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Babel 是一个 source to source（源码到源码）的 JavaScript 编译器，简单来说，你为 Babel 提供一些 JavaScript 代码，Babel 可以更改这些代码，然后返回给你新生成的代码。Babel 主要用于将 ECMAScript 2015+ 代码转换为能够向后兼容的 JavaScript 版本。Babel 使用插件系统进行代码转换，因此任何人都可以为 babel 编写自己的转换插件，以支持实现广泛的功能。

Babel 编译流程

Babel 的编译流程主要分为三个部分：解析（parse），转换（transform），生成（generate）。

code -> AST -> transformed AST -> transformed code

• 解析 Parse

将源码转换成抽象语法树（AST, Abstract Syntax Tree）。

比如：

function square(n) {
  return n * n;
}

以上的程序可以被转换成类似这样的抽象语法树：

- FunctionDeclaration:
  - id:
    - Identifier:
      - name: square
  - params [1]
    - Identifier
      - name: n
  - body:
    - BlockStatement
      - body [1]
        - ReturnStatement
          - argument
            - BinaryExpression
              - operator: *
              - left
                - Identifier
                  - name: n
              - right
                - Identifier
                  - name: n

• 转换 Transform

转换阶段接受一个 AST 并遍历它，在遍历的过程中对树的节点进行增删改。这也是运行 Babel 插件的阶段。

• 生成 Generate

将经过一系列转换之后的 AST 转换成字符串形式的代码，同时还会创建 sourcemap。

你会用到的一些工具库

对于每一个阶段，Babel 都提供了一些工具库：

• Parse 阶段可以使用 @babel/parser 将源码转换成 AST。
• Transform 阶段可以使用 @babel/traverse 调用 visitor 函数遍历 AST，期间可以使用 @babel/types 创建 AST 和检查 AST 节点的类型，批量创建 AST 的场景下可以使用 @babel/template 中途还可以使用 @babel/code-frame 打印报错信息。
• Generate 阶段可以使用 @babel/generator 根据 AST 生成代码字符串和 sourcemap。

以上提及的包都是 @babel/core 的 dependencies，所以只需要安装 @babel/core 就能访问到它们。

除了上面提到的工具库，以下工具库也比较常用：

• @babel/helper-plugin-utils：如果插件使用者的 Babel 版本没有您的插件所需的 API，它能给用户提供明确的错误信息。
• babel-plugin-tester：用于帮助测试 Babel 插件的实用工具，通常配合 jest 使用。

本文不会深入讨论它们的详细用法，当你在编写插件的时候，可以根据功能需求找到它们，我们后文也会涉及到部分用法。

认识 Babel 插件

接下来让我们开始认识 Babel 插件吧。

babel 插件是一个简单的函数，它必须返回一个匹配以下接口的对象。如果 Babel 发现未知属性，它将抛出错误。

export default function(api, options, dirname) {
  return {
    visitor: {
      StringLiteral(path, state) {},
    }
  };
};

Babel 插件接受 3 个参数：

• api：一个对象，包含了 types (@babel/types)、traverse (@babel/traverse)、template(@babel/template) 等实用方法，我们能从这个对象中访问到 @babel/core dependecies 中包含的方法。

• options：插件参数。

• dirname：目录名。

返回的对象有 name、manipulateOptions、pre、visitor、post、inherits 等属性：

• name：插件名字。

• inherits：指定继承某个插件，通过 Object.assign 的方式，和当前插件的 options 合并。

• visitor：指定 traverse 时调用的函数。

• pre 和 post 分别在遍历前后调用，可以做一些插件调用前后的逻辑，比如可以往 file（表示文件的对象，在插件里面通过 state.file 拿到）中放一些东西，在遍历的过程中取出来。

• manipulateOptions：用于修改 options，是在插件里面修改配置的方式。

我们上面提到了一些陌生的概念：visitor、path、state，现在让我们一起来认识它们：

• visitor 访问者

这个名字来源于设计模式中的访问者模式（https://en.wikipedia.org/wiki/Visitor_pattern）。简单的说它就是一个对象，指定了在遍历 AST 过程中，访问指定节点时应该被调用的方法。

• 假如我们有这样一段程序：

      function foo() {
        return 'string'
      }
  

• 这段代码对应的 AST 如下：

       - Program
         - FunctionDeclaration (body[0])
           - Identifier (id)
           - BlockStatement (body)
             - ReturnStatement (body[0])
             - StringLiteral (arugument)
  

• 当我们对这颗 AST 进行深度优先遍历时，每次访问 StringLiteral 都会调用 visitor.StringLiteral。

当 visitor.StringLiteral 是一个函数时，它将在向下遍历的过程中被调用（即进入阶段）。当 visitor.StringLiteral 是一个对象时（{ enter(path, state) {}, exit(path, state) {} }），visitor.StringLiteral.enter 将在向下遍历的过程中被调用（进入阶段），visitor.StringLiteral.exit 将在向上遍历的过程中被调用（退出阶段）。

• Path 路径

Path 用于表示两个节点之间连接的对象，这是一个可操作和访问的巨大可变对象。

Path 之间的关系如图所示：

除了能在 Path 对象上访问到当前 AST 节点、父级 AST 节点、父级 Path 对象，还能访问到添加、更新、移动和删除节点等其他方法，这些方法提高了我们对 AST 增删改的效率。

• State 状态

在实际编写插件的过程中，某一类型节点的处理可能需要依赖其他类型节点的处理结果，但由于 visitor 属性之间互不关联，因此需要 state 帮助我们在不同的 visitor 之间传递状态。

const anotherVisitor = {
  Identifier(path) {
    console.log(this.someParam) // => 'xxx'
  }
};

const MyVisitor = {
  FunctionDeclaration(path, state) {
    // state.cwd: 当前执行目录
    // state.opts: 插件 options
    // state.filename: 当前文件名(绝对路径)
    // state.file: BabelFile 对象，包含当前整个 ast，当前文件内容 code，etc.
    // state.key: 当前插件名字
    path.traverse(anotherVisitor, { someParam: 'xxx' });
  }
};

   export default function({ types: t }) {
     return {
       pre(state) {
         this.cache = new Map();
       },
       visitor: {
         StringLiteral(path) {
           this.cache.set(path.node.value, 1);
         }
       },
       post(state) {
         console.log(this.cache);
       }
     };
   }

常用的 API

Babel 没有完整的文档讲解所有的 api，因此下面会列举一些可能还算常用的 api（并不是所有，主要是 path 和 types 上的方法或属性），我们并不需要全部背下来，在你需要用的时候，能找到对应的方法即可。

你可以通过 babel 的 typescript 类型定义找到以下列举的属性和方法，还可以通过 Babel Handbook 找到它们的具体使用方法。

• 查询

• path.node：访问当前节点
• path.get()：获取属性内部的 path
• path.inList：判断路径是否有同级节点
• path.key：获取路径所在容器的索引
• path.container：获取路径的容器（包含所有同级节点的数组）
• path.listKey：获取容器的key
• path.getSibling()：获得同级路径
• path.findParent()：对于每一个父路径调用 callback 并将其 NodePath 当作参数，当 callback 返回真值时，则将其 NodePath 返回
• path.find()：与 path.findParent 的区别是，该方法会遍历当前节点

• 遍历

• path.stop()：跳过遍历当前路径的子路径
• path.skip()：完全停止遍历

• 判断

• types.isXxx()：检查节点的类型，如 types.isStringLiteral(path.node)
• path.isReferencedIdentifier()：检查标识符（Identifier）是否被引用

• 增删改

• path.replaceWith()：替换单个节点
• path.replaceWithMultiple()：用多节点替换单节点
• path.replaceWithSourceString()：用字符串源码替换节点
• path.insertBefore() / path.insertAfter()：插入兄弟节点
• path.get('listKey').unshiftContainer() / path.get('listKey').pushContainer()：插入一个节点到数组中，如 body
• path.remove()：删除一个节点

• 作用域

• path.scope.hasBinding(): 从当前作用域开始向上查找变量
• path.scope.hasOwnBinding()：仅在当前作用域中查找变量
• path.scope.generateUidIdentifier()：生成一个唯一的标识符，不会与任何本地定义的变量相冲突
• path.scope.generateUidIdentifierBasedOnNode()：基于某个节点创建唯一的标识符
• path.scope.rename()：重命名绑定及其引用

AST Explorer

在 @babel/types 的类型定义中，可以找到所有 AST 节点类型。我们不需要记住所有节点类型，社区内有一个 AST 可视化工具能够帮助我们分析 AST：axtexplorer.net。

在这个网站的左侧，可以输入我们想要分析的代码，在右侧会自动生成对应的 AST。当我们在左侧代码区域点击某一个节点，比如函数名 foo，右侧 AST 会自动跳转到对应的 Identifier AST 节点，并高亮展示。

自己实现一个插件吧

现在让我们来实现一个简单的插件吧！以下是插件需要实现的功能：

1. 将代码里重复的字符串字面量(StringLiteral)提升到顶层作用域。

2. 接受一个参数 minCount，它是 number 类型，如果某个字符串字面量重复次数大于等于 minCount 的值，则将它提升到顶层作用域，否则不做任何处理。

因此，对于以下输入：

const s1 = "foo";
const s2 = "foo";

const s3 = "bar";

function f1() {
  const s4 = "baz";
  if (true) {
    const s5 = "baz";
  }
}

应该输出以下代码：

var _foo = "foo",
  _baz = "baz";
const s1 = _foo;
const s2 = _foo;
const s3 = "bar";

function f1() {
  const s4 = _baz;

  if (true) {
    const s5 = _baz;
  }
}

通过 https://astexplorer.net/，我们发现代码里的字符串在 AST 上对应的节点叫做 StringLiteral，如果想要拿到代码里所有的字符串并且统计每种字符串的数量，就需要遍历 StringLiteral 节点。

我们需要一个对象用于存储所有 StringLiteral，key 是 StringLiteral 节点的 value 属性值，value 是一个数组，用于存储拥有相同 path.node.value 的所有 path 对象，最后把这个对象存到 state 对象上，以便于在遍历结束时能统计相同字符串的重复次数，从而可以判断哪些节点需要被替换为一个标识符。

export default function() {
  return {
    visitor: {
      StringLiteral(path, state) {
        state.stringPathMap = state.stringPathMap || {};
        const nodes = state.stringPathMap[path.node.value] || [];
        nodes.push(path);
        state.stringPathMap[path.node.value] = nodes;
      }
    }
  };
}

通过 https://astexplorer.net/，我们发现如果想要往顶层作用域中插入一个变量，其实就是往 Program 节点的 body 上插入 AST 节点。Program 节点也是 AST 的顶层节点，在遍历过程的退出阶段，Program 节点是最后一个被处理的，因此我们需要做的事情是：根据收集到的字符串字面量，分别创建一个位于顶层作用域的变量，并将它们统一插入到 Program 的 body 中，同时将代码中的字符串替换为对应的变量。

export default function() {
  return {
    visitor: {
      StringLiteral(path, state) { /** ... */ },
      Program: {
        exit(path, state) {
          const { minCount = 2 } = state.opts || {};
      
          for (const [string, paths] of Object.entries(state.stringPathMap || {})) {
            if (paths.length < minCount) {
              continue;
            }
      
            const id = path.scope.generateUidIdentifier(string);
      
            paths.forEach(p => {
              p.replaceWith(id);
            });
      
            path.scope.push({ id, init: types.stringLiteral(string) });
          }
        },
      },
    }
  };
}

完整代码

import { PluginPass, NodePath } from '@babel/core';
import { declare } from '@babel/helper-plugin-utils';

interface Options {
  /**
   * 当字符串字面量的重复次数大于或小于 minCount，将会被提升到顶层作用域
   */
  minCount?: number;
}

type State = PluginPass & {
  // 以 StringLiteral 节点的 value 属性值为 key，存放所有 StringLiteral 的 Path 对象
  stringPathMap?: Record<string, NodePath[]>;
};

const HoistCommonString = declare<Options>(({ assertVersion, types }, options) => {
  // 判断当前 Babel 版本是否为 7
  assertVersion(7);

  return {
    // 插件名字
    name: 'hoist-common-string',

    visitor: {
      StringLiteral(path, state: State) {
        // 将所有 StringLiteral 节点对应的 path 对象收集起来，存到 state 对象里，
        // 以便于在遍历结束时能统计相同字符串的重复次数
        state.stringPathMap = state.stringPathMap || {};

        const nodes = state.stringPathMap[path.node.value] || [];
        nodes.push(path);

        state.stringPathMap[path.node.value] = nodes;
      },

      Program: {
        // 将在遍历过程的退出阶段被调用
        // Program 节点是顶层 AST 节点，可以认为 Program.exit 是最后一个执行的 visitor 函数
        exit(path, state: State) {
          // 插件参数。还可以通过 state.opts 拿到插件参数
          const { minCount = 2 } = options || {};

          for (const [string, paths] of Object.entries(state.stringPathMap || {})) {
            // 对于重复次数少于 minCount 的 Path，不做处理
            if (paths.length < minCount) {
              continue;
            }

            // 基于给定的字符串创建一个唯一的标识符
            const id = path.scope.generateUidIdentifier(string);

            // 将所有相同的字符串字面量替换为上面生成的标识符
            paths.forEach(p => {
              p.replaceWith(id);
            });

            // 将标识符添加到顶层作用域中
            path.scope.push({ id, init: types.stringLiteral(string) });
          }
        },
      },
    },
  };
});

测试插件

测试 Babel 插件有三种常用的方法：

• 测试转换后的 AST 结果，检查是否符合预期

• 测试转换后的代码字符串，检查是否符合预期（通常使用快照测试）

• 执行转换后的代码，检查执行结果是否符合预期

我们一般使用第二种方法，配合 babel-plugin-tester 可以很好地帮助我们完成测试工作。配合 babel-plugin-tester，我们可以对比输入输出的字符串、文件、快照。

import pluginTester from 'babel-plugin-tester';
import xxxPlugin from './xxxPlugin';

pluginTester({
  plugin: xxxPlugin,
  fixtures: path.join(__dirname, '__fixtures__'),
  tests: {
    // 1. 对比转换前后的字符串
    // 1.1 输入输出完全一致时，可以简写
    'does not change code with no identifiers': '"hello";',
    // 1.2 输入输出不一致
    'changes this code': {
      code: 'var hello = "hi";',
      output: 'var olleh = "hi";',
    },
    // 2. 对比转换前后的文件
    'using fixtures files': {
      fixture: 'changed.js',
      outputFixture: 'changed-output.js',
    },
    // 3. 与上一次生成的快照做对比
    'using jest snapshots': {
      code: `
        function sayHi(person) {
          return 'Hello ' + person + '!'
        }
      `,
      snapshot: true,
    },
  },
});

本文将以快照测试为例，以下是测试我们插件的示例代码：

import pluginTester from 'babel-plugin-tester';
import HoistCommonString from '../index';

pluginTester({
  // 插件
  plugin: HoistCommonString,
  // 插件名，可选
  pluginName: 'hoist-common-string',
  // 插件参数，可选
  pluginOptions: {
    minCount: 2,
  },
  tests: {
    'using jest snapshots': {
      // 输入
      code: `const s1 = "foo";
      const s2 = "foo";

      const s3 = "bar";

      function f1() {
        const s4 = "baz";
        if (true) {
          const s5 = "baz";
        }
      }`,
      // 使用快照测试
      snapshot: true,
    },
  },
});

当我们运行 jest 后（更多关于 jest 的介绍，可以查看 jest 官方文档https://jestjs.io/docs/getting-started），会生成一个 snapshots 目录：

有了快照以后，每次迭代插件都可以跑一下单测以快速检查功能是否正常。快照的更新也很简单，只需要执行 jest --updateSnapshot。

使用插件

如果想要使用 Babel 插件，需要在配置文件里添加 plugins 选项，plugins 选项接受一个数组，值为字符串或者数组。以下是一些例子：

// .babelrc
{
    "plugins": [
        "babel-plugin-myPlugin1",
        ["babel-plugin-myPlugin2"],
        ["babel-plugin-myPlugin3", { /** 插件 options */ }],
        "./node_modules/asdf/plugin"
    ]
}

Babel 对插件名字的格式有一定的要求，比如最好包含 babel-plugin，如果不包含的话也会自动补充。以下是 Babel 插件名字的自动补全规则：

到这里，Babel 插件的学习就告一段落了，如果大家想继续深入学习 Babel 插件，可以访问 Babel 的仓库（https://github.com/babel/babel/tree/main/packages）这是一个 monorepo，里面包含了很多真实的插件，通过阅读这些插件，相信你一定能对 Babel 插件有更深入的理解！

参考文档

Babel plugin handbook：https://github.com/jamiebuilds/babel-handbook/blob/master/translations/en/plugin-handbook.md

Babel 官方文档：https://babeljs.io/docs/en/

Babel 插件通关秘籍：https://juejin.cn/book/6946117847848321055

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