一、Babel简介
1. Babel是什么
2. 转译过程
二、Babel微内核架构
1. 微内核架构
2. 转译模块
3. 插件模块
4. 工具模块
5. 运行时相关模块
三、标准化
1. ECMAScript
2. 如何阅读 ECMAScript
3. web标准
四、总结
随着浏览器版本的持续更新，浏览器对JavaScript的支持越来越强大，Babel的重要性显得较低了。但Babel的设计思路、背后依赖的ECMAScript标准化思想仍然值得借鉴。
本文涉及的Babel版本主要是V7.16及以下，截至发文时，Babel最新发布的版本是V7.25.6，未出现大版本更新，近2年也进入了稳定迭代期，本文的分析思路基本适用目前的Babel设计。
Babel是JavaScript转译器，通过Babel，开发者可以自由使用下一代ECMAScript 语法。高版本ECMAScript语法将被转译为低版本语法，以便顺利运行在各类环境，如低版本浏览器、低版本 Node.js 等。
Babel 是转译器，不是编译器。下面是转译和编译的区别:
编译，一般指将一种语言转换为另一种语法和抽象程度等都不同的语言，常见的比如 gcc 编译器。
转译，一般指将一种语言转换为不同版本或者抽象程度相同的语言，比如 Babel 可以把 ECMAScript 6 语法转译为 ECMAScript 5语法。
利用 Babel，开发者可以使用 ECMAScript 的各种新特性进行开发，同时花极少的精力关注浏览器或其他JS运行环境对新特性的支持。甚至，开发者可以根据自身需要，创造属于自己的 JavaScript 语法。
Babel在转译的时候，会对源码进行以下处理: 语法转译(Syntax)和添加API Polyfill。
API Polyfill
有些运行时相关的 API，语法转译无法解决它们对低版本浏览器等环境的兼容性问题，因此 Babel 通过与 core-js 等工具的配合，实现 API 部分对目标环境(通常是低版本浏览器等)的兼容。
例如[1, 2, 3].include、Promise等 API，Babel 在处理时，如果目标环节可能不支持原生的 include / Promise 的话，Babel 会在转译结果中嵌入 include / Promise 的自定义实现。
有多种方式可以使用 Babel，如: 命令行(babel-cli、babel-node)、浏览器(babel-standalone)、API 调用(babel-core)、webpack loader(babel-loader)等。
和多数转译器相同，Babel 运行的生命周期主要是 3 个阶段: 解析、转换、代码生成。
这个过程涉及抽象语法树:
抽象语法树(Abstract Syntax Tree，AST)，或简称语法树(Syntax tree)，是源代码语法结构的一种抽象表示。
AST 是树形对象，以结构化的形式表示编程语言的语法结构，树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。
源码字符串需要经转译器生成 AST，转译器有很多种，不同转译器，生成的AST对象格式细节可能有差异，但共同点为: 都是树形对象、该树形对象描述了节点特征、各节点之间的关系（兄弟、父子等）。
以下是 Babel 生命周期的三个过程:
解析(Parsing): Code1 ==> 抽象语法树1
解析过程包括 2 个环节: 词法解析、语法解析，最终生成抽象语法树。
词法解析阶段，代码字符串被解析为 token 令牌数组，数组项是一个对象，包括: 代码字符碎片的值、位置、类型等信息。
token 数组是平铺式的数组，没有嵌套的结构信息，它是为语法解析阶段做准备的。
语法解析阶段，token 令牌数组被解析为结构化的抽放语法树对象(AST)。
babel-parser 完成该阶段的主要功能。
代码生成(Generation): AST2 ==> Code2
Babel 将修改后的 AST 对象转目标代码字符串。
babel-generator 完成该阶段的主要功能。
Babel 采用微内核架构，其内核保留核心功能，其余功能利用外部工具和插件机制实现，也体现了"开放-封闭"的设计原则。
除了微内核设计架构，Babel 的模块设计也可以做如下分类:
转译模块位于 Babel 微内核架构的"微内核"部分，该部分主要负责代码转译，也就是上面提到的"解析-转换-代码生成"过程。
该模块主要包括: babel-parser、babel-traverse、babel-generator。
babel-parser
负责将代码字符串转为 AST 对象。
有 2 点值得一提:
插件模块包括 plugins、presets。
plugins
丰富的插件，帮助 Babel 成为一个非常成功的转译工具。
对 AST 的遍历、转换是 Babel 转译的核心功能，但 Babel 本身并不参与该过程，将这些功能作为插件引入到运行时。
具体来说，babel-core 作为核心工具，不提供对 AST 的修改逻辑，通过调用各类插件，实现对 AST 的修改。
Babel的插件分为语法插件和转换插件。
值得注意的是，babel-parser 负责将 JavaScript 代码解析出抽象语法树(AST)，它支持全面识别 ESNext/TypeScript/JSX/Flow 等语法，目前由 Babel 团队开发维护，不支持插件化。
Babel 插件生态中的语法插件，其功能就是作为"开关"，配置是否开启 babel-parser 的某些语法转译功能。
语法插件在 Babel 源码中，以 babel-plugin-syntax 开头。
举个例子:
babel-plugin-syntax-decorators
负责开启 babel-parser 对装饰器的语法支持。
babel-plugin-syntax-dynamic-import
负责开启 babel-parser 对 import 语句的语法支持。
babel-plugin-syntax-jsx
负责开启 babel-parser 对 jsx 语法的支持。
转换插件
转换插件就是社区里常说的 Babel 插件，负责转换 AST 节点。
在介绍babel-traverse时提到，它负责遍历AST对象，每个AST节点会被访问到，等待转换，转换的部分，由"转换插件"负责。
转换插件会提供一个叫做"Visitor"的对象，该对象的 Key 为节点名称，Value 部分提供进入该节点时、离开该节点时的回调函数，在回调函数里，可以对该节点进行一系列操作。
"Visitor" 又称为 "访问者"。
const visitor = { Program: { enter() {}, exit() {}, },
CallExpression: { enter() {}, exit() {}, },
NumberLiteral: { enter() {}, exit() {}, }};traverse(ast, visitor);
转换插件在Babel源码中，以 babel-plugin-transform 开头。
该插件拦截 Program 节点，也就是整个程序的根节点，添加 "use strict"指令。
visitor 节点值为函数时，是 enter 回调的快捷方式。
{ name: "transform-strict-mode",
visitor: { Program(path) { const { node } = path;
for (const directive of node.directives) { if (directive.value.value === "use strict") return; }
path.unshiftContainer( "directives", t.directive(t.directiveLiteral("use strict")), ); }, }, };}
该插件负责拦截函数调用表达式节点 CallExpression，将 Object.assign 转为 extends 写法。
{ name: "transform-object-assign",
visitor: { CallExpression(path, file) { if (path.get("callee").matchesPattern("Object.assign")) { path.node.callee = file.addHelper("extends"); } }, },}
需要支持哪些特性，就分别引入支持该特性的插件
直接引入一个插件集合，涵盖所需的各类插件功能
很显然，第一种做法是相对麻烦的。针对第二种做法，Babel提供了插件集 preset。
preset 在 Babel 源码中，以 babel-preset 开头。
例如，Babel 已经提供了几种常用的 preset 供开发者使用:
babel-preset-env
babel-preset-react
babel-preset-flow
babel-preset-typescript
plugins 在 presets之前运行
plugins 按照数组正序执行
presets 按照数组倒序执行
工具模块提供 Babel 相关模块所需的各类工具，以下一一简要介绍:
<html> <head> <meta charset="utf-8" /> <title>test babel-standalonetitle> <script src="https://unpkg.com/@babel/standalone/babel.min.js">script> <script type="text/babel"> const arr = [1, 2, 3]; console.log(...arr);script> head> <body>body>html>
在浏览器运行该 html，可以看到，页面结构变成了:
<html> <head> <meta charset="utf-8" /> <title>test babel-standalonetitle> <script src="https://unpkg.com/@babel/standalone/babel.min.js">script> <script type="text/babel"> const arr = [1, 2, 3]; console.log(...arr);script> <script> "use strict"; var _console; var arr = [1, 2, 3]; (_console = console).log.apply(_console, arr); script> head> <body>body>html>
index.js 文件以及被其引入的其他文件均可以使用高级语法了。和 babel-cli 不同的是，babel-cli 只负责转换，不在 node 运行时执行；babel-node 会在 node 运行时执行转换，不适合生产环境使用。
在源文件中，引入babel-register，如 index.js:
require('babel-register'); require('./run');
import fs from 'fs'; console.log(fs);
执行 node index 时，run.js 就不需要被转码了。babel-register 通过拦截 node require 方法，为 node 运行时引入了 Babel 的转译能力。
babel-loader 是利用 babel-core 的 API 封装的 webpack loader，用于 webpack 构建过程。
babel-types 是一个非常强大的工具集合，它集成了节点校验、增删改查等功能，是 Babel 核心模块开发、插件开发等场景下不可或缺的工具。
const t = require('@babel/types');const binaryExpression = t.binaryExpression('+', t.numericLiteral(1), t.numericLiteral(2));
模板引擎，负责将代码字符串转为 AST 节点对象。
import { smart as template } from '@babel/template'; import generate from '@babel/generator'; import * as t from '@babel/types';
const buildRequire = template( var %%importName%% = require(%%source%%); );
const ast = buildRequire({ importName: t.identifier('myModule'), source: t.stringLiteral("my-module"), });
const code = generate(ast).code
console.log(code)
运行结果:
var myModule = require("my-module");
const { codeFrameColumns } = require('@babel/code-frame');
const testCode = `class Run { constructor() {}}`;
const location = { start: { line: 2, column: 2, }};
const result = codeFrameColumns(testCode, location);
console.log(result);
1 | class Run {> 2 | constructor() {} | ^ 3 | } 4 |
向控制台输出有颜色的代码片段。该工具可以识别 JavaScript 中的操作符号、标识符、保留字等类型的词法单元，并在终端环境下显示不同的颜色。
Babel 配合其插件可以对静态代码进行转译，但有一些遗漏点:
为此，运行时模块(runtime)关注的是转译产物的运行时环境，对运行时提供 API polyfill、代码优化等，该模块涉及几个子包:
接下来以案例解释 runtime 模块的作用。
源码文件 index.js 的内容:
const a = 1; class Base {} new Promise()
这段源码包含了语法和 API 部分:
const、class 为语法部分
Promise 为 API 部分
如果希望这段源码转为 ES5 版本，使构建产物可以运行在不支持 ES6 和 Promise 的环境里，该怎么做呢？
用 babel 命令行执行转译，其中源文件为 index.js，转译产物文件为 index-compiled.js。
npx babel index.js --out-file index-compiled.js
需要配置.babelrc 帮助 Babel 完成语法和 API 部分的转译:
.babelrc:
{ "presets": [ [ "@babel/preset-env" ] ], "plugins": [ [ "@babel/plugin-transform-runtime", { "corejs": 3 } ] ]}
简要解释下该配置的原理:
"use strict";
function _classCallCheck(instance, Constructor) { if (!(instance instanceof Constructor)) { throw new TypeError("Cannot call a class as a function"); } }
var a = 1;
var Base = function Base() { _classCallCheck(this, Base); };
new Promise();
这样的后果就是构建产物比较臃肿。
Babel 转译过程的运行时优化是一个繁琐的过程，为此将单独用一章讲解运行时优化，感兴趣的同学可以直接阅读 "Babel Runtime" 章节详细了解。
Babel 生态涉及的一些标准化组织。无论是 JavaScript、HTML、DOM、URL 等领域，均需要统一的标准，才能在不同的运行环境下有统一的表现。Babel 转译也需要遵循这些标准，包括 ECMAScript、web标准等。
1995 年，JavaScript 的第一个版本发布。用时间线的方式描述 JavaScript 的诞生过程会更清晰:
1996 年，微软模仿 JavaScript 实现了 JScript 并内置在 IE3.0，随后，Netscape 公司着手推动 JavaScript 标准化。
这里涉及几个组织:
Ecma International 是一家国际性会员制度的信息和电信标准组织。1994年之前，名为欧洲计算机制造商协会（European Computer Manufacturers Association）。因为计算机的国际化，组织的标准牵涉到很多其他国家，因此组织决定改名表明其国际性。
Ecma International 的任务包括与有关组织合作开发通信技术和消费电子标准、鼓励准确的标准落实、和标准文件与相关技术报告的出版。
Ecma International 负责多个国际标准的制定:
CD-ROM 格式（之后被国际标准化组织批准为ISO 9660）
C# 语言规范
C++/CLI 语言规范
通用语言架构（CLI）
Eiffel 语言
电子产品环境化设计要素
Universal 3D 标准
OOXML
Dart 语言规范
ECMAScript 语言规范（以 JavaScript 为基础）ECMA-262
其中就包括 JavaScript 标准语言规范 ECMAScript。
cma International 拥有 ECMAScript 的商标。
ECMA TC39
「TC39」全称「Technical Committee 39」译为「第 39 号技术委员会」，是 Ecma International 组织架构中的一部分。
TC39 负责迭代和发展 ECMAScript，它的成员由各个主流浏览器厂商的代表组成，通常每年召开约 6 次会议来讨论未决提案的进展情况，会议的每一项决议必须得到大部分人的赞同，并且没有人强烈反对才可以通过。
国际标准化组织（英语: International Organization for Standardization，简称: ISO）成立于 1947 年 2 月 23 日，制定全世界工商业国际标准的国际标准建立机构。
ISO 的国际标准以数字表示，例如: "ISO 11180:1993" 的 "11180" 是标准号码，而 "1993" 是出版年份。
ISO/IEC JTC 1 是国际标准化组织和国际电工委员会联合技术委员会。其目的是开发、维护和促进信息技术以及信息和通信技术领域的标准。JTC 1 负责了许多关键的 IT 标准，从 MPEG 视频格式到 C++ 编程语言。
ECMAScript 经历了多个版本，每个版本有自己的特点，简单列举如下:
一个 ECMAScript 标准的制作过程，包含了 Stage 0 到 Stage 4 共 5 个阶段，每个阶段提交至下一阶段都需要 TC39 审批通过。
特性进入 Stage-4 后，才有可能被加入标准中，还需要 ECMA General Assembly 表决通过才能进入下一次的 ECMAScript 标准中。
ECMAScript 的规格，可以在 ECMA 国际标准组织的官方网站免费下载和在线阅读。
查看ECMAScript 不同版本的地址：https://ecma-international.org/publications-and-standards/standards/ecma-262/。
截至 2023年底，已发布的版本如下：
（https://262.ecma-international.org/5.1/index.html）
（https://262.ecma-international.org/6.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/7.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/8.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/9.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/10.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/11.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/12.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/13.0/index.html）
（https://262.ecma-international.org/14.0/index.html）
每个版本有独立的网址，格式为: https://262.ecma-international.org/{version}/，比如 ECMAScript 14.0 版本的网址为 https://262.ecma-international.org/14.0/。
从章节数量上，ECMAScript 6.0、ECMAScript 7.0 有 26 章，之后的版本有 27-29 章，虽然章节数量不同，规格章节的分布是保持一定规律的，以 ECMAScript 11.0 版本为例:
该章节简要描述了: JavaScript 和 ECMAScript 的发展历史、不同 ECMAScript 规格的主要更新内容。
一般而言，除非写编译器，开发者无需阅读 ECMAScript 的规格，规格的内容非常多，如无必要也无需通读。只是在遇到一些奇怪的问题时，阅读官方规格，是最稳妥的办法。
通过阅读规格解决一些问题
（以ECMAScript 11.0为例）
Babel 工具集中的 babel-highlight，可以实现在终端对代码块中的目标字符单元显示不同的颜色。这里需要识别不同字符单元的类型，如关键字、保留字、标识符、数字、字符串等。
标识符、数字、字符串都很好理解和识别，但哪些字符应该被识别为关键字、保留字，而不是标识符呢？
此时可以阅读 ECMAScript 规格了，ECMAScript 11.0 规格的 11.6.2 节介绍了关键词和保留字列表。
继续使用 babel-highlight 实现代码块中的全局对象高亮，那么，我们需要知道哪些是规格中描述的全局变量。
规格的 18 章介绍了全局对象，通过该章的描述，可以知道:
babel-loader 自身维护了私有的 LoaderError 对象，该对象继承自原生 Error 类，并且订制了部分实例属性。代码如下:
class LoaderError extends Error { constructor(err) { super();
const { name, message, codeFrame, hideStack } = format(err);
this.name = "BabelLoaderError";
this.message = ${name ? ${name}: ` : ""}${message}\n\n${codeFrame}\n`;
this.hideStack = hideStack;
Error.captureStackTrace(this, this.constructor); }}
可以看到，babel-loader 自定义了错误实例的 name、message、hideStack 属性，那么，问题是，原生的 Error 类有哪些属性和方法，哪些是开发者可以自定义的呢？
规格的 19.5 章节，详细介绍了 Error 的各类规范:
Error 作为函数被调用时（Error(...)），表现和 new Error(...) 一致，均会创建并返回 Error 的新实例
Error 可以被继承，比如通过 extends 的方式，子类必须提供 constructor 方法，且该方法内必须提供 super() 调用
Error 构造函数必须有 prototype 属性
Error.prototype.constructor: 指向构造函数
Error.prototype.message: 描述错误信息，默认是空字符串
Error.prototype.name: 描述错误名称，默认值是 Error
从 LoaderError 的源码可以看到，LoaderError 做了以下几件事情:
是在解决 API Polyfil 的时候，Babel 配合使用的 core-js 除了提供 ECMAScript 标准下的 JavaScript API 实现，也提供了 DOM/URL 等实现。而 DOM/URL 所属的 web 标准，由 W3C/WHATWG 制定。
经过多年发展，WHATWG 和 W3C 目前是合作关系，其中，WHATWG 维护 HTML 和 DOM 标准，W3C 使用 WHATWG 存储库中的 HTML 和 DOM 标准描述，W3C 在 HTML 部分的工作集中在 XHTML/XML 上。
本文介绍了 Babel 的概述/微内核架构/ECMAScript标准化方面的设计思想和部分实现原理。
上述内容其实在很早之前就已经成型了，笔者也查看了Babel最近的迭代内容，发现并没有太大的变化。至于代码转译领域，目前是Babel还是其他工具哪个更有优势，不在本文的讨论范围内。
除了比较社区哪些工具更好而言，“Babel的设计思路、其与标准规范是怎么配合的”等也是很值得学习的地方，也是这篇文章的产生背景。
希望本文对你有所帮助！
