ブラウザの作り方
 Keiya Sasaki 2021/01/25


➔ Sasaki Keiya
 ➔ 大学4年生
 ➔ 4月からIT企業で
 フロントエンドエンジニア
 ➔ TypeScript・Rust
 ➔ Twitter: _keiya01
 ➔ Github: keiya01


話すこと


1. 実装状況
 2. 実装方法
 3. チュートリアル
 4. まとめ


実装状況


実装状況
 ● display … block, inline ● background, color ● width, height, margin, border, padding ● font-family(local fontのみ) ● font-size, font-weight, font-style ● line-height ● Scroll ● Text周り(改行など)

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実装方法


手順
 1. ブラウザの仕組みを知る
 2. ブラウザを作る


ブラウザの仕組みを知る
 ● Populating the page: how browsers work
 ○ こっちはブラウザの詳しい説明というよりはWeb Performanceを中心にして 
 ブラウザの仕組みを解説している 
 ○ 最初にこっちを読むと下の記事が読みやすいかも 
 ● How Browsers Work: Behind the scenes of modern web browsers
 ○ Parserの仕組みからブラウザの詳細な仕組みについて解説している 
 


ブラウザを作る
 ● Let's build a browser engine! を読む
 ○ Servoのメンバーの人が書いた記事 
 ○ Rustを使って実装していく
 ○ Part1 ~ Part7まである
 ○ 機能を絞っているので、テンポ良く実装できる 
 ○ HTML・CSS のParse → Style → Box Model → Layout → Paint 
 ○ Paint部分は画像として出力している 
 ● W3C を読む
 ○ CSSなどの仕様
 ● WHATWG を読む
 ○ DOM, HTMLなどの仕様


仕様の読み方(W3C)
 ● Jxckさんの WEB技術の調査方法 の W3C/WHATWG のセクションを
 読むと読み方がわかってくる
 ● W3Cの Levels, snapshots, modules… を読むと、どのように仕様が
 策定されていくかがわかる


1. 実装したい機能をMDNで検索
 2. MDNの下の方にSpecificationsが
 出てくるので新しそうなやつを開く
 3. ざっと読んで、リンクを辿っていく
 4. 何となく理解したら、Servoなどの既存 のリポジトリの実装をみてみる
 5. 実装する
 進め方


参考になるリポジトリ
 ● Servo
 ○ `/components` 配下に各moduleが入っている
 ● twilco/kosmonaut 
 ○ Servoをインスパイアしたブラウザエンジン 
 ○ Let's build a browser engine!を参考にしている
 ○ parserとかはservoで使われているparserを使っている 
 ● maekawatoshiki/naglfar
 ○ 日本人の方が作っているブラウザ 
 ○ Let's build a browser engine!を参考にしている
 ● keiya01/kamaitachi
 ○ 今作っているやつ


チュートリアル


ブラウザの仕組み
 Parse
 Style
 Layout
 Paint
 HTML・CSSを Tree構造のデー タに変換する
 CSSルールをDOM と紐付ける(レン ダーツリー)
 Styleをもとに、
 それぞれの要素の Positionや高さ、
 幅を計算していく
 Layoutで計算した データをもとに
 描画していく


HTML Parse
 1. 1文字づつプログラム中の文字を読み込んでいく
 2. `<`が見つかったら、elementとして、タグの中身を読み取っていく
 ○ ``の場合、`<`が見つかると、中身を1文字づつ`>`にぶつかるまで 
 探索していく
 3. `<..>`の中身を読みよったら、次に子要素を読み取っていく
 ○ ``の場合、`

`を同じように読み取っていく 
 4. 子要素を読み取ったら最後に``があるかを確認する
 ○ HTMLは後方互換性のために基本的に構文エラーは起きない 
 ○ そのため、``がなかったとしてもそのまま処理を続ける 
 5. Text Nodeが存在する場合は、`<`に達するまで文字を読み取っていく


CSS Parse
 1. 先頭に`.`が見つかればclass、`#`が見つかればid、使用可能な文字列であれば
 要素名としてparseし、selectorsに格納する
 2. `{`にぶつかると宣言ブロックの処理に移る
 3. ここでは`property: value;`のペアをそれぞれparseし、declarationsに格納する
 4. CSSには詳細度(specificity)という、どのCSSルールを適用するかを決める
 重み付けのようなものがあるのでそれを求める
 ○ idをselectorに持つ宣言はclassよりも優先されるといったようなもの 
 5. 詳細度をもとにselectorsをsortしておく


Style
 1. HTMLのparseで得たDOMとCSSのparseで得たCSSOMを
 Root Nodeから順に見ていく
 2. CSSのRulesは詳細度によってsortされているので、
 NodeとSelectorが最初にmatchした要素を取得する
 3. matchしたCSS Rulesを詳細度の低いものから高いものへソートし、
 HashMapにpropertyをkeyとしてvalueをinsertしていく
 ○ これにより、先にinsertされた値は、後にinsertされる詳細度の高い値で 
 上書きされる
 4. ここでは省略するが、他にもUseragent Stylesheetとのmergeや、
 継承、computed valueなどの処理もここで行う


ElementにMatchしたCSS Rulesを詳細度の低いものから高いものへ ソートし、HashMapにinsertしていく

Layout
 1. StyleTreeからdisplayの値を受け取り、Box(display)ごとに分類する
 ○ BlockNode, InlineNode, TextNodeなど 
 ○ 分ける理由は、Boxによってpositionが異なるから 
 ○ 例えば、Blockは縦方向に配置されるが、Inlineは横方向に配置される 
 2. BlockNodeの場合、width => position => children => heightの順で
 計算していく
 3. InlineNodeの場合は、扱い方が2種類ある。
 ○ BlockNodeの中にInlineNodeのみが含まれている場合(abcdef) は、そのまま処理を進める
 ○ BlockNodeの中にInlineNodeとBlockNodeが含まれている場合、各Boxは同じTypeのBoxし か含めることができないので、InlineNodeをAnonymouseBlock 
 というBoxでラップする。これにより横に配置する処理を行いやすくする。 


BlockNodeの例


AnonymousBlock
 Block(div)
 Anonymous Block
 Block


Paint
 1. 最初にLayout TreeからDisplayListを作成する
 ○ DisplayListはbackground-colorやcolorなどの情報を切り出しておき、 
 レンダリング処理を行いやすくする 
 ○ DisplayListとして切り出しておくことで、colorの変更などが起こったときに、DisplayListを 探索すれば簡単にcolorの変更ができたりする 
 2. DisplayListからItemを取り出し描画していく


DisplayList


まとめ
 ● ブラウザの仕様はとても多い
 ● ブラウザを作り進めるにつれて無限に仕様が湧いてくる
 ● 一方で知らない世界を知れてとても楽しい(unicode, fontなど)
 ● 興味を持ってくれた方がいれば是非作ってみてください！


ありがとうございました！