render 方法中会被调用。在源码中，我们找到了该函数的定义：

// packages/runtime-core/src/helpers/resolveAssets.ts
export function resolveDirective(name: string): Directive | undefined {
  return resolveAsset(DIRECTIVES, name)
}

在 resolveDirective 函数内部，会继续调用 resolveAsset 函数来执行具体的解析操作。在分析 resolveAsset 函数的具体实现之前，我们在 resolveDirective 函数内部加个断点，来一睹 render 方法的 “芳容”：

在上图中，我们看到了与 focus 指令相关的 _resolveDirective("focus") 函数调用。前面我们已经知道在 resolveDirective 函数内部会继续调用 resolveAsset 函数，该函数的具体实现如下：

// packages/runtime-core/src/helpers/resolveAssets.ts
function resolveAsset(
  type: typeof COMPONENTS | typeof DIRECTIVES,
  name: string,
  warnMissing = true
) {
  const instance = currentRenderingInstance || currentInstance
  if (instance) {
    const Component = instance.type
    // 省略解析组件的处理逻辑
    const res =
      // 局部注册
      resolve(instance[type] || (Component as ComponentOptions)[type], name) ||
      // 全局注册
      resolve(instance.appContext[type], name)
    return res
  } else if (__DEV__) {
    warn(
      `resolve${capitalize(type.slice(0, -1))} ` +
        `can only be used in render() or setup().`
    )
  }
}

因为注册 focus 指令时，使用的是全局注册的方式，所以解析的过程会执行 resolve(instance.appContext[type], name) 该语句，其中 resolve 方法的定义如下：

function resolve(registry: Record<string, any> | undefined, name: string) {
  return (
    registry &&
    (registry[name] ||
      registry[camelize(name)] ||
      registry[capitalize(camelize(name))])
  )
}

分析完以上的处理流程，我们可以知道在解析全局注册的指令时，会通过 resolve 函数从应用的上下文对象中获取已注册的指令对象。在获取到 _directive_focus 指令对象后，render 方法内部会继续调用 _withDirectives 函数，用于把指令添加到 VNode 对象上，该函数被定义在 runtime-core/src/directives.ts 文件中：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export function withDirectives<T extends VNode>(
  vnode: T,
  directives: DirectiveArguments
): T {
  const internalInstance = currentRenderingInstance // 获取当前渲染的实例
  const instance = internalInstance.proxy
  const bindings: DirectiveBinding[] = vnode.dirs || (vnode.dirs = [])
  for (let i = 0; i < directives.length; i++) {
    let [dir, value, arg, modifiers = EMPTY_OBJ] = directives[i]
    // 在 mounted 和 updated 时，触发相同行为，而不关系其他的钩子函数
    if (isFunction(dir)) { // 处理函数类型指令
      dir = {
        mounted: dir,
        updated: dir
      } as ObjectDirective
    }
    bindings.push({
      dir,
      instance,
      value,
      oldValue: void 0,
      arg,
      modifiers
    })
  }
  return vnode
}

因为一个节点上可能会应用多个指令，所以 withDirectives 函数在 VNode 对象上定义了一个 dirs 属性且该属性值为数组。对于前面的示例来说，在调用 withDirectives 函数之后，VNode 对象上就会新增一个 dirs 属性，具体如下图所示：

通过上面的分析，我们已经知道在组件的 render 方法中，我们会通过 withDirectives 函数把指令注册对应的 VNode 对象上。那么 focus 指令上定义的钩子什么时候会被调用呢？在继续分析之前，我们先来介绍一下指令对象所支持的钩子函数。

一个指令定义对象可以提供如下几个钩子函数 (均为可选)：

介绍完这些钩子函数之后，我们再来回顾一下前面介绍的 ObjectDirective 类型：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export interface ObjectDirective<T = any, V = any> {
  created?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeMount?: DirectiveHook<T, null, V>
  mounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeUpdate?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  updated?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  beforeUnmount?: DirectiveHook<T, null, V>
  unmounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  getSSRProps?: SSRDirectiveHook
}

好的，接下来我们来分析一下 focus 指令上定义的钩子什么时候被调用。同样，阿宝哥在 focus 指令的 mounted 方法中加个断点：

在图中右侧的调用栈中，我们看到了 invokeDirectiveHook 函数，很明显该函数的作用就是调用指令上已注册的钩子。出于篇幅考虑，具体的细节阿宝哥就不继续介绍了，感兴趣的小伙伴可以自行断点调试一下。

四、阿宝哥有话说

4.1 Vue 3 有哪些内置指令？

在介绍注册全局自定义指令的过程中，我们看到了一个 validateDirectiveName 函数，该函数用于验证自定义指令的名称，从而避免自定义指令名称，与已有的内置指令名称冲突。

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export function validateDirectiveName(name: string) {
  if (isBuiltInDirective(name)) {
    warn('Do not use built-in directive ids as custom directive id: ' + name)
  }
}

在 validateDirectiveName 函数内部，会通过 isBuiltInDirective(name) 语句来判断是否为内置指令：

const isBuiltInDirective = /*#__PURE__*/ makeMap(
  'bind,cloak,else-if,else,for,html,if,model,on,once,pre,show,slot,text'
)

以上代码中的 makeMap 函数，用于生成一个 map 对象（Object.create(null)）并返回一个函数，用于检测某个 key 是否存在 map 对象中。另外，通过以上代码，我们就可以很清楚地了解 Vue 3 中为我们提供了哪些内置指令。

4.2 指令有几种类型？

在 Vue 3 中指令分为 ObjectDirective 和 FunctionDirective 两种类型：

// packages/runtime-core/src/directives.ts
export type Directive<T = any, V = any> =
  | ObjectDirective<T, V>
  | FunctionDirective<T, V>
ObjectDirective
export interface ObjectDirective<T = any, V = any> {
  created?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeMount?: DirectiveHook<T, null, V>
  mounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  beforeUpdate?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  updated?: DirectiveHook<T, VNode<any, T>, V>
  beforeUnmount?: DirectiveHook<T, null, V>
  unmounted?: DirectiveHook<T, null, V>
  getSSRProps?: SSRDirectiveHook
}
FunctionDirective
export type FunctionDirective<T = any, V = any> = DirectiveHook<T, any, V>

export type DirectiveHook<T = any, Prev = VNode<any, T> | null, V = any> = (
  el: T,
  binding: DirectiveBinding<V>,
  vnode: VNode<any, T>,
  prevVNode: Prev
) => void

如果你想在 mounted 和 updated 时触发相同行为，而不关心其他的钩子函数。那么你可以通过将回调函数传递给指令来实现：

app.directive('pin', (el, binding) => {
  el.style.position = 'fixed'
  const s = binding.arg || 'top'
  el.style[s] = binding.value + 'px'
})

4.3 注册全局指令与局部指令有什么区别？

注册全局指令
app.directive('focus', {
  // 当被绑定的元素挂载到 DOM 中时被调用
  mounted(el) {
    el.focus() // 聚焦元素
  }
});
注册局部指令
const Component = defineComponent({
  directives: {
    focus: {
      mounted(el) {
        el.focus()
      }
    }
  },
  render() {
    const { directives } = this.$options;
    return [withDirectives(h('input'), [[directives.focus, ]])]
  }
});
解析全局注册和局部注册的指令
// packages/runtime-core/src/helpers/resolveAssets.ts
function resolveAsset(
  type: typeof COMPONENTS | typeof DIRECTIVES,
  name: string,
  warnMissing = true
) {
  const instance = currentRenderingInstance || currentInstance
  if (instance) {
    const Component = instance.type
    // 省略解析组件的处理逻辑
    const res =
      // 局部注册
      resolve(instance[type] || (Component as ComponentOptions)[type], name) ||
      // 全局注册
      resolve(instance.appContext[type], name)
    return res
  }
}

4.4 内置指令和自定义指令生成的渲染函数有什么区别？

要了解内置指令和自定义指令生成的渲染函数的区别，阿宝哥以 v-if 、v-show 内置指令和 v-focus 自定义指令为例，然后使用 Vue 3 Template Explorer 这个在线工具来编译生成渲染函数：

v-if 内置指令
<input v-if="isShow" />

const _Vue = Vue
return function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  with (_ctx) {
    const { createVNode: _createVNode, openBlock: _openBlock, 
      createBlock: _createBlock, createCommentVNode: _createCommentVNode } = _Vue

    return isShow
      ? (_openBlock(), _createBlock("input", { key: 0 }))
      : _createCommentVNode("v-if", true)
  }
}

对于 v-if 指令来说，在编译后会通过 ?: 三目运算符来实现动态创建节点的功能。

v-show 内置指令
<input v-show="isShow" />

const _Vue = Vue
return function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  with (_ctx) {
    const { vShow: _vShow, createVNode: _createVNode, withDirectives: _withDirectives, 
      openBlock: _openBlock, createBlock: _createBlock } = _Vue

    return _withDirectives((_openBlock(), _createBlock("input", null, null, 512 /* NEED_PATCH */)), [
      [_vShow, isShow]
    ])
  }
}

以上示例中的 vShow 指令被定义在 packages/runtime-dom/src/directives/vShow.ts 文件中，该指令属于 ObjectDirective 类型的指令，该指令内部定义了 beforeMount、mounted、updated 和 beforeUnmount 四个钩子。

v-focus 自定义指令
<input v-focus />

const _Vue = Vue
return function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  with (_ctx) {
    const { resolveDirective: _resolveDirective, createVNode: _createVNode, 
      withDirectives: _withDirectives, openBlock: _openBlock, createBlock: _createBlock } = _Vue

    const _directive_focus = _resolveDirective("focus")
    return _withDirectives((_openBlock(), _createBlock("input", null, null, 512 /* NEED_PATCH */)), [
      [_directive_focus]
    ])
  }
}

通过对比 v-focus 与 v-show 指令生成的渲染函数，我们可知 v-focus 自定义指令与 v-show 内置指令都会通过 withDirectives 函数，把指令注册到 VNode 对象上。而自定义指令相比内置指令来说，会多一个指令解析的过程。

此外，如果在 input 元素上，同时应用了 v-show 和 v-focus 指令，则在调用 _withDirectives 函数时，将使用二维数组：

<input v-show="isShow" v-focus />

const _Vue = Vue
return function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  with (_ctx) {
    const { vShow: _vShow, resolveDirective: _resolveDirective, createVNode: _createVNode, 
      withDirectives: _withDirectives, openBlock: _openBlock, createBlock: _createBlock } = _Vue

    const _directive_focus = _resolveDirective("focus")
    return _withDirectives((_openBlock(), _createBlock("input", null, null, 512 /* NEED_PATCH */)), [
      [_vShow, isShow],
      [_directive_focus]
    ])
  }
}

4.5 如何在渲染函数中应用指令？

除了在模板中应用指令之外，利用前面介绍的 withDirectives 函数，我们可以很方便地在渲染函数中应用指定的指令：

<div id="app"></div>
<script>
   const { createApp, h, vShow, defineComponent, withDirectives } = Vue
   const Component = defineComponent({
     data() {
       return { value: true }
     },
     render() {
       return [withDirectives(h('div', '我是阿宝哥'), [[vShow, this.value]])]
     }
   });
   const app = Vue.createApp(Component)
   app.mount('#app')
</script>

本文主要介绍了在 Vue 3 中如何自定义指令、如何注册全局和局部指令。为了让大家能够更深入地掌握自定义指令的相关知识，从源码的角度分析了指令的注册和应用过程。

五、参考资源

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