最近在一些项目编译系统的工作中涉及到了很多关于babel插件的开发，关于babel大多数人的感受可能是既陌生又熟悉，可能大多数人对于babel的应用场景的认识就是在webpack中使用一个babel-loader，但当你真正了解他掌握它的时候，会发现他其实还有些更强的用法。。。

基本概念

babel是什么？

Babel 是一个编译器（输入源码 => 输出编译后的代码）。就像其他编译器一样，编译过程分为三个阶段：解析、转换和打印输出。（官网的解释）。

babel plugin和babel preset是什么？

babel中有很多概念，比如：插件(plugin)，预设(preset)和一些比较基础的工具(例如@babel/parser,@babel/traverse等等)。关于他们的关系，可以理解为babel的plugin构建在基础工具之上，而babel的preset是多个babel plugin的打包集合，例如我们所熟悉的@babel/preset-env,@babel/preset-react。

babel深入

本篇文章不对babel官方的plugin,preset库做过多阐述，毕竟这是一篇深入教程。我们要提的是一个更本质的问题：babel是如何转译代码的？

我们大体上把这个转译代码的过程分为三步：

第一步(parse)：code=>ast
第二步(transform)：ast=>修改过的ast
第三步(generate)：修改过的ast=>编译后的code

这三步分别对应babel的三个基本工具，第一步对应@babel/parser，第二步对应@babel/traverse，第三步对应@babel/generator。下面就来详述一下这三个过程。

parse(@babel/parser)

这一步是babel将code转化为ast。ast是Abstract syntax tree的缩写，即抽象语法树，单说抽象语法树可能不太好理解，我们可以先来看一下一个具体的例子，你可以使用https://astexplorer.net/来帮你运行@babel/parser：

function mirror(something) {
  return something
}

被转译成ast：

{
  "type": "File",
  "start": 0,
  "end": 49,
  "loc": {
    "start": {
      "line": 1,
      "column": 0
    },
    "end": {
      "line": 3,
      "column": 1
    }
  },
  "program": {
    "type": "Program",
    "start": 0,
    "end": 49,
    "loc": {
      "start": {
        "line": 1,
        "column": 0
      },
      "end": {
        "line": 3,
        "column": 1
      }
    },
    "sourceType": "module",
    "interpreter": null,
    "body": [
      {
        "type": "FunctionDeclaration",
        "start": 0,
        "end": 49,
        "loc": {
          "start": {
            "line": 1,
            "column": 0
          },
          "end": {
            "line": 3,
            "column": 1
          }
        },
        "id": {
          "type": "Identifier",
          "start": 9,
          "end": 15,
          "loc": {
            "start": {
              "line": 1,
              "column": 9
            },
            "end": {
              "line": 1,
              "column": 15
            },
            "identifierName": "mirror"
          },
          "name": "mirror"
        },
        "generator": false,
        "async": false,
        "params": [
          {
            "type": "Identifier",
            "start": 16,
            "end": 25,
            "loc": {
              "start": {
                "line": 1,
                "column": 16
              },
              "end": {
                "line": 1,
                "column": 25
              },
              "identifierName": "something"
            },
            "name": "something"
          }
        ],
        "body": {
          "type": "BlockStatement",
          "start": 27,
          "end": 49,
          "loc": {
            "start": {
              "line": 1,
              "column": 27
            },
            "end": {
              "line": 3,
              "column": 1
            }
          },
          "body": [
            {
              "type": "ReturnStatement",
              "start": 31,
              "end": 47,
              "loc": {
                "start": {
                  "line": 2,
                  "column": 2
                },
                "end": {
                  "line": 2,
                  "column": 18
                }
              },
              "argument": {
                "type": "Identifier",
                "start": 38,
                "end": 47,
                "loc": {
                  "start": {
                    "line": 2,
                    "column": 9
                  },
                  "end": {
                    "line": 2,
                    "column": 18
                  },
                  "identifierName": "something"
                },
                "name": "something"
              }
            }
          ],
          "directives": []
        }
      }
    ],
    "directives": []
  },
  "comments": []
}

乍一看似乎很复杂，但是你要做的是从中找到关键信息，我们将当中影响阅读的字段去除（去除loc,start,end,以及函数体外层的嵌套）：

{
  "type": "FunctionDeclaration",
  "id": {
    "type": "Identifier",
    "name": "mirror"
  },
  "generator": false,
  "async": false,
  "params": [
    {
      "type": "Identifier",
      "name": "something"
    }
  ],
  "body": {
    "type": "BlockStatement",
    "body": [
      {
        "type": "ReturnStatement",
        "argument": {
          "type": "Identifier",
          "name": "something"
        }
      }
    ],
    "directives": []
  }
}

这样是不是简单很多！我们看一下这个json描述了什么：外层是一个叫mirror的函数声明，他的传参有一个，叫something，函数体内部return了一个叫something的变量。我们把这个描述与上边的js代码对照着看，竟然不谋而合（其实从这一点也能看出code<=>ast这个过程是可逆的）。对于初学者而言，上边的抽象语法树难以理解的可能是这些名字冗长的节点type，下边简单列举一下js中的常见的节点名称（慎看，可以选择性跳过，但是了解这些节点名称可以加深你对babel甚至js语言本身的理解）。详见https://babeljs.io/docs/en/babel-types

type	字面含义	描述
FunctionDeclaration	函数声明	`function a() {}`
FunctionExpression	函数表达式	`var a = function() {}`
ArrowFunctionExpression	箭头函数表达式	`()=>{}`(此处可以思考：为什么没有箭头函数声明，以及Declaration和Expression的区别)
AwaitExpression	await表达式	`async function a () { await b() }`
CallExpression	调用表达式	`a()`
MemberExpression	成员表达式	`a.b`
VariableDeclarator	变量声明	`var,const,let`(var,const,let用Node中的kind区分)
Identifier	变量标识符	`var a`(这里a是一个Identifier)
NumericLiteral	数字字面量	`var a = 1`
StringLiteral	字符串字面量	`var a = 'a'`
BooleanLiteral	布尔值字面量	`var a = true`
NullLiteral	null字面量	`var a = null`(此处可以思考：为什么没有undefined字面量)
BlockStatement	块	`{}`
ArrayExpression	数组表达式	`[]`
ObjectExpression	对象表达式	`var a = {}`
SpreadElement	扩展运算符	`{...a},[...a]`
ObjectProperty	对象属性	`{a:1}`(这里的a:1是一个ObjectProperty)
ObjectMethod	函数属性	`{a(){}}`
ExpressionStatement	表达式语句	`a()`
IfStatement	if	`if () {}`
ForStatement	for	`for (;;){}`
ForInStatement	for in	`for (a in b) {}`
ForOfStatement	for of	`for (a of b) {}`
ImportDeclaration	import声明	`import 'a'`
ImportDefaultSpecifier	import default说明符	`import a from 'a'`
ImportSpecifier	import说明符	`import {a} from 'a'`
NewExpression	new表达式	`new A()`
ClassDeclaration	class声明	`class A {}`
ClassBody	class body	`class A {}`(类的内部)

常见的列举的差不多了。。。就先写到这吧。

generate(@babel/generator)

generate本来应该是第三步，为什么将第三步放到这里呢？因为他比较简单，而且当我们使用traverse时，需要用到它。在这里我们简单的把一段code转换为ast，再转换为code：

先安装好依赖。这一点以后不再赘述

yarn add @babel/parser @babel/generator

const parser = require('@babel/parser')
const generate = require('@babel/generator').default

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const transformedCode = generate(ast).code
console.log(transformedCode)

结果：

function mirror(something) {
  return something;
}

这就是generator的基本用法，详细参照https://babeljs.io/docs/en/babel-generator

transform(@babel/traverse,@babel/types,@babel/template)

到了最为关键的transform步骤了，这里的主角是@babel/traverse，@babel/types和@babel/template是辅助工具。我们首先来谈一下visitor这个概念。

visitor

visitor是什么

访问者是一个用于 AST 遍历的跨语言的模式。简单的说它们就是一个对象，定义了用于在一个树状结构中获取具体节点的方法。

假如你这样写了一个visitor传递给babel:

const visitor = {
  Identifier () {
    enter () {
      console.log('Hello Identifier!')
    },
    exit () {
      console.log('Bye Identifier!')
    }
  }
}

那么babel会使用他的递归遍历器去遍历整棵ast，在进入和退出Identifier节点时，会执行我们定义的函数。

2.在一般情况下exit较少使用，所以可以简写成：

const visitor = {
  Identifier () {
    console.log('Hello Identifier!')
  }
}

3.如有必要，你还可以把方法名用|分割成a节点类型|b节点类型形式的字符串，把同一个函数应用到多种访问节点。

const visitor = {
  'FunctionExpression|ArrowFunctionExpression' () {
    console.log('A function expression or a arrow function expression!')
  }
}

好了，现在以上边的mirror函数为例，来动手写一个traverse的简单示例吧：

const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const visitor = {
  Identifier (path) {
    console.log(path.node.name)
  }
}
traverse(ast, visitor)

结果：mirror,something,something

与你的预估是否一致呢？如果一致，那我们可以继续往下。此处你可能提出疑问：这个path是什么？

path

可以简单地认为path是对当前访问的node的一层包装。例如使用path.node可以访问到当前的节点，使用path.parent可以访问到父节点，这里列出了path所包含的内容（尚未列出path中所包含的一些方法）。

{
  "parent": {...},
  "node": {...},
  "hub": {...},
  "contexts": [],
  "data": {},
  "shouldSkip": false,
  "shouldStop": false,
  "removed": false,
  "state": null,
  "opts": null,
  "skipKeys": null,
  "parentPath": null,
  "context": null,
  "container": null,
  "listKey": null,
  "inList": false,
  "parentKey": null,
  "key": null,
  "scope": null,
  "type": null,
  "typeAnnotation": null
}

当你有一个 Identifier() 成员方法的访问者时，你实际上是在访问路径而非节点。通过这种方式，你操作的就是节点的响应式表示（译注：即路径）而非节点本身。babel handbook

path中还提供了一系列的工具函数，例如traverse(在当前path下执行递归),remove(删除当前节点),replaceWith(替换当前节点)等等。

解释完了path之后，我们试着真正的来转换一下代码吧，在这里使用了@babel/generator来将ast转换为code

const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const generate = require('@babel/generator').default

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const visitor = {
  Identifier (path) {
    path.node.name = path.node.name.split('').reverse().join('')
  }
}
traverse(ast, visitor)
const transformedCode = generate(ast).code
console.log(transformedCode)

结果：

function rorrim(gnihtemos) {
  return gnihtemos;
}

这段代码应该不难理解，就是将所有的变量做了个字符串翻转。是不是事情已经变得有趣起来了？

@babel/types

Babel Types模块是一个用于 AST 节点的 Lodash 式工具库（译注：Lodash 是一个 JavaScript 函数工具库，提供了基于函数式编程风格的众多工具函数），它包含了构造、验证以及变换 AST 节点的方法。该工具库包含考虑周到的工具方法，对编写处理AST逻辑非常有用。（依然是handbook原话）

展示一下最常用的使用方式，用来判断节点的类型

const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const t = require('@babel/types')

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const visitor = {
  enter(path) {
    if (t.isIdentifier(path.node)) {
      console.log('Identifier!')
    }
  }
}
traverse(ast, visitor)

结果：Identifier! Identifier! Identifier!

@babel/types还可以用来生成节点，结合上边的知识，我们试着改动mirror函数的返回值

const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const generate = require('@babel/generator').default
const t = require('@babel/types')

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const strNode = t.stringLiteral('mirror')
const visitor = {
  ReturnStatement (path) {
    path.traverse({
      Identifier(cpath){
        cpath.replaceWith(strNode)
      }
    })
  }
}
traverse(ast, visitor)
const transformedCode = generate(ast).code
console.log(transformedCode)

结果：

function mirror(something) {
  return "mirror";
}

在这里我们用到了t.stringLiteral('mirror')去创建一个字符串字面量节点，然后递归遍历ReturnStatement下的Identifier，并将其替换成我们所创建的字符串字面量节点(注意此处我们已经开始使用了一些path下的公共方法)。

@babel/template

使用@babel/type创建一些简单节点会很容易，但是如果是大段代码的话就会变得困难了，这个时候我们可以使用@babel/template。下面写了一个简单示例，为mirror函数内部写了一些逻辑判断。

const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const generate = require('@babel/generator').default
const template = require('@babel/template').default
const t = require('@babel/types')

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const ast = parser.parse(code, {
  sourceType: 'module',
})
const visitor = {
  FunctionDeclaration(path) {
    // 在这里声明了一个模板，比用@babel/types去生成方便很多
    const temp = template(`
      if(something) {
        NORMAL_RETURN
      } else {
        return 'nothing'
      }
    `)
    const returnNode = path.node.body.body[0]
    const tempAst = temp({
      NORMAL_RETURN: returnNode
    })
    path.node.body.body[0] = tempAst
  }
}
traverse(ast, visitor)
const transformedCode = generate(ast).code
console.log(transformedCode)

结果:

function mirror(something) {
  if (something) {
    return something;
  } else {
    return 'nothing';
  }
}

完美！以上，babel基本的工具使用方式就介绍的差不多了，下边步入正题：尝试写一个babel插件。

写一个babel插件

其实到这里，编写一个babel插件已经非常简单了，我们尝试直接将上边的代码移植成为一个babel插件

module.exports = function (babel) {
  const {
    types: t,
    template
  } = babel
  const visitor = {
    FunctionDeclaration(path) {
      const temp = template(`
        if(something) {
          NORMAL_RETURN
        } else {
          return 'nothing'
        }
      `)
      const returnNode = path.node.body.body[0]
      const tempAst = temp({
        NORMAL_RETURN: returnNode
      })
      path.node.body.body[0] = tempAst
    }
  }
  return {
    name: 'my-plugin',
    visitor
  }
}

babel插件暴露了一个函数，函数的传参是babel，你可以使用解构赋值获取到types,template这些工具。函数返回值中包含一个name和一个visitor，name是插件的名称，visitor就是我们上边多次编写的visitor。

你可能注意到了一些babel插件是可以传参的，那我们如何在babel插件中接收参数呢

module.exports = function (babel) {
  const {
    types: t,
    template
  } = babel
  const visitor = {
    FunctionDeclaration(path, state) {
      const temp = template(`
        if(something) {
          NORMAL_RETURN
        } else {
          return '${state.opts.whenFalsy}'
        }
      `)
      const returnNode = path.node.body.body[0]
      const tempAst = temp({
        NORMAL_RETURN: returnNode
      })
      path.node.body.body[0] = tempAst
    }
  }
  return {
    name: 'my-plugin',
    visitor
  }
}

在上边的例子中我们看到在visitor中可以传入第二个参数state，在这个state中，使用state.opts[配置名]就可访问到用户所传递的对应配置名的值

如何测试你所编写的babel插件是可以使用的呢？引用你所编写的插件并测试一下：

const babel = require("@babel/core")

const code = `function mirror(something) {
  return something
}`
const res = babel.transformSync(code, {
  plugins: [
    [require('你编写的插件地址'), {
      whenFalsy: 'Nothing really.'
    }]
  ]
})

console.log(res.code)

结果：

function mirror(something) {
  if (something) {
    return something;
  } else {
    return 'Nothing really.';
  }
}

以上，我们基本对babel的原理有了一个基本的认识，并且可以自己写出一个babel插件了。至于如何将babel的威力发挥在日常的工作中呢？就需要各位去自行探索了。

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