淺談 __esModule 屬性在 JavaScript 模組系統中的作用
引言
模組系統是 JavaScript 中一個相對複雜且容易混淆的概念，因此常成為初學者最容易碰壁的部分。在現代 JavaScript 開發中，模組系統允許開發者將程式碼分解成可重用的部分，並更輕鬆地管理依賴關係。目前最主要的模組系統有 ECMAScript Modules(ESM) 和 CommonJS(CJS)，它們在設計理念和實作方式上有所不同，因此經常造成互操作性的問題。特別是在需要將 ESM 模組轉換為 CJS 模組時，常常出現不相容的問題。
簡單介紹 ESM 和 CJS 模組系統
ECMAScript Modules（ESM) 是 JavaScript 的標準模組系統，由 ES6（ECMAScript 2015） 引入。ESM 使用 import 和 export 關鍵字來進行模組的匯入和匯出，並且支援靜態分析，使得 工具能夠在編譯階段最佳化程式碼。以下是一個簡單的 ESM 模組範例：
// foo.js
export default function foo() {
console.log('Hello from ESM module');
}
// main.js
import foo from './foo.js';
foo();
CommonJS（CJS） 是 Node.js 中廣泛使用的模組系統，使用 require 和 module.exports 來進行模組的匯入和匯出。以下是一個簡單的 CJS 模組範例：
// foo.js
module.exports = function foo() {
console.log('Hello from CJS module');
}
// main.js
const foo = require('./foo.js');
foo();
為什麼需要進行模組轉換？
在現實開發情境中，模組轉換的需求來自於模組使用方的支援度問題。在 ES6 之前 CJS 是最主流的模組方案，被廣泛使用在 Node.js 生態系。即便今日 Node.js 已對 ESM 系統有足夠的支援，但由於 Node.js 早期的 npm 套件以及較早期的專案大部分都是以 CJS 開發，且因 CJS 無法引入 ESM 模組系統，當我們以 ESM 開發的套件或專案需要在較老舊的專案中引入，或在較老的 Node.js 版本上運行時，就需要將 ESM 模組轉換為 CJS 模組。
模組轉換過程中，處理默認匯出(export default)和命名匯出(export) 的差異是關鍵之一。CJS 並不原生支援默認匯出，因此在轉換時需要特別處理。此外，正確地新增 __esModule 屬性，可以讓轉換後的模組更好地相容 ESM 和 CJS 系統，減少不必要的錯誤和不相容問題。
ESM 與 CJS 不相容造成的問題
ESM 的 export default 轉譯成 CJS 後會變成什麼？
當我們將一個 ESM 模組轉譯為 CJS 模組時，export default 匯出的預設值需要特別處理。這是因為 CJS 沒有直接對應的默認匯出概念。常見的轉譯工具如 Babel 會通過建立一個 default 屬性來模擬 ESM 的默認匯出。此外，Babel 會新增 __esModule 屬性來指示這是一個從 ESM 轉換來的模組。
原始 ESM 模組
// esmModule.js
export default function foo() {
console.log('Hello from ESM module');
}
使用 Babel 轉譯後的 CJS 模組
// cjsModule.js
Object.defineProperty(exports, "__esModule", { value: true });
exports.default = function foo() {
console.log('Hello from ESM module');
};
在這個轉譯後的模組中，我們可以看到 default 屬性被新增到 exports 物件上，而 __esModule 屬性則用來標示這個模組是從 ESM 轉換而來的。這樣做的目的是讓 CJS 環境中的工具和開發者可以識別並正確處理默認匯出。
在 ESM 中默認導入轉譯成 CJS 的模組會發生什麼事？
前面我們有提到，CJS 並不支援默認匯出，若當我們在 ESM 中使用默認匯入一個轉譯自 ESM 的 CJS 模組時，如果 CJS 模組沒有 __esModule 屬性，就可能會導致以下不相容問題，如以下範例：
// cjsModuleNoEsModule.js
exports.default = function() {
console.log('Hello from default export');
};
exports.name = 'Jony';
exports.age = 16;
// esmUsageNoEsModule.mjs
import myModule from './cjsModuleNoEsModule.js';
console.log(myModule); // 輸出: { default: [Function], name: 'Jony', age: 16 }
console.log(myModule.default); // 輸出: [Function]
myModule.default(); // 輸出: 'Hello from default export'
console.log(myModule.name); // 輸出: 'Jony'
console.log(myModule.age); // 輸出: 16
在這個範例中，因為 cjsModuleNoEsModule.js 中沒有 __esModule 屬性，myModule 會被匯入為一個包含所有屬性的物件。因此，我們需要通過 myModule.default 來訪問默認匯出，並且可以直接訪問其他屬性。
__esModule 屬性
__esModule 屬性的作用
__esModule 屬性是一個用來標示模組的屬性，表示該模組是從 ESM 轉換而來的。當一個 ESM 模組被轉換為 CJS 模組時，添加 __esModule 屬性可以幫助在 CJS 環境中正確地處理默認導出（export default）。
延續前面的例子，若我們在 exports 添加 __esModule 屬性如下：
CJS 模組定義
// cjsModuleWithEsModule.js
Object.defineProperty(exports, "__esModule", { value: true });
exports.default = function() {
console.log('Hello from default export');
};
exports.name = 'Jony';
exports.age = 16;
在 ESM 模組中默認匯入這個 CJS 模組
// esmUsageWithEsModule.mjs
import myModule from './cjsModuleWithEsModule.js';
console.log(myModule); // 輸出: [Function: default]
myModule(); // 輸出: 'Hello from default export'
console.log(myModule.name); // 輸出: undefined
console.log(myModule.age); // 輸出: undefined
在這個範例中，由於 cjsModuleWithEsModule.js 中有 __esModule 屬性，myModule 會直接引用 exports.default，這使得我們可以直接呼叫 myModule 作為函數。然而，這也意味著我們無法直接訪問 name 和 age 屬性，因為這些屬性不是默認匯出的一部分。這可以用具名匯入來解決：
// esmUsageNamedImport.mjs
import { default as myModule, name, age } from './cjsModuleWithEsModule.js';
myModule(); // 輸出: 'Hello from default export'
console.log(name); // 輸出: 'Jony'
console.log(age); // 輸出: 16
Webpack 如何根據 __esModule 處理模組引入
上面的例子我們示範了在 ESM 環境下， __esModule 如何輔助 ESM 正確默認匯入沒有默認匯出的 CJS 模組，接下來我們進一步來認識像 Webpack 這樣的打包工具，是如何將以 ESM 語法撰寫的程式碼轉換成 CJS 模組，且確保打包後的 CJS 程式碼能像上述例子一樣被其他 ESM 模組以默認匯入。
當 Webpack 打包模組時，會添加 webpack_require.r 和 webpack_require.n 函數來處理 __esModule 屬性：
// Webpack 轉譯後的程式碼片段
__webpack_require__.r = function(exports) {
Object.defineProperty(exports, '__esModule', { value: true });
};
__webpack_require__.n = function(module) {
var getter = module && module.__esModule ?
function getDefault() { return module['default']; } :
function getModuleExports() { return module; };
__webpack_require__.d(getter, 'a', getter);
return getter;
};
從以上 Webpack 打包後的程式碼片段可以看到， Webpack 使用 webpack_require.r 函數添加 __esModule 屬性，來標記該模組是否為 ESM 模組。並使用 webpack_require.n 函數來來判斷傳入的模組是 ESM 還是 CJS 模組，並返回適當的「getter」函數，如果模組是 ESM 模組，返回 getDefault 函數，用於獲取模組的預設匯出(default export)；如果模組是 CJS 模組，返回 getModuleExports 函數，用於獲取模組的整個匯出物件。
TypeScript 如何根據 __esModule 處理模組引入
為了使 CJS 模組能夠正確地處理 ESM 模組的預設匯入，當 TypeScript 將 ESM 轉譯為 CJS 模組時，TypeScript 編譯器會新增 __esModule 標誌，並在轉譯後的程式碼中檢查它。這個過程通過一個名為 __importDefault 的輔助函數來實現，這個函數會檢查 __esModule 屬性，以確定如何匯入預設匯出。
假設我們有一個 ESM 模組, bar.ts：
export const bar = 'bar';
export default 'default bar';
TypeScript 會將其編譯為 CJS 模組：
"use strict";
Object.defineProperty(exports, "__esModule", { value: true });
exports.bar = 'bar';
exports.default = 'default bar';
在另一個 TypeScript 文件中，我們用 ESM 語法導入這個模組：
import bar, { bar as namedBar } from './bar';
console.log(bar); // 'default bar'
console.log(namedBar); // 'bar'
編譯後，會生成以下 CJS 程式碼：
"use strict";
var __importDefault = (this && this.__importDefault) || function (mod) {
return (mod && mod.__esModule) ? mod : { "default": mod };
};
Object.defineProperty(exports, "__esModule", { value: true });
var bar_1 = __importDefault(require("./bar"));
console.log(bar_1.default); // 'default bar'
console.log(bar_1.bar); // 'bar'
TypeScript compiler 定義了一個輔助函數 __importDefault，其作用是幫助處理模組的預設匯入。它會檢查傳入的模組物件 mod 是否有 __esModule 屬性，且該屬性為 true。如果有，則視其為從 ESM 轉譯過來的模組，直接返回該模組；否則，視其為 CJS 模組並返回一個包含 default 屬性的物件，其值為整個模組物件。
在這裡，__importDefault 函數確保了即使在 CJS 環境中，我們依然能夠使用 import bar from './bar' 的 ESM 語法來正確地匯入 bar 的預設匯出。
總結來說，__esModule 標誌和 __importDefault 輔助函數使得 TypeScript 能夠在將 ESM 模組轉譯為 CJS 模組時，正確地處理預設匯出和命名匯出，從而實現 ESM 和 CJS 之間的相容性。
如果不在 tsconfig.json 開啟 esModuleInterop 編譯選項，則不能使用默認匯入，必須用 import * bar mod from './bar' 才能通過編譯。