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超出JavaScript安全整數限制的數字計算-BigInt

並且 例子 chrome clas big demo 正在執行 特定 次方

JavaScript中的基本數據類Number是雙精度浮點數,它可以表示的最大安全範圍是正負9007199254740991,也就是2的53次方減一,在瀏覽器控制臺分別輸入Number.MAX_SAFE_INTEGER和Number.MIN_SAFE_INTEGER可查看對應的最大/小值

const max = Number.MAX_SAFE_INTEGER;
    // → 9_007_199_254_740_991
    // 註意:為了便於閱讀,我使用下劃線作為分隔符將這些數字分組為千位數。數字文字分隔符提案對普通的JavaScript數字文字使用正確。

將這個最大值加一,可以得到預期的結果:

max + 1;
// → 9_007_199_254_740_992 ?

但是,如果我們再次增加它,結果不再可以完全表示為JavaScript Number

max + 2;
// → 9_007_199_254_740_992 ?

我們會發現max+1和max+2的結果一樣。只要我們在JavaScript中獲得這個特定的值,就無法判斷它是否準確。對安全整數範圍以外的整數(即從Number.MIN_SAFE_INTEGERNumber.MAX_SAFE_INTEGER)的任何計算可能會失去精度。出於這個原因,我們只能依靠安全範圍內的數字整數值。

BigInt

BigInt是JavaScript中的一個新的原始類型,可以用任意精度表示整數使用BigInt,即使超出JavaScript Number 的安全整數限制,也可以安全地存儲和操作大整數

chrome 67+開始支持BigInt,本文所有demo都是基於chrome 67。

要創建一個BigInt,在數字後面添加n後綴即可,例如,123變成123n全局BigInt(number)函數可以用來將Number轉換BigInt換句話說,BigInt(123) === 123n讓我們用這兩種技術來解決我們之前遇到的問題:

BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2n;
// → 9_007_199_254_740_993n ?

我們將兩個Number 相乘

1234567890123456789 * 123;
// → 151851850485185200000 ?

查看上面兩個數字,末尾分別是9和3,9*3=27,然而結果末尾卻是000,明顯是錯誤的,讓我們用BigInt代替:

1234567890123456789n * 123n;
// → 151851850485185185047n ?

這次我們得到了正確的結果。

Number 的安全整數限制不適用於BigInt因此,BigInt我們可以執行正確的整數運算而不必擔心失去精度。

BigInt是JavaScript語言中的一個原始類型。因此,可以使用typeof操作符檢測到這種類型

typeof 123;
// → ‘number‘
typeof 123n;
// → ‘bigint‘

因為BigInts是一個單獨的類型,所以a BigInt永遠不會等於a Number,例如 42n !== 42要比較a BigInt和a Number,在比較之前將其中一個轉換為另一個的類型或使用abstract equal(==):

42n === BigInt(42);
// → true
42n == 42;
// → true

當強制轉換為布爾型(使用if&&||,或Boolean(int)),BigInt按照和Number相同的邏輯轉換

if (0n) {
  console.log(‘if‘);
} else {
  console.log(‘else‘);
}
// → logs ‘else‘, because `0n` is falsy.

運算符

BigInt支持最常見的運算符,二元運算符+、-、*、**、/、%都正常工作,按位操作|&<<>>和Number是一樣的

(7 + 6 - 5) * 4 ** 3 / 2 % 3;
// → 1
(7n + 6n - 5n) * 4n ** 3n / 2n % 3n;
// → 1n

一元運算符-可以用來表示一個負值BigInt,例如-42n一元+不支持的,因為它會破壞asm.js代碼,在asm.js中+x總是拋出異常。

另外一個問題是,不允許在BigIntNumber 之間混合運算。看看這個例子:

BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2.5;
// → ?? ??

結果應該是什麽?這裏沒有好的答案。BigInt不能表示小數,並且 Number不能表示BigInt超出安全整數限制的數字。因此,BigIntNumber 之間混合操作會導致TypeError異常。

這個規則的唯一例外是比較運算符,比如===(如前所述) <,並且>=- 因為它們返回布爾值,所以不存在精度損失的風險。

1 + 1n;
// → TypeError
123 < 124n;
// → true

API

全局BigInt構造函數與構造函數Number類似:將其參數轉換為BigInt(如前所述)。如果轉換失敗,它拋出一個SyntaxErrorRangeError異常。

BigInt(123);
// → 123n
BigInt(1.5);
// → RangeError
BigInt(‘1.5‘);
// → SyntaxError

兩個庫函數啟用將BigInt封裝為有符號或無符號整數,限於特定的位數。BigInt.asIntN(width, value)將一個BigInt包裝為一個 width-digit二進制有符號整數,並將BigInt.asUintN(width, value)一個BigInt包裝為一個width-digit二進制無符號整數。例如,如果您正在執行64位算術,則可以使用這些API來保持適當的範圍:

// Highest possible BigInt value that can be represented as a
// signed 64-bit integer.
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
BigInt.asIntN(64, max);
→ 9223372036854775807n
BigInt.asIntN(64, max + 1n);
// → -9223372036854775808n
//   ^ negative because of overflow

請註意,只要我們傳遞BigInt超過64位整數範圍的值(例如,絕對數值為63位+符號為1位),就會發生溢出

BigInt可以準確地表示64位有符號和無符號整數,這些常用於其他編程語言。兩種新類型的數組風格,BigInt64Array並且 BigUint64Array更容易有效地表示和操作這些值的列表:

const view = new BigInt64Array(4);
// → [0n, 0n, 0n, 0n]
view.length;
// → 4
view[0];
// → 0n
view[0] = 42n;
view[0];
// → 42n

BigInt64Array確保其值是64位有符號的。

// Highest possible BigInt value that can be represented as a
// signed 64-bit integer.
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
view[0] = max;
view[0];
// → 9_223_372_036_854_775_807n
view[0] = max + 1n;
view[0];
// → -9_223_372_036_854_775_808n
//   ^ negative because of overflow

BigUint64Array確保這些值是64位無符號的。

超出JavaScript安全整數限制的數字計算-BigInt