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前端工程师需要了解的 Babel 知识

2019-09-15 发布于 · 阅读量:453

在前端圈子里,对于 Babel,大家肯定都比较熟悉了。如果哪天少了它,对于前端工程师来说肯定是个噩梦。Babel 的工作原理是怎样的可能了解的人就不太多了。

本文将主要介绍 Babel 的工作原理以及怎么写一个 Babel 插件。

Babel 是怎么工作的

Babel 是一个 JavaScript 编译器。

做与不做

注意很重要的一点就是,Babel 只是转译新标准引入的语法,比如:

  • 箭头函数

  • let / const

  • 解构

哪些在 Babel 范围外?对于新标准引入的全局变量、部分原生对象新增的原型链上的方法,Babel 表示超纲了。

  • 全局变量

    • Promise
    • Symbol
    • WeakMap
    • Set
  • includes

  • generator 函数

对于上面的这些 API,Babel 是不会转译的,需要引入 polyfill 来解决。

Babel 编译的三个阶段

Babel 的编译过程和大多数其他语言的编译器相似,可以分为三个阶段:

  • 解析(Parsing):将代码字符串解析成抽象语法树。
  • 转换(Transformation):对抽象语法树进行转换操作。
  • 生成(Code Generation): 根据变换后的抽象语法树再生成代码字符串。

为了理解 Babel,我们从最简单一句 console 命令下手

解析(Parsing)

Babel 拿到源代码会把代码抽象出来,变成 AST (抽象语法树),学过编译原理的同学应该都听过这个词,全称是 Abstract Syntax Tree

抽象语法树是源代码的抽象语法结构的树状表示,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构,只所以说是抽象的,是因为抽象语法树并不会表示出真实语法出现的每一个细节,比如说,嵌套括号被隐含在树的结构中,并没有以节点的形式呈现,它们主要用于源代码的简单转换。

console.log('zcy'); 的 AST 长这样:

{
    "type": "Program",
    "body": [
        {
            "type": "ExpressionStatement",
            "expression": {
                "type": "CallExpression",
                "callee": {
                    "type": "MemberExpression",
                    "computed": false,
                    "object": {
                        "type": "Identifier",
                        "name": "console"
                    },
                    "property": {
                        "type": "Identifier",
                        "name": "log"
                    }
                },
                "arguments": [
                    {
                        "type": "Literal",
                        "value": "zcy",
                        "raw": "'zcy'"
                    }
                ]
            }
        }
    ],
    "sourceType": "script"
}

上面的 AST 描述了源代码的每个部分以及它们之间的关系,可以自己在这里试一下 astexplorer

AST 是怎么来的?

整个解析过程分为两个步骤:

语法单元通俗点说就是代码中的最小单元,不能再被分割,就像原子是化学变化中的最小粒子一样。

Javascript 代码中的语法单元主要包括以下这么几种:

  • 关键字:constletvar
  • 标识符:可能是一个变量,也可能是 if、else 这些关键字,又或者是 true、false 这些常量
  • 运算符
  • 数字
  • 空格
  • 注释:对于计算机来说,知道是这段代码是注释就行了,不关心其具体内容

其实分词说白了就是简单粗暴地对字符串一个个遍历。为了模拟分词的过程,写了一个简单的 Demo,仅仅适用于和上面一样的简单代码。Babel 的实现比这要复杂得多,但是思路大体上是相同的。对于一些好奇心比较强的同学,可以看下具体是怎么实现的,链接在文章底部。

function tokenizer(input) {
  const tokens = [];
  const punctuators = [',', '.', '(', ')', '=', ';'];

  let current = 0;
  while (current < input.length) {

    let char = input[current];

    if (punctuators.indexOf(char) !== -1) {

      tokens.push({
        type: 'Punctuator',
        value: char,
      });
      current++;
      continue;
    }
    // 检查空格,连续的空格放到一起
    let WHITESPACE = /\s/;
    if (WHITESPACE.test(char)) {
      current++;
      continue;
    }

    // 标识符是字母、$、_开始的
    if (/[a-zA-Z\$\_]/.test(char)) {
      let value = '';

      while(/[a-zA-Z0-9\$\_]/.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'Identifier', value });
      continue;
    }

    // 数字从0-9开始,不止一位
    const NUMBERS = /[0-9]/;
    if (NUMBERS.test(char)) {
      let value = '';
      while (NUMBERS.test(char)) {
        value += char;
        char = input[++current];
      }
      tokens.push({ type: 'Numeric', value });
      continue;
    }

    // 处理字符串
    if (char === '"') {
      let value = '';
      char = input[++current];

      while (char !== '"') {
        value += char;
        char = input[++current];
      }

      char = input[++current];

      tokens.push({ type: 'String', value });

      continue;
    }
    // 最后遇到不认识到字符就抛个异常出来
    throw new TypeError('Unexpected charactor: ' + char);
  }

  return tokens;
}

const input = `console.log("zcy");`

console.log(tokenizer(input));

结果如下:

[
    {
        "type": "Identifier",
        "value": "console"
    },
    {
        "type": "Punctuator",
        "value": "."
    },
    {
        "type": "Identifier",
        "value": "log"
    },
    {
        "type": "Punctuator",
        "value": "("
    },
    {
        "type": "String",
        "value": "'zcy'"
    },
    {
        "type": "Punctuator",
        "value": ")"
    },
    {
        "type": "Punctuator",
        "value": ";"
    }
]
  • 语法分析:建立分析语法单元之间的关系

语义分析则是将得到的词汇进行一个立体的组合,确定词语之间的关系。考虑到编程语言的各种从属关系的复杂性,语义分析的过程又是在遍历得到的语法单元组,相对而言就会变得更复杂。

简单来说语法分析是对语句和表达式识别,这是个递归过程,在解析中,Babel 会在解析每个语句和表达式的过程中设置一个暂存器,用来暂存当前读取到的语法单元,如果解析失败,就会返回之前的暂存点,再按照另一种方式进行解析,如果解析成功,则将暂存点销毁,不断重复以上操作,直到最后生成对应的语法树。

转换(Transformation)

Plugins

插件应用于 babel 的转译过程,尤其是第二个阶段 Transformation,如果这个阶段不使用任何插件,那么 babel 会原样输出代码。

Presets

Babel 官方帮我们做了一些预设的插件集,称之为 Preset,这样我们只需要使用对应的 Preset 就可以了。每年每个 Preset 只编译当年批准的内容。 而 babel-preset-env 相当于 ES2015 ,ES2016 ,ES2017 及最新版本。

Plugin/Preset 路径

如果 Plugin 是通过 npm 安装,可以传入 Plugin 名字给 Babel,Babel 将检查它是否安装在 node_modules

"plugins": ["babel-plugin-myPlugin"]

也可以指定你的 Plugin/Preset 的相对或绝对路径。

"plugins": ["./node_modules/asdf/plugin"]
Plugin/Preset 排序

如果两次转译都访问相同的节点,则转译将按照 Plugin 或 Preset 的规则进行排序然后执行。

  • Plugin 会运行在 Preset 之前。
  • Plugin 会从第一个开始顺序执行。
  • Preset 的顺序则刚好相反(从最后一个逆序执行)。

例如:

{
  "plugins": [
    "transform-decorators-legacy",
    "transform-class-properties"
  ]
}

将先执行 transform-decorators-legacy 再执行 transform-class-properties

但 preset 是反向的

{
  "presets": [
    "es2015",
    "react",
    "stage-2"
  ]
}

会按以下顺序运行: stage-2react, 最后 es2015

那么问题来了,如果 presetsplugins 同时存在,那执行顺序又是怎样的呢?答案是先执行 plugins 的配置,再执行 presets 的配置。

所以以下代码的执行顺序为

  1. @babel/plugin-proposal-decorators
  2. @babel/plugin-proposal-class-properties
  3. @babel/plugin-transform-runtime
  4. @babel/preset-env
// .babelrc 文件
{
  "presets": [
    [
      "@babel/preset-env"
    ]
  ],
  "plugins": [
    ["@babel/plugin-proposal-decorators", { "legacy": true }],
    ["@babel/plugin-proposal-class-properties", { "loose": true }],
    "@babel/plugin-transform-runtime",
  ]
}
生成(Code Generation)

babel-generator 通过 AST 树生成 ES5 代码

如何编写一个 Babel 插件

基础的东西讲了些,下面说下具体如何写插件,只做简单的介绍,感兴趣的同学可以看 Babel 官方的介绍。Plugin Development

插件格式

先从一个接收了当前 Babel 对象作为参数的 Function 开始。

export default function(babel) {
  // plugin contents
}

我们经常会这样写

export default function({ types: t }) {
    //
}

接着返回一个对象,其 visitor 属性是这个插件的主要访问者。

export default function({ types: t }) {
  return {
    visitor: {
      // visitor contents
    }
  };
};

visitor 中的每个函数接收 2 个参数:pathstate

export default function({ types: t }) {
  return {
    visitor: {
      CallExpression(path, state) {}
    }
  };
};

写一个简单的插件

我们先写一个简单的插件,把所有定义变量名为 a 的换成 b ,先从 astexplorer 看下 var a = 1 的 AST

{
  "type": "Program",
  "start": 0,
  "end": 10,
  "body": [
    {
      "type": "VariableDeclaration",
      "start": 0,
      "end": 9,
      "declarations": [
        {
          "type": "VariableDeclarator",
          "start": 4,
          "end": 9,
          "id": {
            "type": "Identifier",
            "start": 4,
            "end": 5,
            "name": "a"
          },
          "init": {
            "type": "Literal",
            "start": 8,
            "end": 9,
            "value": 1,
            "raw": "1"
          }
        }
      ],
      "kind": "var"
    }
  ],
  "sourceType": "module"
}

从这里看,要找的节点类型就是 VariableDeclarator ,下面开始撸代码

export default function({ types: t }) {
  return {
    visitor: {
      VariableDeclarator(path, state) {
        if (path.node.id.name == 'a') {
          path.node.id = t.identifier('b')
        }
      }
    }
  }
}

我们要把 id 属性是 a 的替换成 b 就好了。但是这里不能直接 path.node.id.name = 'b' 。如果操作的是Object,就没问题,但是这里是 AST 语法树,所以想改变某个值,就是用对应的 AST 来替换,现在我们用新的标识符来替换这个属性。

最后测试一下

import * as babel from '@babel/core';
const c = `var a = 1`;

const { code } = babel.transform(c, {
  plugins: [
    function({ types: t }) {
      return {
        visitor: {
          VariableDeclarator(path, state) {
            if (path.node.id.name == 'a') {
              path.node.id = t.identifier('b')
            }
          }
        }
      }
    }
  ]
})

console.log(code); // var b = 1

实现一个简单的按需打包功能

例如我们要实现把 import { Button } from 'antd' 转成 import Button from 'antd/lib/button'

通过对比 AST 发现,specifiers 里的 typesource 不同。

// import { Button } from 'antd'
"specifiers": [
    {
        "type": "ImportSpecifier",
        ...
    }
]
// import Button from 'antd/lib/button'
"specifiers": [
    {
        "type": "ImportDefaultSpecifier",
        ...
    }
]
import * as babel from '@babel/core';
const c = `import { Button } from 'antd'`;

const { code } = babel.transform(c, {
  plugins: [
    function({ types: t }) {
      return {
        visitor: {
          ImportDeclaration(path) {
            const { node: { specifiers, source } } = path;
            if (!t.isImportDefaultSpecifier(specifiers[0])) { // 对 specifiers 进行判断,是否默认倒入
              const newImport = specifiers.map(specifier => (
                t.importDeclaration(
                  [t.ImportDefaultSpecifier(specifier.local)],
                  t.stringLiteral(`${source.value}/lib/${specifier.local.name}`)
                )
              ))
              path.replaceWithMultiple(newImport)
            }
          }
        }
      }
    }
  ]
})

console.log(code); // import Button from "antd/lib/Button";

当然 babel-plugin-import 这个插件是有配置项的,我们可以对代码做以下更改

export default function({ types: t }) {
  return {
    visitor: {
      ImportDeclaration(path, { opts }) {
        const { node: { specifiers, source } } = path;
        if (source.value === opts.libraryName) {
          // ...
        }
      }
    }
  }
}

Babel 常用 API

@babel/core

Babel 的编译器,核心 API 都在这里面,比如常见的 transformparse

@babel/cli

cli 是命令行工具, 安装了 @babel/cli 就能够在命令行中使用 babel 命令来编译文件。当然我们一般不会用到,打包工具已经帮我们做好了。

@babel/node

直接在 node 环境中,运行 ES6 的代码

babylon

Babel 的解析器

babel-traverse

用于对 AST 的遍历,维护了整棵树的状态,并且负责替换、移除和添加节点。

babel-types

用于 AST 节点的 Lodash 式工具库, 它包含了构造、验证以及变换 AST 节点的方法,对编写处理 AST 逻辑非常有用。

babel-generator

Babel 的代码生成器,它读取 AST 并将其转换为代码和源码映射(sourcemaps)

总结

文章主要介绍了一下几个 Babel 的 API,和 Babel 编译代码的过程以及简单编写了一个 babel 插件

参考文档

❉ 作者介绍 ❉