手写一个 Ts-Node 来深入理解它的原理

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当我们用 Typesript 来写 Node.js 的代码，写完代码之后要用 tsc 作编译，之后再用 Node.js 来跑，这样比较麻烦，所以我们会用 ts-node 来直接跑 ts 代码，省去了编译阶段。

有没有觉得很神奇，ts-node 怎么做到的直接跑 ts 代码的?

其实原理并不难，今天我们来实现一个 ts-node 吧。

相关基础

实现 ts-node 需要 3 方面的基础知识：

• require hook
• repl 模块、vm 模块
• ts compiler api

我们先学下这些基础

require hook

Node.js 当 require 一个 js 模块的时候，内部会分别调用 Module.load、 Module._extensions['.js']，Module._compile 这三个方法，然后才是执行。

同理，ts 模块、json 模块等也是一样的流程，那么我们只需要修改 Module._extensions[扩展名] 的方法，就能达到 hook 的目的：

require.extensions['.ts'] = function(module, filename) { 
 
// 修改代码 
 
module._compile(修改后的代码, filename); 
 
} 

比如上面我们注册了 ts 的处理函数，这样当处理 ts 模块时就会调用这个方法，所以我们在这里面做编译就可以了，这就是 ts-node 能够直接执行 ts 的原理。

repl 模块

Node.js 提供了 repl 模块可以创建 Read、Evaluate、Print、Loop 的命令行交互环境，就是那种一问一答的方式。ts-node 也支持 repl 的模式，可以直接写 ts 代码然后执行，原理就是基于 repl 模块做的扩展。

repl 的 api 是这样的：通过 start 方法来创建一个 repl 的交互，可以指定提示符 prompt，可以自己实现 eval 的处理逻辑：

const repl = require('repl'); 
 
const r = repl.start({  
    prompt: '- . - > ',  
    eval: myEval  
}); 
 
function myEval(cmd, context, filename, callback) { 
    // 对输入的命令做处理 
    callback(null, 处理后的内容); 
} 

repl 的执行时有一个上下文的，在这里就是 r.context，我们在这个上下文里执行代码要使用 vm 模块：

const vm = require('vm'); 
 
const res = vm.runInContext(要执行的代码, r.context); 

这两个模块结合，就可以实现一问一答的命令行交互，而且 ts 的编译也可以放在 eval 的时候做，这样就实现了直接执行 ts 代码。

ts compiler api

ts 的编译我们主要是使用 tsc 的命令行工具，但其实它同样也提供了编译的 api，叫做 ts compiler api。我们做工具的时候就需要直接调用 compiler api 来做编译。

转换 ts 代码为 js 代码的 api 是这个：

const { outputText } = ts.transpileModule(ts代码, { 
    compilerOptions: { 
        strict: false, 
        sourceMap: false, 
        // 其他编译选项 
    } 
}); 

当然，ts 也提供了类型检查的 api，因为参数比较多，我们后面一篇文章再做展开，这里只了解 transpileModule 的 api 就够了。

了解了 require hook、repl 和 vm、ts compiler api 这三方面的知识之后，ts-node 的实现原理就呼之欲出了，接下来我们就来实现一下。

实现 ts-node

直接执行的模式

我们可以使用 ts-node + 某个 ts 文件，来直接执行这个 ts 文件，它的原理就是修改了 require hook，也就是 Module._extensions['.ts'] 来实现的。

在 require hook 里面做 ts 的编译，然后后面直接执行编译后的 js，这样就能达到直接执行 ts 文件的效果。

所以我们重写 Module._extensions['.ts'] 方法，在里面读取文件内容，然后调用 ts.transpileModule 来把 ts 转成 js，之后调用 Module._compile 来处理编译后的 js。

这样，我们就可以直接执行 ts 模块了，具体的模块路径是通过命令行参数执行的，可以用 process.argv 来取。

const path = require('path'); 
const ts = require('typescript'); 
const fs = require('fs'); 
 
const filePath = process.argv[2]; 
 
require.extensions['.ts'] = function(module, filename) { 
    const fileFullPath = path.resolve(__dirname, filename); 
    const content = fs.readFileSync(fileFullPath, 'utf-8'); 
 
    const { outputText } = ts.transpileModule(content, { 
        compilerOptions: require('./tsconfig.json') 
    }); 
 
    module._compile(outputText, filename); 
} 
 
require(filePath); 

我们准备一个这样的 ts 文件 test.ts：

const a = 1; 
const b = 2; 
 
function add(a: number, b: number): number { 
    return a + b; 
} 
 
console.log(add(a, b)); 

然后用这个工具 hook.js 来跑：

可以看到，成功的执行了 ts，这就是 ts-node 的原理。

当然，细节的逻辑还有很多，但是最主要的原理就是 require hook + ts compiler api。

repl 模式

ts-node 支持启动一个 repl 的环境，交互式的输入 ts 代码然后执行，它的原理就是基于 Node.js 提供的 repl 模块做的扩展，在自定义的 eval 函数里面做了 ts 的编译，然后使用 vm.runInContext 的 api 在 repl 的上下文中执行 js 代码。

我们也启动一个 repl 的环境，设置提示符和自定义的 eval 实现。

const repl = require('repl'); 
 
const r = repl.start({  
    prompt: '- . - > ',  
    eval: myEval  
}); 
 
function myEval(cmd, context, filename, callback) { 
 
} 

eval 的实现就是编译 ts 代码为 js，然后用 vm.runInContext 来执行编译后的 js 代码，执行的 context 指定为 repl 的 context：

function myEval(cmd, context, filename, callback) { 
    const { outputText } = ts.transpileModule(cmd, { 
        compilerOptions: { 
            strict: false, 
            sourceMap: false 
        } 
    }); 
    const res = vm.runInContext(outputText, r.context); 
    callback(null, res); 
} 

同时，我们还可以对 repl 的 context 做一些扩展，比如注入一个 who 的环境变量：

Object.defineProperty(r.context, 'who', { 
  configurable: false, 
  enumerable: true, 
  value: '神说要有光' 
}); 

我们来测试下效果：

可以看到，执行后启动了一个 repl 环境，提示符修改成了 -.- >，可以直接执行 ts 代码，还可以访问全局变量 who。

这就是 ts-node 的 repl 模式的大概原理：repl + vm + ts compiler api。

全部代码如下：

const repl = require('repl'); 
const ts = require('typescript'); 
const vm = require('vm'); 
 
const r = repl.start({  
    prompt: '- . - > ',  
    eval: myEval  
}); 
 
Object.defineProperty(r.context, 'who', { 
  configurable: false, 
  enumerable: true, 
  value: '神说要有光' 
}); 
 
function myEval(cmd, context, filename, callback) { 
    const { outputText } = ts.transpileModule(cmd, { 
        compilerOptions: { 
            strict: false, 
            sourceMap: false 
        } 
    }); 
    const res = vm.runInContext(outputText, r.context); 
    callback(null, res); 
} 

总结

ts-node 可以直接执行 ts 代码，不需要手动编译，为了深入理解它，我们我们实现了一个简易 ts-node，支持了直接执行和 repl 模式。

直接执行的原理是通过 require hook，也就是 Module._extensions[ext] 里通过 ts compiler api 对代码做转换，之后再执行，这样的效果就是可以直接执行 ts 代码。

repl 的原理是基于 Node.js 的 repl 模块做的扩展，可以定制提示符、上下文、eval 逻辑等，我们在 eval 里用 ts compiler api 做了编译，然后通过 vm.runInContext 在 repl 的 context 中执行编译后的 js。这样的效果就是可以在 repl 里直接执行 ts 代码。

当然，完整的 ts-node 还有很多细节，但是大概的原理我们已经懂了，而且还学到了 require hook、repl 和 vm 模块、 ts compiler api 等知识。