超出JavaScript安全整數限制的數字計算-BigInt
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_INTEGER
到Number.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轉換成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BigInt
s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+
是不支持的,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BigInt
和Number
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,BigInt
和Number
之間的混合操作會導致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SyntaxError
或 RangeError
異常。
BigInt(123); // → 123n BigInt(1.5); // → RangeError BigInt(‘1.5‘); // → SyntaxError
兩個庫函數啟用將BigInt
值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
值包裝為一個 width
-digit二進制有符號整數,並將BigInt.asUintN(width, value)
一個BigInt
值包裝為一個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