AST抽象语法树 Javascript版

Posted 2020-11-22 Rope

在javascript世界中，你可以认为抽象语法树(AST)是最底层。 再往下，就是关于转换和编译的“黑魔法”领域了。

现在，我们拆解一个简单的add函数

function add(a, b) {
    return a + b
}

首先，我们拿到的这个语法块，是一个FunctionDeclaration(函数定义)对象。

用力拆开，它成了三块：

• 一个id，就是它的名字，即add
• 两个params，就是它的参数，即[a, b]
• 一块body，也就是大括号内的一堆东西

add没办法继续拆下去了，它是一个最基础Identifier（标志）对象，用来作为函数的唯一标志。

{
    name: 'add'
    type: 'identifier'
    ...
}

params继续拆下去，其实是两个Identifier组成的数组。之后也没办法拆下去了。

[
    {
        name: 'a'
        type: 'identifier'
        ...
    },
    {
        name: 'b'
        type: 'identifier'
        ...
    }
]

接下来，我们继续拆开body
我们发现，body其实是一个BlockStatement（块状域）对象，用来表示是{return a + b}

打开Blockstatement，里面藏着一个ReturnStatement（Return域）对象，用来表示return a + b

继续打开ReturnStatement,里面是一个BinaryExpression(二项式)对象，用来表示a + b

继续打开BinaryExpression，它成了三部分，left，operator，right

• operator 即+
• left 里面装的，是Identifier对象 a
• right 里面装的，是Identifer对象 b

就这样，我们把一个简单的add函数拆解完毕。

抽象语法树(Abstract Syntax Tree)，的确是一种标准的树结构。

那么，上面我们提到的Identifier、Blockstatement、ReturnStatement、BinaryExpression， 这一个个小部件的说明书去哪查？

请查看 AST对象文档

recast

输入命令：npm i recast -S

你即可获得一把操纵语法树的螺丝刀

接下来，你可以在任意js文件下操纵这把螺丝刀，我们新建一个parse.js示意：

创建parse.js文件

// 给你一把"螺丝刀"——recast
const recast = require("recast");

// 你的"机器"——一段代码
// 我们使用了很奇怪格式的代码，想测试是否能维持代码结构
const code =
  `
  function add(a, b) {
    return a +
      // 有什么奇怪的东西混进来了
      b
  }
  `
// 用螺丝刀解析机器
const ast = recast.parse(code);

// ast可以处理很巨大的代码文件
// 但我们现在只需要代码块的第一个body，即add函数
const add  = ast.program.body[0]

console.log(add)

输入node parse.js你可以查看到add函数的结构，与之前所述一致，通过AST对象文档可查到它的具体属性：

FunctionDeclaration{
    type: 'FunctionDeclaration',
    id: ...
    params: ...
    body: ...
}

recast.types.builders 制作模具

recast.types.builders里面提供了不少“模具”，让你可以轻松地拼接成新的机器。

最简单的例子，我们想把之前的function add(a, b){...}声明，改成匿名函数式声明const add = function(a ,b){...}

如何改装？

第一步，我们创建一个VariableDeclaration变量声明对象，声明头为const， 内容为一个即将创建的VariableDeclarator对象。

第二步，创建一个VariableDeclarator，放置add.id在左边， 右边是将创建的FunctionDeclaration对象

第三步，我们创建一个FunctionDeclaration，如前所述的三个组件，id params body中，因为是匿名函数id设为空，params使用add.params，body使用add.body。

这样，就创建好了const add = function(){}的AST对象。

在之前的parse.js代码之后，加入以下代码

// 引入变量声明，变量符号，函数声明三种“模具”
const {variableDeclaration, variableDeclarator, functionExpression} = recast.types.builders

// 将准备好的组件置入模具，并组装回原来的ast对象。
ast.program.body[0] = variableDeclaration("const", [
  variableDeclarator(add.id, functionExpression(
    null, // 匿名化函数表达式.
    add.params,
    add.body
  ))
]);

//将AST对象重新转回可以阅读的代码
//这一行其实是recast.parse的逆向过程，具体公式为
//recast.print(recast.parse(source)).code === source
const output = recast.print(ast).code;

console.log(output)

打印出来还保留着“原装”的函数内容，连注释都没有变。

我们其实也可以打印出美化格式的代码段：

const output = recast.prettyPrint(ast, { tabWidth: 2 }).code

//输出为
const add = function(a, b) {
  return a + b;
};

实战进阶：命令行修改js文件

除了parse/print/builder以外，Recast的三项主要功能：

• run: 通过命令行读取js文件，并转化成ast以供处理。
• tnt： 通过assert()和check()，可以验证ast对象的类型。
• visit: 遍历ast树，获取有效的AST对象并进行更改。

通过一个系列小务来学习全部的recast工具库：

demo.js

function add(a, b) {
  return a + b
}

function sub(a, b) {
  return a - b
}

function commonDivision(a, b) {
  while (b !== 0) {
    if (a > b) {
      a = sub(a, b)
    } else {
      b = sub(b, a)
    }
  }
  return a
}

recast.run 命令行文件读取

新建一个名为read.js的文件，写入

read.js

recast.run( function(ast, printSource){
    printSource(ast)
})

命令行输入

node read demo.js

我们查以看到js文件内容打印在了控制台上。

我们可以知道，node read可以读取demo.js文件，并将demo.js内容转化为ast对象。

同时它还提供了一个printSource函数，随时可以将ast的内容转换回源码，以方便调试。

recast.visit AST节点遍历

read.js

#!/usr/bin/env node
const recast  = require('recast')

recast.run(function(ast, printSource) {
  recast.visit(ast, {
      visitExpressionStatement: function({node}) {
        console.log(node)
        return false
      }
    });
});

recast.visit将AST对象内的节点进行逐个遍历。

注意

• 你想操作函数声明，就使用visitFunctionDelaration遍历，想操作赋值表达式，就使用visitExpressionStatement。 只要在 AST对象文档中定义的对象，在前面加visit，即可遍历。
• 通过node可以取到AST对象
• 每个遍历函数后必须加上return false，或者选择以下写法，否则报错：

#!/usr/bin/env node
const recast  = require('recast')

recast.run(function(ast, printSource) {
  recast.visit(ast, {
      visitExpressionStatement: function(path) {
        const node = path.node
        printSource(node)
        this.traverse(path)
      }
    })
});

调试时，如果你想输出AST对象，可以console.log(node)

如果你想输出AST对象对应的源码，可以printSource(node)

命令行输入node read demo.js进行测试。

#!/usr/bin/env node 在所有使用recast.run()的文件顶部都需要加入这一行，它的意义我们最后再讨论。

TNT 判断AST对象类型

TNT，即recast.types.namedTypes，它用来判断AST对象是否为指定的类型。

TNT.Node.assert()，就像在机器里埋好的摧毁器，当机器不能完好运转时（类型不匹配），就摧毁机器(报错退出)

TNT.Node.check()，则可以判断类型是否一致，并输出False和True

上述Node可以替换成任意AST对象

例如:TNT.ExpressionStatement.check(),TNT.FunctionDeclaration.assert()

read.js

#!/usr/bin/env node
const recast = require("recast");
const TNT = recast.types.namedTypes

recast.run(function(ast, printSource) {
  recast.visit(ast, {
      visitExpressionStatement: function(path) {
        const node = path.value
        // 判断是否为ExpressionStatement，正确则输出一行字。
        if(TNT.ExpressionStatement.check(node)){
          console.log('这是一个ExpressionStatement')
        }
        this.traverse(path);
      }
    });
});

read.js

#!/usr/bin/env node
const recast = require("recast");
const TNT = recast.types.namedTypes

recast.run(function(ast, printSource) {
  recast.visit(ast, {
      visitExpressionStatement: function(path) {
        const node = path.node
        // 判断是否为ExpressionStatement，正确不输出，错误则全局报错
        TNT.ExpressionStatement.assert(node)
        this.traverse(path);
      }
    });
});

实战：用AST修改源码，导出全部方法

exportific.js

现在，我们想让这个文件中的函数改写成能够全部导出的形式，例如

function add (a, b) {
    return a + b
}

想改变为

exports.add = (a, b) => {
  return a + b
}

首先，我们先用builders凭空实现一个键头函数

exportific.js

#!/usr/bin/env node
const recast = require("recast");
const {
  identifier:id,
  expressionStatement,
  memberExpression,
  assignmentExpression,
  arrowFunctionExpression,
  blockStatement
} = recast.types.builders

recast.run(function(ast, printSource) {
  // 一个块级域 {}
  console.log('

step1:')
  printSource(blockStatement([]))

  // 一个键头函数 ()=>{}
  console.log('

step2:')
  printSource(arrowFunctionExpression([],blockStatement([])))

  // add赋值为键头函数  add = ()=>{}
  console.log('

step3:')
  printSource(assignmentExpression('=',id('add'),arrowFunctionExpression([],blockStatement([]))))

  // exports.add赋值为键头函数  exports.add = ()=>{}
  console.log('

step4:')
  printSource(expressionStatement(assignmentExpression('=',memberExpression(id('exports'),id('add')),
    arrowFunctionExpression([],blockStatement([])))))
});

上面写了我们一步一步推断出exports.add = ()=>{}的过程，从而得到具体的AST结构体。

使用node exportific demo.js运行可查看结果。

接下来，只需要在获得的最终的表达式中，把id(‘add‘)替换成遍历得到的函数名，把参数替换成遍历得到的函数参数，把blockStatement([])替换为遍历得到的函数块级作用域，就成功地改写了所有函数！

另外，我们需要注意，在commonDivision函数内，引用了sub函数，应改写成exports.sub

exportific.js

#!/usr/bin/env node
const recast = require("recast");
const {
  identifier: id,
  expressionStatement,
  memberExpression,
  assignmentExpression,
  arrowFunctionExpression
} = recast.types.builders

recast.run(function (ast, printSource) {
  // 用来保存遍历到的全部函数名
  let funcIds = []
  recast.types.visit(ast, {
    // 遍历所有的函数定义
    visitFunctionDeclaration(path) {
      //获取遍历到的函数名、参数、块级域
      const node = path.node
      const funcName = node.id
      const params = node.params
      const body = node.body

      // 保存函数名
      funcIds.push(funcName.name)
      // 这是上一步推导出来的ast结构体
      const rep = expressionStatement(assignmentExpression('=', memberExpression(id('exports'), funcName),
        arrowFunctionExpression(params, body)))
      // 将原来函数的ast结构体，替换成推导ast结构体
      path.replace(rep)
      // 停止遍历
      return false
    }
  })


  recast.types.visit(ast, {
    // 遍历所有的函数调用
    visitCallExpression(path){
      const node = path.node;
      // 如果函数调用出现在函数定义中，则修改ast结构
      if (funcIds.includes(node.callee.name)) {
        node.callee = memberExpression(id('exports'), node.callee)
      }
      // 停止遍历
      return false
    }
  })
  // 打印修改后的ast源码
  printSource(ast)
})

一步到位，发一个最简单的exportific前端工具

以下代码添加作了两个小改动

1. 添加说明书--help，以及添加了--rewrite模式，可以直接覆盖文件或默认为导出*.export.js文件。
2. 将之前代码最后的 printSource(ast)替换成 writeASTFile(ast,filename,rewriteMode)

exportific.js

#!/usr/bin/env node
const recast = require("recast");
const {
  identifier: id,
  expressionStatement,
  memberExpression,
  assignmentExpression,
  arrowFunctionExpression
} = recast.types.builders

const fs = require('fs')
const path = require('path')
// 截取参数
const options = process.argv.slice(2)

//如果没有参数，或提供了-h 或--help选项，则打印帮助
if(options.length===0 || options.includes('-h') || options.includes('--help')){
  console.log(`
    采用commonjs规则，将.js文件内所有函数修改为导出形式。

    选项： -r  或 --rewrite 可直接覆盖原有文件
    `)
  process.exit(0)
}

// 只要有-r 或--rewrite参数，则rewriteMode为true
let rewriteMode = options.includes('-r') || options.includes('--rewrite')

// 获取文件名
const clearFileArg = options.filter((item)=>{
  return !['-r','--rewrite','-h','--help'].includes(item)
})

// 只处理一个文件
let filename = clearFileArg[0]

const writeASTFile = function(ast, filename, rewriteMode){
  const newCode = recast.print(ast).code
  if(!rewriteMode){
    // 非覆盖模式下，将新文件写入*.export.js下
    filename = filename.split('.').slice(0,-1).concat(['export','js']).join('.')
  }
  // 将新代码写入文件
  fs.writeFileSync(path.join(process.cwd(),filename),newCode)
}


recast.run(function (ast, printSource) {
  let funcIds = []
  recast.types.visit(ast, {
    visitFunctionDeclaration(path) {
      //获取遍历到的函数名、参数、块级域
      const node = path.node
      const funcName = node.id
      const params = node.params
      const body = node.body

      funcIds.push(funcName.name)
      const rep = expressionStatement(assignmentExpression('=', memberExpression(id('exports'), funcName),
        arrowFunctionExpression(params, body)))
      path.replace(rep)
      return false
    }
  })


  recast.types.visit(ast, {
    visitCallExpression(path){
      const node = path.node;
      if (funcIds.includes(node.callee.name)) {
        node.callee = memberExpression(id('exports'), node.callee)
      }
      return false
    }
  })

  writeASTFile(ast,filename,rewriteMode)
})

现在尝试一下

node exportific demo.js

已经可以在当前目录下找到源码变更后的demo.export.js文件了。

npm发包

编辑一下package.json文件

{
  "name": "exportific",
  "version": "0.0.1",
  "description": "改写源码中的函数为可exports.XXX形式",
  "main": "exportific.js",
  "bin": {
    "exportific": "./exportific.js"
  },
  "keywords": [],
  "author": "wanthering",
  "license": "ISC",
  "dependencies": {
    "recast": "^0.15.3"
  }
}

注意bin选项，它的意思是将全局命令exportific指向当前目录下的exportific.js

这时，输入npm link 就在本地生成了一个exportific命令。

之后，只要哪个js文件想导出来使用，就exportific XXX.js一下。

一定要注意exportific.js文件头有

#!/usr/bin/env node

接下来，正式发布npm包！

如果你已经有了npm 帐号，请使用npm login登录

如果你还没有npm帐号 https://www.npmjs.com/signup 非常简单就可以注册npm

然后，输入
npm publish

没有任何繁琐步骤，丝毫审核都没有，你就发布了一个实用的前端小工具exportific 。任何人都可以通过

npm i exportific -g

全局安装这一个插件。

提示：在试验教程时，请不要和我的包重名，修改一下发包名称。

#!/usr/bin/env node

不同用户或者不同的脚本解释器有可能安装在不同的目录下，系统如何知道要去哪里找你的解释程序呢？ /usr/bin/env就是告诉系统可以在PATH目录中查找。 所以配置#!/usr/bin/env node, 就是解决了不同的用户node路径不同的问题，可以让系统动态的去查找node来执行你的脚本文件。

如果出现No such file or directory的错误？因为你的node安装路径没有添加到系统的PATH中。所以去进行node环境变量配置就可以了。

要是你只是想简单的测试一下，那么你可以通过which node命令来找到你本地的node安装路径，将/usr/bin/env改为你查找到的node路径即可。

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参考文章：https://segmentfault.com/a/1190000016231512?utm_source=tag-newest#comment-area