JavaScript 最新數據類型的基本指南：BigInt

已發表: 2022-03-10
快速總結 ↬在 JavaScript 中， Number類型不能安全地表示大於 2 53的整數值。 這種限制迫使開發人員使用低效的變通方法和第三方庫。 BigInt是一種新的數據類型，旨在解決這個問題。

BigInt數據類型旨在使 JavaScript 程序員能夠表示大於Number數據類型支持的範圍的整數值。 在對大整數執行數學運算時，以任意精度表示整數的能力尤為重要。 使用BigInt ，整數溢出將不再是問題。

此外，您可以安全地使用高分辨率時間戳、大整數 ID 等，而無需使用解決方法。 BigInt目前是第 3 階段的提案。 一旦添加到規範中，它將成為 JavaScript 中的第二種數字數據類型，這將使支持的數據類型總數達到八種：

  • 布爾值
  • 空值
  • 不明確的
  • 數字
  • 大整數
  • 細繩
  • 象徵
  • 目的

在本文中，我們將仔細研究BigInt ，看看它如何幫助克服 JavaScript 中Number類型的限制。

問題

JavaScript 中缺乏明確的整數類型常常讓來自其他語言的程序員感到困惑。 許多編程語言支持多種數字類型，例如 float、double、integer 和 bignum，但 JavaScript 並非如此。 在 JavaScript 中，所有數字都以 IEEE 754-2008 標准定義的雙精度 64 位浮點格式表示。

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在此標準下，無法精確表示的非常大的整數會自動四捨五入。 準確地說，JavaScript 中的Number類型只能安全地表示介於 -9007199254740991 (-(2 53 -1)) 和 9007199254740991 (2 53 -1) 之間的整數。 任何超出此範圍的整數值都可能會丟失精度。

這可以通過執行以下代碼輕鬆檢查：

 console.log(9999999999999999); // → 10000000000000000

這個整數大於 JavaScript 可以用Number原語可靠表示的最大數字。 因此，它是圓形的。 意外的捨入可能會損害程序的可靠性和安全性。 這是另一個例子：

 // notice the last digits 9007199254740992 === 9007199254740993; // → true

JavaScript 提供了Number.MAX_SAFE_INTEGER常量，可以讓您快速獲取 JavaScript 中的最大安全整數。 同樣，您可以使用Number.MIN_SAFE_INTEGER常量獲得最小安全整數：

 const minInt = Number.MIN_SAFE_INTEGER; console.log(minInt); // → -9007199254740991 console.log(minInt - 5); // → -9007199254740996 // notice how this outputs the same value as above console.log(minInt - 4); // → -9007199254740996

解決方案

作為解決這些限制的方法，一些 JavaScript 開發人員使用String類型表示大整數。 例如，Twitter API 在使用 JSON 響應時將字符串版本的 ID 添加到對象。 此外，還開發了許多庫，例如 bignumber.js，以使處理大整數更容易。

使用BigInt ，應用程序不再需要解決方法或庫來安全地表示Number.MAX_SAFE_INTEGER和Number.Min_SAFE_INTEGER之外的整數。 現在可以在標準 JavaScript 中執行對大整數的算術運算，而不會損失精度。 與第三方庫相比，使用本機數據類型的額外好處是更好的運行時性能。

要創建BigInt ，只需將n附加到整數的末尾。 比較：

 console.log(9007199254740995n); // → 9007199254740995n console.log(9007199254740995); // → 9007199254740996

或者，您可以調用BigInt()構造函數：

 BigInt("9007199254740995"); // → 9007199254740995n

BigInt文字也可以用二進制、八進製或十六進製表示法編寫：

 // binary console.log(0b100000000000000000000000000000000000000000000000000011n); // → 9007199254740995n // hex console.log(0x20000000000003n); // → 9007199254740995n // octal console.log(0o400000000000000003n); // → 9007199254740995n // note that legacy octal syntax is not supported console.log(0400000000000000003n); // → SyntaxError

請記住，您不能使用嚴格相等運算符將BigInt與常規數字進行比較，因為它們的類型不同：

 console.log(10n === 10); // → false console.log(typeof 10n); // → bigint console.log(typeof 10); // → number

相反，您可以使用相等運算符，它在計算其操作數之前執行隱式類型轉換：

 console.log(10n == 10); // → true

除了一元加號 ( + ) 運算符外，所有算術運算符都可以在BigInt上使用：

 10n + 20n; // → 30n 10n - 20n; // → -10n +10n; // → TypeError: Cannot convert a BigInt value to a number -10n; // → -10n 10n * 20n; // → 200n 20n / 10n; // → 2n 23n % 10n; // → 3n 10n ** 3n; // → 1000n let x = 10n; ++x; // → 11n --x; // → 10n

不支持一元加號 ( + ) 運算符的原因是某些程序可能依賴於+始終生成Number或拋出異常的不變量。 更改+的行為也會破壞 asm.js 代碼。

自然，當與BigInt操作數一起使用時，算術運算符應返回BigInt值。 因此，除法 ( / ) 運算符的結果會被自動截斷。 例如：

 25 / 10; // → 2.5 25n / 10n; // → 2n

隱式類型轉換

因為隱式類型轉換可能會丟失信息，所以BigInt和Number之間的混合操作是不允許的。 混合大整數和浮點數時，結果值可能無法用BigInt或Number準確表示。 考慮以下示例：

 (9007199254740992n + 1n) + 0.5

此表達式的結果在BigInt和Number的域之外。 帶有小數部分的Number不能準確地轉換為BigInt 。 大於 2 53的BigInt無法準確轉換為Number 。

由於此限制，無法使用Number和BigInt操作數的混合執行算術運算。 您也不能將BigInt傳遞給需要Number的 Web API 和內置 JavaScript 函數。 嘗試這樣做會導致TypeError ：

 10 + 10n; // → TypeError Math.max(2n, 4n, 6n); // → TypeError

請注意，關係運算符不遵循此規則，如下例所示：

 10n > 5; // → true

如果您想使用BigInt和Number執行算術計算，您首先需要確定應該在其中完成操作的域。 為此，只需調用Number()或BigInt()轉換任一操作數：

 BigInt(10) + 10n; // → 20n // or 10 + Number(10n); // → 20

在Boolean上下文中遇到時， BigInt的處理方式與Number類似。 換句話說，只要不是0n ， BigInt就被認為是真實值：

 if (5n) { // this code block will be executed } if (0n) { // but this code block won't }

對數組進行排序時， BigInt和Number類型之間不會發生隱式類型轉換：

 const arr = [3n, 4, 2, 1n, 0, -1n]; arr.sort(); // → [-1n, 0, 1n, 2, 3n, 4]

位運算符，例如| 、 & 、 << 、 >>和^以與Number類似的方式對BigInt進行操作。 負數被解釋為無限長的二進制補碼。 不允許混合操作數。 這裡有些例子：

 90 | 115; // → 123 90n | 115n; // → 123n 90n | 115; // → TypeError

BigInt 構造函數

與其他原始類型一樣，可以使用構造函數創建BigInt 。 如果可能，傳遞給BigInt()的參數會自動轉換為BigInt ：

 BigInt("10"); // → 10n BigInt(10); // → 10n BigInt(true); // → 1n

無法轉換的數據類型和值會引發異常：

 BigInt(10.2); // → RangeError BigInt(null); // → TypeError BigInt("abc"); // → SyntaxError

您可以直接對使用構造函數創建的BigInt執行算術運算：

 BigInt(10) * 10n; // → 100n

當用作嚴格相等運算符的操作數時，使用構造函數創建的BigInt的處理方式與常規操作數類似：

 BigInt(true) === 1n; // → true

庫函數

JavaScript 提供了兩個庫函數用於將BigInt值表示為有符號或無符號整數：

  • BigInt.asUintN(width, BigInt) ：將BigInt包裝在 0 到 2寬度-1 之間
  • BigInt.asIntN(width, BigInt) ：在 -2 width-1和 2 width-1 -1 之間包裝BigInt

這些函數在執行 64 位算術運算時特別有用。 這樣您就可以保持在預期範圍內。

瀏覽器支持和轉譯

在撰寫本文時，Chrome +67 和 Opera +54 完全支持BigInt數據類型。 不幸的是，Edge 和 Safari 還沒有實現它。 Firefox 默認不支持BigInt ，但可以通過在about:config中將javascript.options.bigint設置為true來啟用它。 Can I use... 上提供了支持的瀏覽器的最新列表。

不幸的是，轉譯BigInt是一個極其複雜的過程，會導致嚴重的運行時性能損失。 直接 polyfill BigInt也是不可能的，因為該提案改變了幾個現有運算符的行為。 目前，更好的選擇是使用 JSBI 庫，它是BigInt提案的純 JavaScript 實現。

這個庫提供了一個行為與原生BigInt完全相同的 API。 以下是使用 JSBI 的方法：

 import JSBI from './jsbi.mjs'; const b1 = JSBI.BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER); const b2 = JSBI.BigInt('10'); const result = JSBI.add(b1, b2); console.log(String(result)); // → '9007199254741001'

使用 JSBI 的一個優點是，一旦瀏覽器支持得到改進，您就不需要重寫代碼。 相反，您可以使用 babel 插件將您的 JSBI 代碼自動編譯為原生BigInt代碼。 此外，JSBI 的性能與原生BigInt實現相當。 您可以期待BigInt的更廣泛的瀏覽器支持。

結論

BigInt是一種新的數據類型，用於在整數值大於Number數據類型支持的範圍時使用。 這種數據類型允許我們安全地對大整數執行算術運算、表示高分辨率時間戳、使用大整數 ID 等等，而無需使用庫。

重要的是要記住，不能同時使用Number和BigInt操作數來執行算術運算。 您需要通過顯式轉換任一操作數來確定應在其中完成操作的域。 此外，出於兼容性原因，不允許在BigInt上使用一元加號 ( + ) 運算符。

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