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JS 最新数据基本类型:BigInt


为了保证的可读性，本文采用意译而非直译。

BigInt数据类型的目的是比 Number数据类型支持的范围更大的整数值。在对大整数执行数学运算时，以任意精度表示整数的能力尤为重要。使用 BigInt，整数溢出将不再是问题。

此外，可以安全地使用更加准确时间戳，大整数ID等，而无需使用变通方法。 BigInt目前是第3阶段提案， 一旦添加到规范中，它就是JS 第二个数字数据类型，也将是 JS 第8种基本数据类型：

  • Boolean

  • Null

  • Undefined

  • Number

  • BigInt

  • String

  • Symbol

  • Object

在本文中，咱们将详细介绍 BigInt，看看它如何解决使用 Number类型的限制。

问题

对于学过其他语言的程序员来说，JS中缺少显式整数类型常常令人困惑。许多编程语言支持多种数字类型，如浮点型、双精度型、整数型和双精度型，但JS却不是这样。在JS中，按照IEEE 754-2008标准的定义，所有数字都以双精度64位浮点格式表示。

在此标准下，无法精确表示的非常大的整数将自动四舍五入。确切地说，JS 中的 Number类型只能安全地表示 -9007199254740991(-(2^53-1)) 和 9007199254740991(2^53-1)之间的整数，任何超出此范围的整数值都可能失去精度。

console.log(9999999999999999);    // → 10000000000000000

该整数大于JS Number 类型所能表示的最大整数，因此，它被四舍五入的。意外四舍五入会损害程序的可靠性和安全性。这是另一个例子：

// 注意最后一位的数字
9007199254740992 === 9007199254740993;    // → true

JS 提供 Number.MAX_SAFE_INTEGER常量来表示 最大安全整数， Number.MIN_SAFE_INTEGER常量表示最小安全整数：

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

解决方案

为了解决这些限制，一些JS开发人员使用字符串类型表示大整数。 例如，Twitter API 在使用 JSON 进行响应时会向对象添加字符串版本的 ID。 此外，还开发了许多库，例如 bignumber.js，以便更容易地处理大整数。

使用BigInt，应用程序不再需要变通方法或库来安全地表示 Number.MAX_SAFE_INTEGER和 Number.Min_SAFE_INTEGER之外的整数。 现在可以在标准JS中执行对大整数的算术运算，而不会有精度损失的风险。

要创建 BigInt，只需在整数的末尾追加n即可。比较:

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

或者，可以调用 BigInt()构造函数

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

BigInt文字也可以用二进制、八进制或十六进制表示

// 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

请记住，不能使用严格相等运算符将 BigInt与常规数字进行比较，因为它们的类型不同：

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

相反，可以使用等号运算符，它在处理操作数之前执行隐式类型转换

console.log(10n == 10);    // → true

除一元加号( +)运算符外，所有算术运算符都可用于 BigInt

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
const x = 10n;
++x;          // → 11n
--x;          // → 9n

不支持一元加号（ +）运算符的原因是某些程序可能依赖于 +始终生成 Number的不变量，或者抛出异常。 更改 +的行为也会破坏 asm.js代码。

当然，与 BigInt操作数一起使用时，算术运算符应该返回 BigInt值。因此，除法( /)运算符的结果会自动向下舍入到最接近的整数。例如:

25 / 10;      // → 2.5
25n / 10n;    // → 2n

隐式类型转换

因为隐式类型转换可能丢失信息，所以不允许在 bigint和 Number 之间进行混合操作。当混合使用大整数和浮点数时，结果值可能无法由 BigInt或 Number精确表示。思考下面的例子：

(9007199254740992n + 1n) + 0.5

这个表达式的结果超出了 BigInt和 Number的范围。小数部分的 Number不能精确地转换为 BigInt。大于 2^53的 BigInt不能准确地转换为数字。

由于这个限制，不可能对混合使用 Number和 BigInt操作数执行算术操作。还不能将 BigInt传递给Web api和内置的 JS 函数，这些函数需要一个 Number 类型的数字。尝试这样做会报 TypeError错误

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

请注意，关系运算符不遵循此规则，如下例所示：

10n > 5;    // → true

如果希望使用 BigInt和 Number执行算术计算，首先需要确定应该在哪个类型中执行该操作。为此，只需通过调用 Number()或 BigInt()来转换操作数：

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

当 Boolean 类型与 BigInt 类型相遇时， BigInt的处理方式与 Number类似，换句话说，只要不是 0n， BigInt就被视为 truthy的值：

if (5n) {
    // 这里代码块将被执行
}
if (0n) {
    // 这里代码块不会执行
}

排序 BigInts和 Numbers数组时，不会发生隐式类型转换：

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

位操作符如 |、&、<<、>>和 ^对 Bigint的操作方式与 Number类似。下面是一些例子

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

BigInt构造函数

与其他基本类型一样，可以使用构造函数创建 BigInt。传递给 BigInt()的参数将自动转换为 BigInt:

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

无法转换的数据类型和值会引发异常:

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

可以直接对使用构造函数创建的 BigInt执行算术操作

BigInt(10) * 10n;    // → 100n

使用严格相等运算符的操作数时，使用构造函数创建的 Bigint与常规 Bigint的处理方式类似

BigInt(true) === 1n;    // → true

库函数

在撰写本文时， Chrome+67 和 Opera+54完全支持 BigInt数据类型。不幸的是， Edge和 Safari还没有实现它。 Firefox默认不支持BigInt，但是可以在 about:config中将 javascript.options.bigint 设置为 true来开启它，最新支持的情况可在“Can I use”上查看。

不幸的是，转换 BigInt是一个极其复杂的过程，这会导致严重的运行时性能损失。直接polyfill BigInt也是不可能的，因为该提议改变了几个现有操作符的行为。目前，更好的选择是使用JSBI库，它是 BigInt提案的纯JS实现。

这个库提供了一个与原生 BigInt行为完全相同的API。下面是如何使用JSBI：

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的一个优点是，一旦浏览器支持，就不需要重写代码。 相反，可以使用 babel插件自动将JSBI代码编译为原生 BigInt代码。

总结

BigInt是一种新的数据类型，用于当整数值大于 Number数据类型支持的范围时。这种数据类型允许我们安全地对大整数执行算术操作，表示高分辨率的时间戳，使用大整数id，等等，而不需要使用库。

重要的是要记住，不能使用 Number和 BigInt操作数的混合执行算术运算，需要通过显式转换其中的一种类型。 此外，出于兼容性原因，不允许在 BigInt上使用一元加号（ +）运算符。

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