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AST抽象语法树 Javascript版

程序员文章站 2022-04-15 15:36:25
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 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a ......

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,leftoperatorright

  • operator+
  • 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('\n\nstep1:')
  printsource(blockstatement([]))

  // 一个键头函数 ()=>{}
  console.log('\n\nstep2:')
  printsource(arrowfunctionexpression([],blockstatement([])))

  // add赋值为键头函数  add = ()=>{}
  console.log('\n\nstep3:')
  printsource(assignmentexpression('=',id('add'),arrowfunctionexpression([],blockstatement([]))))

  // exports.add赋值为键头函数  exports.add = ()=>{}
  console.log('\n\nstep4:')
  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 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。


参考文章: