Module 的语法 修改教程

概述

历史上,JavaScript 一直没有模块(module)体系,无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件,再用简单的方法拼装起来。其他语言都有这项功能,比如 Ruby 的require、Python 的import,甚至就连 CSS 都有@import,但是 JavaScript 任何这方面的支持都没有,这对开发大型的、复杂的项目形成了巨大障碍。

在 ES6 之前,社区制定了一些模块加载方案,最主要的有 CommonJS 和 AMD 两种。前者用于服务器,后者用于浏览器。ES6 在语言标准的层面上,实现了模块功能,而且实现得相当简单,完全可以取代 CommonJS 和 AMD 规范,成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

ES6 模块的设计思想,是尽量的静态化,使得编译时就能确定模块的依赖关系,以及输入和输出的变量。CommonJS 和 AMD 模块,都只能在运行时确定这些东西。比如,CommonJS 模块就是对象,输入时必须查找对象属性。

// CommonJS模块
let { stat, exists, readFile } = require('fs');

// 等同于
let _fs = require('fs');
let stat = _fs.stat;
let exists = _fs.exists;
let readfile = _fs.readfile;

上面代码的实质是整体加载fs模块(即加载fs的所有方法),生成一个对象(_fs),然后再从这个对象上面读取3个方法。这种加载称为“运行时加载”,因为只有运行时才能得到这个对象,导致完全没办法在编译时做“静态优化”。

ES6 模块不是对象,而是通过export命令显式指定输出的代码,再通过import命令输入。

// ES6模块
import { stat, exists, readFile } from 'fs';

上面代码的实质是从fs模块加载3个方法,其他方法不加载。这种加载称为“编译时加载”或者静态加载,即 ES6 可以在编译时就完成模块加载,效率要比 CommonJS 模块的加载方式高。当然,这也导致了没法引用 ES6 模块本身,因为它不是对象。

由于 ES6 模块是编译时加载,使得静态分析成为可能。有了它,就能进一步拓宽 JavaScript 的语法,比如引入宏(macro)和类型检验(type system)这些只能靠静态分析实现的功能。

除了静态加载带来的各种好处,ES6 模块还有以下好处。

  • 不再需要UMD模块格式了,将来服务器和浏览器都会支持 ES6 模块格式。目前,通过各种工具库,其实已经做到了这一点。
  • 将来浏览器的新 API 就能用模块格式提供,不再必须做成全局变量或者navigator对象的属性。
  • 不再需要对象作为命名空间(比如Math对象),未来这些功能可以通过模块提供。

本章介绍 ES6 模块的语法,下一章介绍如何在浏览器和 Node 之中,加载 ES6 模块。

严格模式

ES6 的模块自动采用严格模式,不管你有没有在模块头部加上"use strict";

严格模式主要有以下限制。

  • 变量必须声明后再使用
  • 函数的参数不能有同名属性,否则报错
  • 不能使用with语句
  • 不能对只读属性赋值,否则报错
  • 不能使用前缀0表示八进制数,否则报错
  • 不能删除不可删除的属性,否则报错
  • 不能删除变量delete prop,会报错,只能删除属性delete global[prop]
  • eval不会在它的外层作用域引入变量
  • evalarguments不能被重新赋值
  • arguments不会自动反映函数参数的变化
  • 不能使用arguments.callee
  • 不能使用arguments.caller
  • 禁止this指向全局对象
  • 不能使用fn.callerfn.arguments获取函数调用的堆栈
  • 增加了保留字(比如protectedstaticinterface

上面这些限制,模块都必须遵守。由于严格模式是 ES5 引入的,不属于 ES6,所以请参阅相关 ES5 书籍,本书不再详细介绍了。

其中,尤其需要注意this的限制。ES6 模块之中,顶层的this指向undefined,即不应该在顶层代码使用this

export 命令

模块功能主要由两个命令构成:exportimportexport命令用于规定模块的对外接口,import命令用于输入其他模块提供的功能。

一个模块就是一个独立的文件。该文件内部的所有变量,外部无法获取。如果你希望外部能够读取模块内部的某个变量,就必须使用export关键字输出该变量。下面是一个 JS 文件,里面使用export命令输出变量。

// profile.js
export var firstName = 'Michael';
export var lastName = 'Jackson';
export var year = 1958;

上面代码是profile.js文件,保存了用户信息。ES6 将其视为一个模块,里面用export命令对外部输出了三个变量。

export的写法,除了像上面这样,还有另外一种。

// profile.js
var firstName = 'Michael';
var lastName = 'Jackson';
var year = 1958;

export {firstName, lastName, year};

上面代码在export命令后面,使用大括号指定所要输出的一组变量。它与前一种写法(直接放置在var语句前)是等价的,但是应该优先考虑使用这种写法。因为这样就可以在脚本尾部,一眼看清楚输出了哪些变量。

export命令除了输出变量,还可以输出函数或类(class)。

export function multiply(x, y) {
  return x * y;
};

上面代码对外输出一个函数multiply

通常情况下,export输出的变量就是本来的名字,但是可以使用as关键字重命名。

function v1() { ... }
function v2() { ... }

export {
  v1 as streamV1,
  v2 as streamV2,
  v2 as streamLatestVersion
};

上面代码使用as关键字,重命名了函数v1v2的对外接口。重命名后,v2可以用不同的名字输出两次。

需要特别注意的是,export命令规定的是对外的接口,必须与模块内部的变量建立一一对应关系。

// 报错
export 1;

// 报错
var m = 1;
export m;

上面两种写法都会报错,因为没有提供对外的接口。第一种写法直接输出1,第二种写法通过变量m,还是直接输出1。1只是一个值,不是接口。正确的写法是下面这样。

// 写法一
export var m = 1;

// 写法二
var m = 1;
export {m};

// 写法三
var n = 1;
export {n as m};

上面三种写法都是正确的,规定了对外的接口m。其他脚本可以通过这个接口,取到值1。它们的实质是,在接口名与模块内部变量之间,建立了一一对应的关系。

同样的,functionclass的输出,也必须遵守这样的写法。

// 报错
function f() {}
export f;

// 正确
export function f() {};

// 正确
function f() {}
export {f};

另外,export语句输出的接口,与其对应的值是动态绑定关系,即通过该接口,可以取到模块内部实时的值。

export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);

上面代码输出变量foo,值为bar,500毫秒之后变成baz

这一点与 CommonJS 规范完全不同。CommonJS 模块输出的是值的缓存,不存在动态更新,详见下文《ES6模块加载的实质》一节。

最后,export命令可以出现在模块的任何位置,只要处于模块顶层就可以。如果处于块级作用域内,就会报错,下一节的import命令也是如此。这是因为处于条件代码块之中,就没法做静态优化了,违背了ES6模块的设计初衷。

function foo() {
  export default 'bar' // SyntaxError
}
foo()

上面代码中,export语句放在函数之中,结果报错。

import 命令

使用export命令定义了模块的对外接口以后,其他 JS 文件就可以通过import命令加载这个模块。

// main.js
import {firstName, lastName, year} from './profile';

function setName(element) {
  element.textContent = firstName + ' ' + lastName;
}

上面代码的import命令,用于加载profile.js文件,并从中输入变量。import命令接受一对大括号,里面指定要从其他模块导入的变量名。大括号里面的变量名,必须与被导入模块(profile.js)对外接口的名称相同。

如果想为输入的变量重新取一个名字,import命令要使用as关键字,将输入的变量重命名。

import { lastName as surname } from './profile';

import后面的from指定模块文件的位置,可以是相对路径,也可以是绝对路径,.js路径可以省略。如果只是模块名,不带有路径,那么必须有配置文件,告诉 JavaScript 引擎该模块的位置。

import {myMethod} from 'util';

上面代码中,util是模块文件名,由于不带有路径,必须通过配置,告诉引擎怎么取到这个模块。

注意,import命令具有提升效果,会提升到整个模块的头部,首先执行。

foo();

import { foo } from 'my_module';

上面的代码不会报错,因为import的执行早于foo的调用。这种行为的本质是,import命令是编译阶段执行的,在代码运行之前。

由于import是静态执行,所以不能使用表达式和变量,这些只有在运行时才能得到结果的语法结构。

// 报错
import { 'f' + 'oo' } from 'my_module';

// 报错
let module = 'my_module';
import { foo } from module;

// 报错
if (x === 1) {
  import { foo } from 'module1';
} else {
  import { foo } from 'module2';
}

上面三种写法都会报错,因为它们用到了表达式、变量和if结构。在静态分析阶段,这些语法都是没法得到值的。

最后,import语句会执行所加载的模块,因此可以有下面的写法。

import 'lodash';

上面代码仅仅执行lodash模块,但是不输入任何值。

如果多次重复执行同一句import语句,那么只会执行一次,而不会执行多次。

import 'lodash';
import 'lodash';

上面代码加载了两次lodash,但是只会执行一次。

import { foo } from 'my_module';
import { bar } from 'my_module';

// 等同于
import { foo, bar } from 'my_module';

上面代码中,虽然foobar在两个语句中加载,但是它们对应的是同一个my_module实例。也就是说,import语句是 Singleton 模式。

模块的整体加载

除了指定加载某个输出值,还可以使用整体加载,即用星号(*)指定一个对象,所有输出值都加载在这个对象上面。

下面是一个circle.js文件,它输出两个方法areacircumference

// circle.js

export function area(radius) {
  return Math.PI * radius * radius;
}

export function circumference(radius) {
  return 2 * Math.PI * radius;
}

现在,加载这个模块。

// main.js

import { area, circumference } from './circle';

console.log('圆面积:' + area(4));
console.log('圆周长:' + circumference(14));

上面写法是逐一指定要加载的方法,整体加载的写法如下。

import * as circle from './circle';

console.log('圆面积:' + circle.area(4));
console.log('圆周长:' + circle.circumference(14));

注意,模块整体加载所在的那个对象(上例是circle),应该是可以静态分析的,所以不允许运行时改变。下面的写法都是不允许的。

import * as circle from './circle';

// 下面两行都是不允许的
circle.foo = 'hello';
circle.area = function () {};

export default 命令

从前面的例子可以看出,使用import命令的时候,用户需要知道所要加载的变量名或函数名,否则无法加载。但是,用户肯定希望快速上手,未必愿意阅读文档,去了解模块有哪些属性和方法。

为了给用户提供方便,让他们不用阅读文档就能加载模块,就要用到export default命令,为模块指定默认输出。

// export-default.js
export default function () {
  console.log('foo');
}

上面代码是一个模块文件export-default.js,它的默认输出是一个函数。

其他模块加载该模块时,import命令可以为该匿名函数指定任意名字。

// import-default.js
import customName from './export-default';
customName(); // 'foo'

上面代码的import命令,可以用任意名称指向export-default.js输出的方法,这时就不需要知道原模块输出的函数名。需要注意的是,这时import命令后面,不使用大括号。

export default命令用在非匿名函数前,也是可以的。

// export-default.js
export default function foo() {
  console.log('foo');
}

// 或者写成

function foo() {
  console.log('foo');
}

export default foo;

上面代码中,foo函数的函数名foo,在模块外部是无效的。加载的时候,视同匿名函数加载。

下面比较一下默认输出和正常输出。

// 第一组
export default function crc32() { // 输出
  // ...
}

import crc32 from 'crc32'; // 输入

// 第二组
export function crc32() { // 输出
  // ...
};

import {crc32} from 'crc32'; // 输入

上面代码的两组写法,第一组是使用export default时,对应的import语句不需要使用大括号;第二组是不使用export default时,对应的import语句需要使用大括号。

export default命令用于指定模块的默认输出。显然,一个模块只能有一个默认输出,因此export default命令只能使用一次。所以,import命令后面才不用加大括号,因为只可能对应一个方法。

本质上,export default就是输出一个叫做default的变量或方法,然后系统允许你为它取任意名字。所以,下面的写法是有效的。

// modules.js
function add(x, y) {
  return x * y;
}
export {add as default};
// 等同于
// export default add;

// app.js
import { default as xxx } from 'modules';
// 等同于
// import xxx from 'modules';

正是因为export default命令其实只是输出一个叫做default的变量,所以它后面不能跟变量声明语句。

// 正确
export var a = 1;

// 正确
var a = 1;
export default a;

// 错误
export default var a = 1;

上面代码中,export default a的含义是将变量a的值赋给变量default。所以,最后一种写法会报错。

同样地,因为export default本质是将该命令后面的值,赋给default变量以后再默认,所以直接将一个值写在export default之后。

// 正确
export default 42;

// 报错
export 42;

上面代码中,后一句报错是因为没有指定对外的接口,而前一句指定外对接口为default

有了export default命令,输入模块时就非常直观了,以输入 lodash 模块为例。

import _ from 'lodash';

如果想在一条import语句中,同时输入默认方法和其他变量,可以写成下面这样。

import _, { each } from 'lodash';

对应上面代码的export语句如下。

export default function (obj) {
  // ···
}

export function each(obj, iterator, context) {
  // ···
}

export { each as forEach };

上面代码的最后一行的意思是,暴露出forEach接口,默认指向each接口,即forEacheach指向同一个方法。

export default也可以用来输出类。

// MyClass.js
export default class { ... }

// main.js
import MyClass from 'MyClass';
let o = new MyClass();

export 与 import 的复合写法

如果在一个模块之中,先输入后输出同一个模块,import语句可以与export语句写在一起。

export { foo, bar } from 'my_module';

// 等同于
import { foo, bar } from 'my_module';
export { foo, bar };

上面代码中,exportimport语句可以结合在一起,写成一行。

模块的接口改名和整体输出,也可以采用这种写法。

// 接口改名
export { foo as myFoo } from 'my_module';

// 整体输出
export * from 'my_module';

默认接口的写法如下。

export { default } from 'foo';

具名接口改为默认接口的写法如下。

export { es6 as default } from './someModule';

// 等同于
import { es6 } from './someModule';
export default es6;

同样地,默认接口也可以改名为具名接口。

export { default as es6 } from './someModule';

下面三种import语句,没有对应的复合写法。

import * as someIdentifier from "someModule";
import someIdentifier from "someModule";
import someIdentifier, { namedIdentifier } from "someModule";

为了做到形式的对称,现在有提案,提出补上这三种复合写法。

export * as someIdentifier from "someModule";
export someIdentifier from "someModule";
export someIdentifier, { namedIdentifier } from "someModule";

模块的继承

模块之间也可以继承。

假设有一个circleplus模块,继承了circle模块。

// circleplus.js

export * from 'circle';
export var e = 2.71828182846;
export default function(x) {
  return Math.exp(x);
}

上面代码中的export *,表示再输出circle模块的所有属性和方法。注意,export *命令会忽略circle模块的default方法。然后,上面代码又输出了自定义的e变量和默认方法。

这时,也可以将circle的属性或方法,改名后再输出。

// circleplus.js

export { area as circleArea } from 'circle';

上面代码表示,只输出circle模块的area方法,且将其改名为circleArea

加载上面模块的写法如下。

// main.js

import * as math from 'circleplus';
import exp from 'circleplus';
console.log(exp(math.e));

上面代码中的import exp表示,将circleplus模块的默认方法加载为exp方法。

跨模块常量

本书介绍const命令的时候说过,const声明的常量只在当前代码块有效。如果想设置跨模块的常量(即跨多个文件),或者说一个值要被多个模块共享,可以采用下面的写法。

// constants.js 模块
export const A = 1;
export const B = 3;
export const C = 4;

// test1.js 模块
import * as constants from './constants';
console.log(constants.A); // 1
console.log(constants.B); // 3

// test2.js 模块
import {A, B} from './constants';
console.log(A); // 1
console.log(B); // 3

如果要使用的常量非常多,可以建一个专门的constants目录,将各种常量写在不同的文件里面,保存在该目录下。

// constants/db.js
export const db = {
  url: 'http://my.couchdbserver.local:5984',
  admin_username: 'admin',
  admin_password: 'admin password'
};

// constants/user.js
export const users = ['root', 'admin', 'staff', 'ceo', 'chief', 'moderator'];

然后,将这些文件输出的常量,合并在index.js里面。

// constants/index.js
export {db} from './db';
export {users} from './users';

使用的时候,直接加载index.js就可以了。

// script.js
import {db, users} from './constants';

import()

简介

前面介绍过,import命令会被 JavaScript 引擎静态分析,先于模块内的其他模块执行(叫做”连接“更合适)。所以,下面的代码会报错。

// 报错
if (x === 2) {
  import MyModual from './myModual';
}

上面代码中,引擎处理import语句是在编译时,这时不会去分析或执行if语句,所以import语句放在if代码块之中毫无意义,因此会报句法错误,而不是执行时错误。也就是说,importexport命令只能在模块的顶层,不能在代码块之中(比如,在if代码块之中,或在函数之中)。

这样的设计,固然有利于编译器提高效率,但也导致无法在运行时加载模块。从语法上,条件加载就不可能实现。如果import命令要取代 Node 的require方法,这就形成了一个障碍。因为require是运行时加载模块,import命令无法取代require的动态加载功能。

const path = './' + fileName;
const myModual = require(path);

上面的语句就是动态加载,require到底加载哪一个模块,只有运行时才知道。import语句做不到这一点。

因此,有一个提案,建议引入import()函数,完成动态加载。

import(specifier)

上面代码中,import函数的参数specifier,指定所要加载的模块的位置。import命令能够接受什么参数,import()函数就能接受什么参数,两者区别主要是后者为动态加载。

import()返回一个 Promise 对象。下面是一个例子。

const main = document.querySelector('main');

import(`./section-modules/${someVariable}.js`)
  .then(module => {
    module.loadPageInto(main);
  })
  .catch(err => {
    main.textContent = err.message;
  });

import()函数可以用在任何地方,不仅仅是模块,非模块的脚本也可以使用。它是运行时执行,也就是说,什么时候运行到这一句,也会加载指定的模块。另外,import()函数与所加载的模块没有静态连接关系,这点也是与import语句不相同。

import()类似于 Node 的require方法,区别主要是前者是异步加载,后者是同步加载。

适用场合

下面是import()的一些适用场合。

(1)按需加载。

import()可以在需要的时候,再加载某个模块。

button.addEventListener('click', event => {
  import('./dialogBox.js')
  .then(dialogBox => {
    dialogBox.open();
  })
  .catch(error => {
    /* Error handling */
  })
});

上面代码中,import()方法放在click事件的监听函数之中,只有用户点击了按钮,才会加载这个模块。

(2)条件加载

import()可以放在if代码块,根据不同的情况,加载不同的模块。

if (condition) {
  import('moduleA').then(...);
} else {
  import('moduleB').then(...);
}

上面代码中,如果满足条件,就加载模块 A,否则加载模块 B。

(3)动态的模块路径

import()允许模块路径动态生成。

import(f())
.then(...);

上面代码中,根据函数f的返回结果,加载不同的模块。

注意点

import()加载模块成功以后,这个模块会作为一个对象,当作then方法的参数。因此,可以使用对象解构赋值的语法,获取输出接口。

import('./myModule.js')
.then(({export1, export2}) => {
  // ...·
});

上面代码中,export1export2都是myModule.js的输出接口,可以解构获得。

如果模块有default输出接口,可以用参数直接获得。

import('./myModule.js')
.then(myModule => {
  console.log(myModule.default);
});

上面的代码也可以使用具名输入的形式。

import('./myModule.js')
.then(({default: theDefault}) => {
  console.log(theDefault);
});

如果想同时加载多个模块,可以采用下面的写法。

Promise.all([
  import('./module1.js'),
  import('./module2.js'),
  import('./module3.js'),
])
.then(([module1, module2, module3]) => {
   ···
});

import()也可以用在 async 函数之中。

async function main() {
  const myModule = await import('./myModule.js');
  const {export1, export2} = await import('./myModule.js');
  const [module1, module2, module3] =
    await Promise.all([
      import('./module1.js'),
      import('./module2.js'),
      import('./module3.js'),
    ]);
}
main();

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