零基础理解 PostCSS 的主流程
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2022-03-10 23:10
来自内部 霍超群 同学的分享
本文适用于所有前端开发人员。文章会介绍 PostCSS 的主功能实现原理，不是介绍 api，也不会介绍所有功能的原理，如果有需要了解全部功能或者查阅 API，可查看官方文档：https://postcss.org/api/。
什么是 PostCSS
官网说：“PostCSS，一个使用 JavaScript 来处理CSS的框架”。这句话高度概括了 PostCSS 的作用，但是太抽象了。按我理解，PostCSS 主要做了三件事：
parse：把 CSS 文件的字符串解析成抽象语法树（Abstract Syntax Tree）的框架，解析过程中会检查 CSS 语法是否正确，不正确会给出错误提示。runPlugin: 执行插件函数。PostCSS 本身不处理任何具体任务，它提供了以特定属性或者规则命名的事件。有特定功能的插件（如 autoprefixer、CSS Modules）会注册事件监听器。PostCSS 会在这个阶段，重新扫描 AST，执行注册的监听器函数。generate: 插件对 AST 处理后，PostCSS 把处理过的 AST 对象转成 CSS string。
「如果没有插件」，那么初始传入的 CSS string 和 generate 生成的 CSS string 是一样的。由此可见，PostCSS 本身并不处理任何具体的任务，只有当我们为其附加各种插件之后，它才具有实用性。
下面分别详细分析三个阶段做的事。
第一阶段：parse
CSS 语法简述
CSS 规则集（rule-set）由选择器和声明块组成：
- 选择器指向您需要设置样式的 HTML 元素。
- 声明块包含一条或多条用分号分隔的声明。
- 每条声明都包含一个 CSS 属性名称和一个值，以冒号分隔。
- 多条 CSS 声明用分号分隔，声明块用花括号括起来。
五类对象
AST 用五类对象描述 CSS 语法。这里举个具体的例子，再打印出对应的 AST 结果，对照了解 AST 五类对象和 CSS 语法的对应关系。
app.css 文件中写如下内容：
@import url('./app-02.css');
.container {
color: red;
}
Declaration 对象
Declaration 对象用来描述 CSS 中的每一条声明语句。
- type 标记当前对象的类型
- parent 记录父对象的实例
- prop 记录声明中的属性名
- value 记录声明中的值
- raws 字段记录声明前的字符串、声明属性和值之间的符号的字符串
- 其余字段解释见代码中的注释。
上边 CSS 文件中的color: red;会被描述成如下对象：
{
parent: Rule, // 外层的选择器被转译成 Rule 对象，是当前声明对象的 parent
prop: "color", // prop 字段记录声明的属性
raws: { // raws 字段记录声明前、后的字符串，声明属性和值之间的字符串，以及前边语句是否分号结束。
before: '\n ', // raws.before 字段记录声明前的字符串
between: ': ', // raws.between 字段记录声明属性和值之间的字符串
},
source: { // source 字段记录声明语句的开始、结束位置，以及当前文件的信息
start: { offset: 45, column: 3, line: 4 },
end: { offset: 55, column: 13, line: 4 },
input: Input {
css: '@import url('./app-02.css');\n\n.container {\n color: red;\n}',
file: '/Users/admin/temp/postcss/app.css',
hasBOM: false,
Symbol(fromOffsetCache): [0, 29, 30, 43, 57]
}
},
Symbol('isClean'): false, // Symbol(isClean) 字段默认值都是 false，用于记录当前对象关联的 plugin 是否执行。plugin 会在后续解释
Symbol('my'): true, // Symbol(my) 字段默认值都是 true，用于记录当前对象是否是对应对象的实例，如果不是，可以根据类型把对象的属性设置为普通对象的 prototype 属性
type: 'decl', // type 记录对象类型，是个枚举值，声明语句的 type 固定是 decl
value: "red" // value 字段记录声明的值
}
每个字段的含义和功能已经以注释的形式进行了解释。
Rule 对象
Rule 对象是描述选择器的。
- type 记录对象的类型
- parent 记录父对象的实例
- nodes 记录子对象的实例
- selector 记录选择器的字符串
- raws 记录选择器前的字符串、选择器和大括号之间的字符串、最后一个声明和结束大括号之间的字符串
- 其余字段解释见代码中的注释。
上边 app.css 文件中.container经过 postcss 转译后的对象是(每个字段的含义和功能已经以注释的形式进行了解释)：
{
nodes: [Declaration], // nodes 记录包含关系，Rule 对象包含 Declaration 对象
parent: Root, // 根对象是 Root 对象，是当前声明对象的 parent
raws: { // raws 字段记录如下
before: '\n\n', // raws.before 字段记录选择器前的字符串
between: ' ', // raws.between 字段记录选择器和大括号之间的字符串
semicolon: true, // raws.semicolon 字段记录前置声明语句是正常分号结束
after: '\n' // raws.after 字段记录最后一个声明和结束大括号之间的字符串
},
selector:'.container', // selector 记录 selector
source: { // source 字段记录选择器语句的开始、结束位置，以及当前文件的信息
start: { offset: 30, column: 1, line: 3 },
input: Input {
css: '@import url('./app-02.css');\n\n.container {\n color: red;\n}',
file: '/Users/admin/temp/postcss/app.css',
hasBOM: false,
Symbol(fromOffsetCache): [0, 29, 30, 43, 57]
},
end: { offset: 57, column: 1, line: 5 }
},
Symbol('isClean'): false, // Symbol(isClean) 字段默认值都是 false，用于记录当前对象关联的 plugin 是否执行。plugin 会在后续解释
Symbol('my'): true, // Symbol(my) 字段默认值都是 true，用于记录当前对象是否是对应对象的实例，如果不是，可以根据类型把对象的属性设置为普通对象的 prototype
type: 'rule' // type 记录对象类型，是个枚举值，声明语句的 type 固定是 rule
}
Root 对象
Root 对象是 AST 对象的根对象。
- type 记录当前对象的类型
- nodes 属性记录子节点对应对象的实例。
上边 app.css 文件中 root 对象是(每个字段的含义和功能已经以注释的形式进行了解释)：
{
nodes: [AtRule, Rule], // nodes 记录子对象（选择器和 @开头的对象），AtRule 对象会在后边提到
raws: { // raws 字段记录如下
semicolon: false, // raws.semicolon 最后是否是分号结束
after: '' // raws.after 最后的空字符串
},
source: { // source 字段记录根目录语句的开始，以及当前文件的信息
start: { offset: 0, column: 1, line: 1 },
input: Input {
css: '@import url('./app-02.css');\n\n.container {\n color: red;\n}',
file: '/Users/admin/temp/postcss/app.css',
hasBOM: false,
Symbol(fromOffsetCache): [0, 29, 30, 43, 57]
}
},
Symbol('isClean'): false, // Symbol(isClean) 字段默认值都是 false，用于记录当前对象关联的 plugin 是否执行。plugin 会在后续解释
Symbol('my'): true, // Symbol(my) 字段默认值都是 true，用于记录当前对象是否是对应对象的实例，如果不是，可以根据类型把对象的属性设置为普通对象的 prototype
type: 'root' // type 记录对象类型，是个枚举值，声明语句的 type 固定是 root
}
AtRule 对象
CSS 中除了选择器，还有一类语法是 @ 开头的，例如 @import、@keyframes、@font-face，PostCSS 把这类语法解析成 AtRule 对象。
- type 记录当前对象的类型
- parent 记录当前对象的父对象
- name 记录
@紧跟着的单词 - params 记录 name 值
例如 @import url("./app-02.css"); 将被解析成如下对象：
{
name: "import", // name 记录 @ 紧跟着的单词
params: "url('./app-02.css')", // params 记录 name 值
parent: Root, // parent 记录父对象
raws: { // raws 字段记录如下
before: '', // raws.before 记录 @语句前的空字符串
between: '', // raws.between 记录 name 和 { 之间的空字符串
afterName: '', // raws.afterName 记录 name 和 @ 语句之间的空字符串
after: '', // raws.after 记录大括号和上一个 rule 之间的空字符串
semicolon: false // raws.semicolon 上一个规则是否是分号结束
},
source: { // source 字段记录@语句的开始，以及当前文件的信息
start: { offset: 0, column: 1, line: 1 },
end: { offset: 27, column: 28, line: 1 },
input: Input {
css: '@import url('./app-02.css');\n\n.container {\n color: red;\n}',
file: '/Users/admin/temp/postcss/app.css',
hasBOM: false,
Symbol(fromOffsetCache): [0, 29, 30, 43, 57]
}
},
Symbol('isClean'): false, // Symbol(isClean) 字段默认值都是 false，用于记录当前对象关联的 plugin 是否执行。plugin 会在后续解释
Symbol('my'): true, // Symbol(my) 字段默认值都是 true，用于记录当前对象是否是对应对象的实例，如果不是，可以根据类型把对象的属性设置为普通对象的 prototype
type: 'atrule' // type 记录对象类型，是个枚举值，声明语句的 type 固定是 atrule
}
Comment 对象
css 文件中的注释被解析成 Comment 对象。text 字段记录注释内容。/* 你好 */被解析成：
{
parent: Root, // parent 记录父对象
raws: { // raws 字段记录如下
before: '', // raws.before 记录注释语句前的空字符串
left: ' ', // raws.left 记录注释语句左侧的空字符串
right: ' ' // raws.right 记录注释语句右侧的空字符串
},
source: { // source 字段记录注释语句的开始、结束位置，以及当前文件的信息
start: {…}, input: Input, end: {…}
},
Symbol('isClean'): false, // Symbol(isClean) 字段默认值都是 false，用于记录当前对象关联的 plugin 是否执行。plugin 会在后续解释
Symbol('my'): true, // Symbol(my) 字段默认值都是 true，用于记录当前对象是否是对应对象的实例，如果不是，可以根据类型把对象的属性设置为普通对象的 prototype
text: '你好', // text 记录注释内容
type: 'comment' // type 记录对象类型，是个枚举值，声明语句的 type 固定是 comment
}
图解五类对象之间的继承关系
从上一段可以知道，CSS 被解析成 Declaration、Rule、Root、AtRule、Comment 对象。这些对象有很多公共方法，PostCSS 用了面向对象的继承思想，把公共方法和公共属性提取到了父类中。
Root、Rule、AtRule 都是可以有子节点的，都有 nodes 属性，他们三个继承自 Container 类，对 nodes 的操作方法都写在 Container 类中。Container、Declaration、Comment 继承自 Node 类，所有对象都有 Symbol('isClean')、Symbol('my')、raws、source、type 属性，都有toString()、error()等方法，这些属性和方法都定义在 Node 类中。
Container、Node 是用来提取公共属性和方法，不会生成他们的实例。
五个类之间的继承关系如下图所示：
图中没有穷举类的方法，好奇的同学可以看直接看源码文件: https://github.com/postcss/postcss/tree/main/lib 。
把 CSS 语法解析成 AST 对象的具体算法
算法对应源码中位置是：postcss/lib/parser.js中的parse方法，代码量不大，可自行查看。
第二阶段：runPlugin
PostCSS 本身并不处理任何具体的任务，只有当我们为其附加各种插件之后，它才具有实用性。
PostCSS 在把 CSS string 解析成 AST 对象后，会扫描一边 AST 对象，每一种 AST 的对象都可以有对应的监听器。在遍历到某类型的对象时，如果有对象的监听器，就会执行其监听器。
第一类监听器
PostCSS 提供的「以特定属性或者规则命名」的事件监听器，如下：
CHILDREAN 代表子节点的事件监听器。
// root
['Root', CHILDREN, 'RootExit']
// AtRule
['AtRule', 'AtRule-import', CHILDREN, 'AtRuleExit', 'AtRuleExit-import']
// Rule
['Rule', CHILDREN, 'RuleExit']
// Declaration
['Declaration', 'Declaration-color', 'DeclarationExit', 'DeclarationExit-color']
// Comment
['Comment', 'CommentExit']
PostCSS 以深度优先的方式遍历 AST 树。
- 遍历到 Root 根对象，第一步会执行所有插件注册的 Root 事件监听器，第二步检查 Root 是否有子对象，如果有，则遍历子对象，执行子对象对应的事件监听器；如果没有子对象，则直接进入第三步，第三步会执行所有插件注册的 RootExit 事件监听器。插件注册的 Root、RootExit 事件的监听器只能是函数。函数的第一个参数是当前访问的 AST 的 Root 对象，第二个参数是 postcss 的 Result 对象和一些其他属性，通过 Result 对象可以获取 css string、opts 等信息。
{
Root: (rootNode, helps) => {},
RootExit: (rootNode, helps) => {}
}
- 遍历到 Rule 对象，则和访问 Root 根对象是一样的逻辑，先执行所有插件注册的 Rule 事件监听器，再遍历子对象，最后执行所有插件注册的 RuleExit 事件监听器。插件注册的 Rule、RuleExit 事件的监听器只能是函数。
{
Rule: (ruleNode, helps) => {},
RuleExit: (ruleNode, helps) => {}
}
- 遍历到 AtRule 对象。插件注册的 AtRule 的事件监听器可以是函数，也可以是对象。对象类型的监听器，对象属性的 key 是 AtRule 对象的 name 值，value 是函数。AtRuleExit 是一样的逻辑。事件的执行顺序是：
['AtRule', 'AtRule-import', CHILDREN, 'AtRuleExit', 'AtRuleExit-import']。CHILDREAN 代表子节点的事件。``` // 函数 { AtRule: (atRuleNode, helps) => {} }
// 对象
{
AtRule: {
import: (atRuleNode, helps) => {},
keyframes: (atRuleNode, helps) => {}
}
}
- 遍历到 Declaration 对象。插件注册的 Declaration 的事件监听器可以是函数，也可以是对象，对象属性的 key 是 Declaration 对象的 prop 值，value 是函数。DeclarationExitExit 是一样的逻辑。事件的执行顺序是：
['Declaration', 'Declaration-color', 'DeclarationExit', 'DeclarationExit-color']。Declaration 没有子对象，只需要执行当前对象的事件，不需要深度执行子对象的事件。
// 函数
{
Declaration: (declarationNode, helps) => {}
}
// 对象
{
Declaration: {
color: (declarationNode, helps) => {},
border: (declarationNode, helps) => {}
}
}
- 遍历到 Comment 对象。依次执行所有插件注册的 Comment 事件监听器，再执行所有插件注册的 CommentExit 事件监听器。
第二类监听器
除以特定属性或者规则命名的事件监听器，PostCSS 还有以下四个：
{
postcssPlugin: string,
prepare: (result) => {},
Once: (root, helps) => {},
OnceExit: (root, helps) => {},
}
PostCSS 插件事件的整体执行是：[prepare, Once, ...一类事件，OnceExit]，postcssPlugin 是插件名称，不是事件监听器。
- postcssPlugin：字符串类型，插件的名字，在插件执行报错，提示用户是哪个插件报错了。
- prepare：函数类型，prepare 是最先执行的，在所有事件执行前执行的，插件多个监听器间共享数据时使用。prepare 的入参是 Result 对象，返回值是监听器对象，通过 Result 对象可以获取 css string、opts 等信息。
{
postcssPlugin: "PLUGIN NAME",
prepare(result) {
const variables = {};
return {
Declaration(node) {
if (node.variable) {
variables[node.prop] = node.value;
}
},
OnceExit() {
console.log(variables);
},
};
},
};
- Once：函数类型，在 prepare 后，一类事件前执行，Once 只会执行一次。
{
Once: (root, helps) => {}
}
- OnceExit: 函数类型，在一类事件后执行，OnceExit 只会执行一次。
插件源码截图
此时再看市面上流行的基于 postcss 的工具，有没有醍醐灌顶？
| autoprefixer | postcss-import-parser | postcss-modules | postcss-modules |
|---|---|---|---|
 |  |   |   |
插件有哪些？
基于 postcss 的插件有很多，可查阅：https://github.com/postcss/postcss/blob/main/docs/plugins.md。
第三阶段：generate
generate 的过程依旧是以深度优先的方式遍历 AST 对象，针对不同的实例对象进行字符串的拼接。算法对应源码中位置是：postcss/lib/stringifier.js中的stringify方法，代码量不大，可自行查看。