JS最新基本數據類型:BigInt

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爲了保證的可讀性，本文采用意譯而非直譯。

BigInt數據類型的目的是比Number數據類型支持的範圍更大的整數值。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其重要。使用BigInt，整數溢出將再也不是問題。

此外，能夠安全地使用更加準確時間戳，大整數ID等，而無需使用變通方法。 BigInt目前是第3階段提案， 一旦添加到規範中，它就是JS 第二個數字數據類型，也將是 JS 第8種基本數據類型：

• Boolean
• Null
• Undefined
• Number
• BigInt
• String
• Symbol
• Object

在本文中，我們將詳細介紹BigInt，看看它如何解決使用Number類型的限制。

問題

對於學過其餘語言的程序員來講，JS中缺乏顯式整數類型經常使人困惑。許多編程語言支持多種數字類型，如浮點型、雙精度型、整數型和雙精度型，但JS卻不是這樣。在JS中，按照IEEE 754-2008標準的定義，全部數字都以雙精度64位浮點格式表示。

在此標準下，沒法精確表示的很是大的整數將自動四捨五入。確切地說，JS 中的Number類型只能安全地表示-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均可能失去精度。

console.log(9999999999999999);    // → 10000000000000000

該整數大於JS Number 類型所能表示的最大整數，所以，它被四捨五入的。意外四捨五入會損害程序的可靠性和安全性。這是另外一個例子：

// 注意最後一位的數字
9007199254740992 === 9007199254740993;    // → true

JS 提供Number.MAX_SAFE_INTEGER常量來表示 最大安全整數，Number.MIN_SAFE_INTEGER常量表示最小安全整數：

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

爲了解決這些限制，一些JS開發人員使用字符串類型表示大整數。 例如，Twitter API 在使用 JSON 進行響應時會向對象添加字符串版本的 ID。 此外，還開發了許多庫，例如 bignumber.js，以便更容易地處理大整數。

使用BigInt，應用程序再也不須要變通方法或庫來安全地表示Number.MAX_SAFE_INTEGER和Number.Min_SAFE_INTEGER以外的整數。 如今能夠在標準JS中執行對大整數的算術運算，而不會有精度損失的風險。

要建立BigInt，只需在整數的末尾追加n便可。比較:

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

或者，能夠調用BigInt()構造函數

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

BigInt文字也能夠用二進制、八進制或十六進制表示

// 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

請記住，不能使用嚴格相等運算符將BigInt與常規數字進行比較，由於它們的類型不一樣：

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

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

相反，可使用等號運算符，它在處理操做數以前執行隱式類型轉換

console.log(10n == 10);    // → true

除一元加號(+)運算符外，全部算術運算符均可用於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

不支持一元加號（+）運算符的緣由是某些程序可能依賴於+始終生成Number的不變量，或者拋出異常。 更改+的行爲也會破壞asm.js代碼。

固然，與BigInt操做數一塊兒使用時，算術運算符應該返回BigInt值。所以，除法(/)運算符的結果會自動向下舍入到最接近的整數。例如:

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

隱式類型轉換

由於隱式類型轉換可能丟失信息，因此不容許在bigint和 Number 之間進行混合操做。當混合使用大整數和浮點數時，結果值可能沒法由BigInt或Number精確表示。思考下面的例子：

(9007199254740992n + 1n) + 0.5

這個表達式的結果超出了BigInt和Number的範圍。小數部分的Number不能精確地轉換爲BigInt。大於2^53的BigInt不能準確地轉換爲數字。

因爲這個限制，不可能對混合使用Number和BigInt操做數執行算術操做。還不能將BigInt傳遞給Web api和內置的 JS 函數，這些函數須要一個 Number 類型的數字。嘗試這樣作會報TypeError錯誤

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

請注意，關係運算符不遵循此規則，以下例所示：

10n > 5;    // → true

若是但願使用BigInt和Number執行算術計算，首先須要肯定應該在哪一個類型中執行該操做。爲此，只需經過調用Number()或BigInt()來轉換操做數：

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

當 Boolean 類型與BigInt 類型相遇時，BigInt的處理方式與Number相似，換句話說，只要不是0n，BigInt就被視爲truthy的值：

if (5n) {
    // 這裏代碼塊將被執行
}

if (0n) {
    // 這裏代碼塊不會執行
}

排序BigInts和Numbers數組時，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]

位操做符如|、&、<<、>>和^對Bigint的操做方式與Number相似。下面是一些例子

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

BigInt構造函數

與其餘基本類型同樣，可使用構造函數建立BigInt。傳遞給BigInt()的參數將自動轉換爲BigInt:

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

沒法轉換的數據類型和值會引起異常:

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

能夠直接對使用構造函數建立的BigInt執行算術操做

BigInt(10) * 10n;    // → 100n

使用嚴格相等運算符的操做數時，使用構造函數建立的Bigint與常規Bigint的處理方式相似

BigInt(true) === 1n;    // → true

庫函數

在撰寫本文時，Chrome +67 和Opera +54徹底支持BigInt數據類型。不幸的是，Edge和Safari尚未實現它。Firefox默認不支持BigInt，可是能夠在about:config中將javascript.options.bigint 設置爲true來開啓它，最新支持的狀況可在「Can I use」上查看。

不幸的是，轉換BigInt是一個極其複雜的過程，這會致使嚴重的運行時性能損失。直接polyfill BigInt也是不可能的，由於該提議改變了幾個現有操做符的行爲。目前，更好的選擇是使用JSBI庫，它是BigInt提案的純JS實現。

這個庫提供了一個與原生BigInt行爲徹底相同的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的一個優勢是，一旦瀏覽器支持，就不須要重寫代碼。 相反，可使用babel插件自動將JSBI代碼編譯爲原生 BigInt代碼。

總結

BigInt是一種新的數據類型，用於當整數值大於Number數據類型支持的範圍時。這種數據類型容許咱們安全地對大整數執行算術操做，表示高分辨率的時間戳，使用大整數id，等等，而不須要使用庫。

重要的是要記住，不能使用Number和BigInt操做數的混合執行算術運算，須要經過顯式轉換其中的一種類型。 此外，出於兼容性緣由，不容許在BigInt上使用一元加號（+）運算符。

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