前端科普系列（4）：Babel —— 把 ES6 送上天的通天塔

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作者：Morrain

一、前言

在上一节 《CommonJS：不是前端却革命了前端》中，我们聊到了 ES6 Module，它是 ES6 中对模块的规范，ES6 是 ECMAScript 6.0 的简称，泛指 JavaScript 语言的下一代标准，它的第一个版本 ES2015 已经在 2015 年 6 月正式发布，本文中提到的 ES6 包括 ES2015、ES2016、ES2017等等。在第一节的《Web：一路前行一路忘川》中也提到过，ES2015 从制定到发布历经了十几年，引入了很多的新特性以及新的机制，浏览器对 ES6 的支持进度远远赶不上前端开发小哥哥们使用 ES6 的热情，于是矛盾就日益显著……

二、Babel 是什么

先来看下它在官网上的定义：

Babel is a JavaScript compiler

没错就一句话，Babel 是 JavaScript 的编译器。至于什么是编译器，可以参考 the-super-tiny-compiler 这个项目，可以找到很好的答案。

本文是以 Babel 7.9.0 版本进行演示和讲解的，另外建议学习者阅读英文官网，中文官网会比原版网站慢一个版本，并且很多依然是英文的。

Babel 就是一套解决方案，用来把 ES6 的代码转化为浏览器或者其它环境支持的代码。注意我的用词哈，我说的不是转化为 ES5 ，因为不同类型以及不同版本的浏览器对 ES6 新特性的支持程度都不一样，对于浏览器已经支持的部分，Babel 可以不转化，所以 Babel 会依赖浏览器的版本，后面会讲到。这里可以先参考 browerslist 项目。

Babel 的历史

在学习任何一门知识前，我都习惯先了解它的历史，这样才能深刻理解它存在意义。

Babel 的作者是 FaceBook 的工程师 Sebastian McKenzie。他在 2014 年发布了一款 JavaScript 的编译器 6to5。从名字就能看出来，它主要的作用就是将 ES6 转化为 ES5。

这里的 ES6 指 ES2015，因为当时还没有正式发布， ES2015 的名字还未被正式确定。

于是很多人评价，6to5 只是 ES6 得到支持前的一个过渡方案，它的作者非常不同意这个观点，认为 6to5 不光会按照标准逐步完善，依然具备非常大的潜力反过来影响并推进标准的制定。正因为如此 6to5 的团队觉得 '6to5' 这个名字并没有准确的传达这个项目的目标。加上 ES6 正式发布后，被命名为 ES2015，对于 6to5 来说更偏离了它的初衷。于是 2015 年 2 月 15 号，6to5 正式更名为 Babel。

（图片来源于网络）

Babel 是巴比伦文化里的通天塔，用来给 6to5 这个项目命名真得太贴切了！羡慕这些牛逼的人，不光代码写得好，还这么有文化，不像我们，起个变量名都得憋上半天，吃了没有文化的亏。这也是为什么我把这篇文章起名为 《Babel：把 ES6 送上天的通天塔》的原因。

三、Babel 怎么用

了解了 Babel 是什么后，很明显我们就要开始考虑怎么使用 Babel 来转化 ES6 的代码了，除了 Babel 本身提供的 cli 等工具外，它还支持和其它打包工具配合使用，譬如 webpack、rollup 等等，可以参考官网对不同平台提供的配置说明。

本文为了感受 Babel 最原始的用法，不结合其它任何工具，直接使用 Babel 的 cli 来演示。

1、构建 Babel 演示的工程

使用如下命令构建一个 npm 包，并新建 src 目录 和 一个 index.js 文件。

npm init -y

package.json 内容如下：

{
  "name": "demo",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "keywords": [],
  "author": "",
  "license": "ISC"
}

2、安装依赖包

npm install --save-dev @babel/core @babel/cli @babel/preset-env

后面会介绍这些包的作用，先看用法

增加 babel 命令来编译 src 目录下的文件到 dist 目录：

{
  "name": "demo",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "src/index.js",
  "scripts": {
    "babel": "babel src --out-dir dist",
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1"
  },
  "keywords": [],
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "devDependencies": {
    "@babel/cli": "^7.8.4",
    "@babel/core": "^7.9.0",
    "@babel/preset-env": "^7.9.0"
  }
}

3、增加 Babel 配置文件

在工程的根目录添加 babel.config.js 文件，增加 Babel 编译的配置，没有配置是不进行编译的。

const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true
    }
  ]
]
const plugins = []

module.exports = { presets, plugins }

上例中 debug 配置是为了打印出 Babel 工作时的日志，可以方便的看来，Babel 转化了哪些语法。

1. presets 主要是配置用来编译的预置，plugins 主要是配置完成编译的插件，具体的含义后面会讲
2. 推荐用 Javascript 文件来写配置文件，而不是 JSON 文件，这样可以根据环境来动态配置需要使用的 presets 和 plugins

const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true
    }
  ]
]
const plugins = []

if (process.env["ENV"] === "prod") {
  plugins.push(...)
}

module.exports = { presets, plugins }

4、编译的结果

配置好后，我们运行 npm run babel 命令，可以看到 dist 文件夹下生成了 index.js 文件，内容如下所示：

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

// dist/index.js
"use strict";

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

可以看到，ES6 的 const 被转化为 var ，箭头函数被转化为普通函数。同时打印出来如下日志：

> babel src --out-dir dist

@babel/preset-env: `DEBUG` option

Using targets:
{}

Using modules transform: auto

Using plugins:
  proposal-nullish-coalescing-operator {}
  proposal-optional-chaining {}
  proposal-json-strings {}
  proposal-optional-catch-binding {}
  transform-parameters {}
  proposal-async-generator-functions {}
  proposal-object-rest-spread {}
  transform-dotall-regex {}
  proposal-unicode-property-regex {}
  transform-named-capturing-groups-regex {}
  transform-async-to-generator {}
  transform-exponentiation-operator {}
  transform-template-literals {}
  transform-literals {}
  transform-function-name {}
  transform-arrow-functions {}
  transform-block-scoped-functions {}
  transform-classes {}
  transform-object-super {}
  transform-shorthand-properties {}
  transform-duplicate-keys {}
  transform-computed-properties {}
  transform-for-of {}
  transform-sticky-regex {}
  transform-unicode-regex {}
  transform-spread {}
  transform-destructuring {}
  transform-block-scoping {}
  transform-typeof-symbol {}
  transform-new-target {}
  transform-regenerator {}
  transform-member-expression-literals {}
  transform-property-literals {}
  transform-reserved-words {}
  transform-modules-commonjs {}
  proposal-dynamic-import {}

Using polyfills: No polyfills were added, since the `useBuiltIns` option was not set.
Successfully compiled 1 file with Babel.

四、Babel 工作原理

在了解了如何使用后，我们一起来探寻一下编译背后的事情，同时会熟悉 Babel 的组成和进阶用法。

1、Babel 工作流程

前面提到 Babel 其实就是一个纯粹的 JavaScript 的编译器，任何一个编译器工作流程大致都可以分为如下三步：

• Parser 解析源文件

• Transfrom 转换

• Generator 生成新文件

Babel 也不例外，如下图所示：

(图片来源于网络)

因为 Babel 使用是 acorn 这个引擎来做解析，这个库会先将源码转化为抽象语法树 (AST)，再对 AST 作转换，最后将转化后的 AST 输出，便得到了被 Babel 编译后的文件。

那 Babel 是如何知道该怎么转化的呢？答案是通过插件，Babel 为每一个新的语法提供了一个插件，在 Babel 的配置中配置了哪些插件，就会把插件对应的语法给转化掉。插件被命名为 @babel/plugin-xxx 的格式。

2、Babel 组成

（1）@babel/preset-env

上面提到过 @babel/preset-* 其实是转换插件的集合，最常用的就是 @babel/preset-env，它包含了 大部分 ES6 的语法，具体包括哪些插件，可以在 Babel 的日志中看到。如果源码中使用了不在 @babel/preset-env 中的语法，会报错，手动在 plugins 中增加即可。

例如 ES6 明确规定，Class 内部只有静态方法，没有静态属性。但现在有一个提案提供了类的静态属性，写法是在实例属性的前面，加上 static 关键字。

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

class Person {
  static a = 'a';
  static b;
  name = 'morrain';
  age = 18
}

编译时就会报如下错误：

根据报错的提示，添加 @babel/plugin-proposal-class-properties 即可。

npm install --save-dev @babel/plugin-proposal-class-properties
点击并拖拽以移动

　　

// babel.config.js
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true
    }
  ]
]
const plugins = ['@babel/plugin-proposal-class-properties']

module.exports = { presets, plugins }

@babel/preset-env 中还有一个非常重要的参数 targets，最早的时候我们就提过，Babel 转译是按需的，对于环境支持的语法可以不做转换的。就是通过配置 targets 属性，让 Babel 知道目标环境，从而只转译环境不支持的语法。如果没有配置会默认转译所有 ES6 的语法。

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

// dist/index.js  没有配置targets
"use strict";

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

按如下配置 targets

// babel.config.js
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true,
      targets: {
        chrome: '58'
      }
    }
  ]
]
const plugins = ['@babel/plugin-proposal-class-properties']

module.exports = { presets, plugins }

编译后的结果如下：

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

// dist/index.js  配置targets  chrome 58
"use strict";

const add = (a, b) => a + b;

可以看到 const 和箭头函数都没有被转译，因为这个版本的 chrome 已经支持了这些特性。可以根据需求灵活的配置目标环境。

为后方便后续的讲解，把 targets 的配置去掉，让 Babel 默认转译所有语法。

（2）@babel/polyfill

polyfill 直译是垫片的意思，又是 Babel 里一个非常重要的概念。先看下面几行代码：

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

const arr = [1, 2]
const hasThreee = arr.includes(3)
new Promise()

按之前的方法，执行 npm run babel 后，我们惊奇的发现，Array.prototype.includes 和 Promise 竟然没有被转译！

// dist/index.js
"use strict";

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

var arr = [1, 2];
var hasThreee = arr.includes(3);
new Promise();

原来 Babel 把 ES6 的标准分为 syntax 和 built-in 两种类型。syntax 就是语法，像 const、=> 这些默认被 Babel 转译的就是 syntax 的类型。而对于那些可以通过改写覆盖的语法就认为是 built-in，像 includes 和 Promise 这些都属于 built-in。而 Babel 默认只转译 syntax 类型的，对于 built-in 类型的就需要通过 @babel/polyfill 来完成转译。@babel/polyfill 实现的原理也非常简单，就是覆盖那些 ES6 新增的 built-in。示意如下：

Object.defineProperty(Array.prototype, 'includes',function(){
  ...
})

由于 Babel 在 7.4.0 版本中宣布废弃 @babel/polyfill ，而是通过 core-js 替代，所以本文直接使用 core-js 来讲解 polyfill 的用法。

• 安装 core-js

npm install --save core-js

• 注意 core-js 要使用 --save 方式安装，因为它是需要被注入到源码中的，在执行代码前提供执行环境，用来实现 built-in 的注入

• 配置 useBuiltIns

  在 @babel/preset-env 中通过 useBuiltIns 参数来控制 built-in 的注入。它可以设置为 'entry'、'usage' 和 false 。默认值为 false，不注入垫片。

  设置为 'entry' 时，只需要在整个项目的入口处，导入 core-js 即可。

// src/index.js
import 'core-js'

const add = (a, b) => a + b

const arr = [1, 2]
const hasThreee = arr.includes(3)
new Promise()

// dist/index.js
"use strict";

require("core-js/modules/es7.array.includes");
require("core-js/modules/es6.promise");
//
// ……  这里还有很多
//
require("regenerator-runtime/runtime");
var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};
var arr = [1, 2];
var hasThreee = arr.includes(3);
new Promise();

• 编译后，Babel 会把目标环境不支持的所有 built-in 都注入进来，不管是不是用到，这有一个问题，对于只用到比较少的项目来说完全没有必要，白白增加代码，浪费包体大小。

设置为 'usage' 时，就不用在项目的入口处，导入 core-js了，Babel 会在编译源码的过程中根据 built-in 的使用情况来选择注入相应的实现。

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

const arr = [1, 2]
const hasThreee = arr.includes(3)
new Promise()

// dist/index.js
"use strict";

require("core-js/modules/es6.promise");

require("core-js/modules/es6.object.to-string");

require("core-js/modules/es7.array.includes");

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

var arr = [1, 2];
var hasThreee = arr.includes(3);
new Promise();

• 配置 corejs 的版本

当 useBuiltIns 设置为 'usage' 或者 'entry' 时，还需要设置 @babel/preset-env 的 corejs 参数，用来指定注入 built-in 的实现时，使用 corejs 的版本。否则 Babel 日志输出会有一个警告。

最终的 Babel 配置如下：

// babel.config.js
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true,
      useBuiltIns: 'usage',
      corejs: 3,
      targets: {}
    }
  ]
]
const plugins = ['@babel/plugin-proposal-class-properties']

module.exports = { presets, plugins }

（3）@babel/plugin-transform-runtime

在介绍 @babel/plugin-transform-runtime 的用途之前，先前一个例子：

// src/index.js
const add = (a, b) => a + b

const arr = [1, 2]
const hasThreee = arr.includes(3)
new Promise(resolve=>resolve(10))

class Person {
  static a = 1;
  static b;
  name = 'morrain';
  age = 18
}

// dist/index.js
"use strict";

require("core-js/modules/es.array.includes");

require("core-js/modules/es.object.define-property");

require("core-js/modules/es.object.to-string");

require("core-js/modules/es.promise");

function _classCallCheck(instance, Constructor) { if (!(instance instanceof Constructor)) { throw new TypeError("Cannot call a class as a function"); } }

function _defineProperty(obj, key, value) { if (key in obj) { Object.defineProperty(obj, key, { value: value, enumerable: true, configurable: true, writable: true }); } else { obj[key] = value; } return obj; }

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

var arr = [1, 2];
var hasThreee = arr.includes(3);
new Promise(function (resolve) {
  return resolve(10);
});

var Person = function Person() {
  _classCallCheck(this, Person);

  _defineProperty(this, "name", 'morrain');

  _defineProperty(this, "age", 18);
};

_defineProperty(Person, "a", 1);

_defineProperty(Person, "b", void 0);

在编译的过程中，对于 built-in 类型的语法通过 require("core-js/modules/xxxx") polyfill 的方式来兼容，对于 syntax 类型的语法在转译的过程会在当前模块中注入类似 _classCallCheck 和 _defineProperty 的 helper 函数来实现兼容。对于一个模块而言，可能还好，但对于项目中肯定是很多模块，每个模块模块都注入这些 helper 函数，势必会造成代码量变得很大。

而 @babel/plugin-transform-runtime 就是为了复用这些 helper 函数，缩小代码体积而生的。当然除此之外，它还能为编译后的代码提供一个沙箱环境，避免全局污染。

使用 @babel/plugin-transform-runtime

• ①安装

npm install --save-dev @babel/plugin-transform-runtime
npm install --save @babel/runtime

其中 @babel/plugin-transform-runtime 是编译时使用的，安装为开发依赖，而 @babel/runtime 其实就是 helper 函数的集合，需要被引入到编译后代码中，所以安装为生产依赖

• ②修改 Babel plugins 配置，增加@babel/plugin-transform-runtime

// babel.config.js
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true,
      useBuiltIns: 'usage',
      corejs: 3,
      targets: {}
    }
  ]
]
const plugins = [
  '@babel/plugin-proposal-class-properties',
  [
    '@babel/plugin-transform-runtime'
  ]
]

module.exports = { presets, plugins }

• 之前的例子，再次编译后，可以看到，之前的 helper 函数，都变成类似require("@babel/runtime/helpers/classCallCheck") 的实现了。

// dist/index.js
"use strict";

var _interopRequireDefault = require("@babel/runtime/helpers/interopRequireDefault");

require("core-js/modules/es.array.includes");

require("core-js/modules/es.object.to-string");

require("core-js/modules/es.promise");

var _classCallCheck2 = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime/helpers/classCallCheck"));

var _defineProperty2 = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime/helpers/defineProperty"));

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

var arr = [1, 2];
var hasThreee = arr.includes(3);
new Promise(function (resolve) {
  return resolve(10);
});

var Person = function Person() {
  (0, _classCallCheck2["default"])(this, Person);
  (0, _defineProperty2["default"])(this, "name", 'morrain');
  (0, _defineProperty2["default"])(this, "age", 18);
};

(0, _defineProperty2["default"])(Person, "a", 1);
(0, _defineProperty2["default"])(Person, "b", void 0);

• 配置 @babel/plugin-transform-runtime

到目前为止，对于 built-in 类型的语法还是通过 require("core-js/modules/xxxx") polyfill 的方式来实现的，例如为了支持 Array.prototype.includes 方法，需要 require

("core-js/modules/es.array.includes") 在 Array.prototype 中添加 includes 方法来实现的，但这会导致一个问题，它是直接修改原型的，会造成全局污染。如果你开发的是独立的应用问题不大，但如果开发的是工具库，被其它项目引用，而恰好该项目自身实现了 Array.prototype.includes 方法，这样就出了大问题！而 @babel/plugin-transform-runtime 可以解决这个问题，只需要配置 @babel/plugin-transform-runtime 的参数 corejs。该参数默认为 false，可以设置为 2 或者 3，分别对应 @babel/runtime-corejs2 和 @babel/runtime-corejs3。

把 @babel/plugin-transform-runtime 的 corejs 的值设置为3，把 @babel/runtime 替换为 @babel/runtime-corejs3。

去掉 @babel/preset-env 的 useBuiltIns 和 corejs 的配置，去掉 core-js。因为使用 @babel/runtime-corejs3 来实现对 built-in 类型语法的兼容，不用再使用 useBuiltIns了。

npm uninstall @babel/runtime
npm install --save @babel/runtime-corejs3
npm uninstall core-js

// babel.config.js
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true,
      targets: {}
    }
  ]
]
const plugins = [
  '@babel/plugin-proposal-class-properties',
  [
    '@babel/plugin-transform-runtime',
    {
      corejs: 3
    }
  ]
]

module.exports = { presets, plugins }

// dist/index.js
"use strict";

var _interopRequireDefault = require("@babel/runtime-corejs3/helpers/interopRequireDefault");

var _classCallCheck2 = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime-corejs3/helpers/classCallCheck"));

var _defineProperty2 = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime-corejs3/helpers/defineProperty"));

var _promise = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime-corejs3/core-js-stable/promise"));

var _includes = _interopRequireDefault(require("@babel/runtime-corejs3/core-js-stable/instance/includes"));

var add = function add(a, b) {
  return a + b;
};

var arr = [1, 2];
var hasThreee = (0, _includes["default"])(arr).call(arr, 3);
new _promise["default"](function (resolve) {
  return resolve(10);
});

var Person = function Person() {
  (0, _classCallCheck2["default"])(this, Person);
  (0, _defineProperty2["default"])(this, "name", 'morrain');
  (0, _defineProperty2["default"])(this, "age", 18);
};

(0, _defineProperty2["default"])(Person, "a", 1);
(0, _defineProperty2["default"])(Person, "b", void 0);

可以看到 Promise 和 arr.includes 的实现已经变成局部变量，并没有修改全局上的实现。

3、Babel polyfill 实现方式的区别

截至目前为止，对于 built-in 类型的语法的 polyfill，一共有三种方式：

• 使用 @babel/preset-env ，useBuiltIns 设置为 'entry'

• 使用 @babel/preset-env ，useBuiltIns 设置为 'usage'

• 使用 @babel/plugin-transform-runtime

前两种方式支持设置 targets ，可以根据目标环境来适配。useBuiltIns 设置为 'entry' 会注入目标环境不支持的所有 built-in 类型语法，useBuiltIns 设置为 'usage' 会注入目标环境不支持的所有被用到的 built-in 类型语法。注入的 built-in 类型的语法会污染全局。

第三种方式目前不支持设置 targets，所以不会考虑目标环境是否已经支持，它是通过局部变量的方式实现了所有被用到的 built-in 类型语法，不会污染全局。

针对第三种方式不支持设置 targets 的问题，Babel 正在考虑解决，目前意向的方案是通过 Polyfill provider 来统一 polyfill 的实现：

• 废弃 @babel/preset-env 中 useBuiltIns 和 corejs 两个参数，不再通过 @babel/preset-env 实现 polyfill。

• 废弃 @babel/plugin-transform-runtime 中的 corejs 参数，也不再通过 @babel/plugin-transform-runtime 来实现 polyfill。

• 增加 polyfills 参数，类似于现在 presets 和 plugins，用来取代现在的 polyfill 方案。

• 把 @babel/preset-env 中 targets 参数，往上提一层，和 presets、plugins、polyfills 同级别，并由它们共享。

这个方案实现后，Babel 的配置会是下面的样子：

// babel.config.js
const targets = [
  '>1%'
]
const presets = [
  [
    '@babel/env',
    {
      debug: true
    }
  ]
]
const plugins = [
  '@babel/plugin-proposal-class-properties'
]
const polyfills = [
  [
    'corejs3',
    {
      method: 'usage-pure'
    }
  ]
]

module.exports = { targets, presets, plugins, polyfills }

配置中的 method 值有 'entry-global'、'usage-global'、'usage-pure' 三种。

• 'entry-global' 等价于 @babel/preset-env 中的 useBuiltIns: 'entry'

• 'usage-global' 等价于 @babel/preset-env 中的 useBuiltIns: 'usage'

• 'usage-pure' 等价于 @babel/plugin-transform-runtime 中的 corejs

本文为了讲解方便，都是用 Babel 原生的 @babel/cli 来编译文件，实际使用中，更多的是结合 webpack、rollup 这样第三方的工具来使用的。

所以下一节，我们聊聊打包工具 webpack。

五、参考文献

1. 6to5 JavaScript Transpiler Changes Name to Babel

2. Babel学习系列2-Babel设计，组成

3. 初学 Babel 工作原理

4. RFC: Rethink polyfilling story

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