数值的扩展
数值的扩展
二进制和八进制表示法
ES6 提供了二进制和八进制数值的新的写法,分别用前缀0b
(或0B
)和0o
(或0O
)表示。
1 | 0b111110111 === 503 // true |
从 ES5 开始,在严格模式之中,八进制就不再允许使用前缀0
表示,ES6 进一步明确,要使用前缀0o
表示。
1 | // 非严格模式 |
如果要将0b
和0o
前缀的字符串数值转为十进制,要使用Number
方法。
1 | Number('0b111') // 7 |
Number.isFinite() 是否为有限, Number.isNaN() 是否为NaN
ES6 在Number
对象上,新提供了Number.isFinite()
和Number.isNaN()
两个方法。
Number.isFinite()
用来检查一个数值是否为有限的(finite),即不是Infinity
。
1 | Number.isFinite(15); // true |
注意,如果参数类型不是数值,Number.isFinite
一律返回false
。
Number.isNaN()
用来检查一个值是否为NaN
。
1 | Number.isNaN(NaN) // true |
如果参数类型不是NaN
,Number.isNaN
一律返回false
。
它们与传统的全局方法isFinite()
和isNaN()
的区别在于,传统方法先调用Number()
将非数值的值转为数值,再进行判断,而这两个新方法只对数值有效,Number.isFinite()
对于非数值一律返回false
, Number.isNaN()
只有对于NaN
才返回true
,非NaN
一律返回false
。
1 | isFinite(25) // true |
Number.parseInt(), Number.parseFloat()
ES6 将全局方法parseInt()
和parseFloat()
,移植到Number
对象上面,行为完全保持不变。
1 | // ES5的写法 |
这样做的目的,是逐步减少全局性方法,使得语言逐步模块化。
1 | Number.parseInt === parseInt // true |
Number.isInteger() 是否为整数
Number.isInteger()
用来判断一个数值是否为整数。
1 | Number.isInteger(25) // true |
JavaScript 内部,整数和浮点数采用的是同样的储存方法,所以 25 和 25.0 被视为同一个值。
1 | Number.isInteger(25) // true |
如果参数不是数值,Number.isInteger
返回false
。
1 | Number.isInteger() // false |
注意,由于 JavaScript 采用 IEEE 754 标准,数值存储为64位双精度格式,数值精度最多可以达到 53 个二进制位(1 个隐藏位与 52 个有效位)。如果数值的精度超过这个限度,第54位及后面的位就会被丢弃,这种情况下,Number.isInteger
可能会误判。
1 | Number.isInteger(3.0000000000000002) // true |
上面代码中,Number.isInteger
的参数明明不是整数,但是会返回true
。原因就是这个小数的精度达到了小数点后16个十进制位,转成二进制位超过了53个二进制位,导致最后的那个2
被丢弃了。
类似的情况还有,如果一个数值的绝对值小于Number.MIN_VALUE
(5E-324),即小于 JavaScript 能够分辨的最小值,会被自动转为 0。这时,Number.isInteger
也会误判。
1 | Number.isInteger(5E-324) // false |
上面代码中,5E-325
由于值太小,会被自动转为0,因此返回true
。
总之,如果对数据精度的要求较高,不建议使用Number.isInteger()
判断一个数值是否为整数。
Number.EPSILON 用于浮点数误差检查
ES6 在Number
对象上面,新增一个极小的常量Number.EPSILON
。根据规格,它表示 1 与大于 1 的最小浮点数之间的差。
对于 64 位浮点数来说,大于 1 的最小浮点数相当于二进制的1.00..001
,小数点后面有连续 51 个零。这个值减去 1 之后,就等于 2 的 -52 次方。
1 | Number.EPSILON === Math.pow(2, -52) |
Number.EPSILON
实际上是 JavaScript 能够表示的最小精度。误差如果小于这个值,就可以认为已经没有意义了,即不存在误差了。
引入一个这么小的量的目的,在于为浮点数计算,设置一个误差范围。我们知道浮点数计算是不精确的。
1 | 0.1 + 0.2 |
上面代码解释了,为什么比较0.1 + 0.2
与0.3
得到的结果是false
。
1 | 0.1 + 0.2 === 0.3 // false |
Number.EPSILON
可以用来设置“能够接受的误差范围”。比如,误差范围设为 2 的-50 次方(即Number.EPSILON * Math.pow(2, 2)
),即如果两个浮点数的差小于这个值,我们就认为这两个浮点数相等。
1 | 5.551115123125783e-17 < Number.EPSILON * Math.pow(2, 2) |
因此,Number.EPSILON
的实质是一个可以接受的最小误差范围。
1 | function withinErrorMargin (left, right) { |
上面的代码为浮点数运算,部署了一个误差检查函数。
安全整数和 Number.isSafeInteger()
JavaScript 能够准确表示的整数范围在-2^53
到2^53
之间(不含两个端点),超过这个范围,无法精确表示这个值。
1 | Math.pow(2, 53) // 9007199254740992 |
上面代码中,超出 2 的 53 次方之后,一个数就不精确了。
ES6 引入了Number.MAX_SAFE_INTEGER
和Number.MIN_SAFE_INTEGER
这两个常量,用来表示这个范围的上下限。
1 | Number.MAX_SAFE_INTEGER === Math.pow(2, 53) - 1 |
上面代码中,可以看到 JavaScript 能够精确表示的极限。
Number.isSafeInteger()
则是用来判断一个整数是否落在这个范围之内。
1 | Number.isSafeInteger('a') // false |
这个函数的实现很简单,就是跟安全整数的两个边界值比较一下。
1 | Number.isSafeInteger = function (n) { |
实际使用这个函数时,需要注意。验证运算结果是否落在安全整数的范围内,不要只验证运算结果,而要同时验证参与运算的每个值。
1 | Number.isSafeInteger(9007199254740993) |
上面代码中,9007199254740993
不是一个安全整数,但是Number.isSafeInteger
会返回结果,显示计算结果是安全的。这是因为,这个数超出了精度范围,导致在计算机内部,以9007199254740992
的形式储存。
1 | 9007199254740993 === 9007199254740992 |
所以,如果只验证运算结果是否为安全整数,很可能得到错误结果。下面的函数可以同时验证两个运算数和运算结果。
1 | function trusty (left, right, result) { |
Math 对象的扩展
ES6 在 Math 对象上新增了 17 个与数学相关的方法。所有这些方法都是静态方法,只能在 Math 对象上调用。
Math.trunc() 去除一个数的小数部分,返回整数部分
Math.trunc
方法用于去除一个数的小数部分,返回整数部分。
1 | Math.trunc(4.1) // 4 |
对于非数值,Math.trunc
内部使用Number
方法将其先转为数值。
1 | Math.trunc('123.456') // 123 |
对于空值和无法截取整数的值,返回NaN
。
1 | Math.trunc(NaN); // NaN |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.trunc = Math.trunc || function(x) { |
Math.sign() 判断一个数是正数、负数、还是零
Math.sign
方法用来判断一个数到底是正数、负数、还是零。对于非数值,会先将其转换为数值。
它会返回五种值。
- 参数为正数,返回
+1
; - 参数为负数,返回
-1
; - 参数为 0,返回
0
; - 参数为-0,返回
-0
; - 其他值,返回
NaN
。
1 | Math.sign(-5) // -1 |
如果参数是非数值,会自动转为数值。对于那些无法转为数值的值,会返回NaN
。
1 | Math.sign('') // 0 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.sign = Math.sign || function(x) { |
Math.cbrt() 计算一个数的立方根
Math.cbrt
方法用于计算一个数的立方根。
1 | Math.cbrt(-1) // -1 |
对于非数值,Math.cbrt
方法内部也是先使用Number
方法将其转为数值。
1 | Math.cbrt('8') // 2 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.cbrt = Math.cbrt || function(x) { |
Math.clz32()
Math.clz32()
方法将参数转为 32 位无符号整数的形式,然后返回这个 32 位值里面有多少个前导 0。
1 | Math.clz32(0) // 32 |
上面代码中,0 的二进制形式全为 0,所以有 32 个前导 0;1 的二进制形式是0b1
,只占 1 位,所以 32 位之中有 31 个前导 0;1000 的二进制形式是0b1111101000
,一共有 10 位,所以 32 位之中有 22 个前导 0。
clz32
这个函数名就来自”count leading zero bits in 32-bit binary representation of a number“(计算一个数的 32 位二进制形式的前导 0 的个数)的缩写。
左移运算符(<<
)与Math.clz32
方法直接相关。
1 | Math.clz32(0) // 32 |
对于小数,Math.clz32
方法只考虑整数部分。
1 | Math.clz32(3.2) // 30 |
对于空值或其他类型的值,Math.clz32
方法会将它们先转为数值,然后再计算。
1 | Math.clz32() // 32 |
Math.imul()
Math.imul
方法返回两个数以 32 位带符号整数形式相乘的结果,返回的也是一个 32 位的带符号整数。
1 | Math.imul(2, 4) // 8 |
如果只考虑最后 32 位,大多数情况下,Math.imul(a, b)
与a * b
的结果是相同的,即该方法等同于(a * b)|0
的效果(超过 32 位的部分溢出)。之所以需要部署这个方法,是因为 JavaScript 有精度限制,超过 2 的 53 次方的值无法精确表示。这就是说,对于那些很大的数的乘法,低位数值往往都是不精确的,Math.imul
方法可以返回正确的低位数值。
1 | (0x7fffffff * 0x7fffffff)|0 // 0 |
上面这个乘法算式,返回结果为 0。但是由于这两个二进制数的最低位都是 1,所以这个结果肯定是不正确的,因为根据二进制乘法,计算结果的二进制最低位应该也是 1。这个错误就是因为它们的乘积超过了 2 的 53 次方,JavaScript 无法保存额外的精度,就把低位的值都变成了 0。Math.imul
方法可以返回正确的值 1。
1 | Math.imul(0x7fffffff, 0x7fffffff) // 1 |
Math.fround()
Math.fround
方法返回一个数的32位单精度浮点数形式。
对于32位单精度格式来说,数值精度是24个二进制位(1 位隐藏位与 23 位有效位),所以对于 -224 至 224 之间的整数(不含两个端点),返回结果与参数本身一致。
1 | Math.fround(0) // 0 |
如果参数的绝对值大于 224,返回的结果便开始丢失精度。
1 | Math.fround(2 ** 24) // 16777216 |
Math.fround
方法的主要作用,是将64位双精度浮点数转为32位单精度浮点数。如果小数的精度超过24个二进制位,返回值就会不同于原值,否则返回值不变(即与64位双精度值一致)。
1 | // 未丢失有效精度 |
对于 NaN
和 Infinity
,此方法返回原值。对于其它类型的非数值,Math.fround
方法会先将其转为数值,再返回单精度浮点数。
1 | Math.fround(NaN) // NaN |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.fround = Math.fround || function (x) { |
Math.hypot()
Math.hypot
方法返回所有参数的平方和的平方根。
1 | Math.hypot(3, 4); // 5 |
上面代码中,3 的平方加上 4 的平方,等于 5 的平方。
如果参数不是数值,Math.hypot
方法会将其转为数值。只要有一个参数无法转为数值,就会返回 NaN。
对数方法
ES6 新增了 4 个对数相关方法。
(1) Math.expm1()
Math.expm1(x)
返回 ex - 1,即Math.exp(x) - 1
。
1 | Math.expm1(-1) // -0.6321205588285577 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.expm1 = Math.expm1 || function(x) { |
(2)Math.log1p()
Math.log1p(x)
方法返回1 + x
的自然对数,即Math.log(1 + x)
。如果x
小于-1,返回NaN
。
1 | Math.log1p(1) // 0.6931471805599453 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.log1p = Math.log1p || function(x) { |
(3)Math.log10()
Math.log10(x)
返回以 10 为底的x
的对数。如果x
小于 0,则返回 NaN。
1 | Math.log10(2) // 0.3010299956639812 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.log10 = Math.log10 || function(x) { |
(4)Math.log2()
Math.log2(x)
返回以 2 为底的x
的对数。如果x
小于 0,则返回 NaN。
1 | Math.log2(3) // 1.584962500721156 |
对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。
1 | Math.log2 = Math.log2 || function(x) { |
双曲函数方法
ES6 新增了 6 个双曲函数方法。
Math.sinh(x)
返回x
的双曲正弦(hyperbolic sine)Math.cosh(x)
返回x
的双曲余弦(hyperbolic cosine)Math.tanh(x)
返回x
的双曲正切(hyperbolic tangent)Math.asinh(x)
返回x
的反双曲正弦(inverse hyperbolic sine)Math.acosh(x)
返回x
的反双曲余弦(inverse hyperbolic cosine)Math.atanh(x)
返回x
的反双曲正切(inverse hyperbolic tangent)
指数运算符
ES2016 新增了一个指数运算符(**
)。
1 | 2 ** 2 // 4 |
这个运算符的一个特点是右结合,而不是常见的左结合。多个指数运算符连用时,是从最右边开始计算的。
1 | // 相当于 2 ** (3 ** 2) |
上面代码中,首先计算的是第二个指数运算符,而不是第一个。
指数运算符可以与等号结合,形成一个新的赋值运算符(**=
)。
1 | let a = 1.5; |
注意,V8 引擎的指数运算符与Math.pow
的实现不相同,对于特别大的运算结果,两者会有细微的差异。
1 | Math.pow(99, 99) |
上面代码中,两个运算结果的最后一位有效数字是有差异的。
BigInt 数据类型
简介
JavaScript 所有数字都保存成 64 位浮点数,这给数值的表示带来了两大限制。一是数值的精度只能到 53 个二进制位(相当于 16 个十进制位),大于这个范围的整数,JavaScript 是无法精确表示的,这使得 JavaScript 不适合进行科学和金融方面的精确计算。二是大于或等于2的1024次方的数值,JavaScript 无法表示,会返回Infinity
。
1 | // 超过 53 个二进制位的数值,无法保持精度 |
ES2020 引入了一种新的数据类型 BigInt(大整数),来解决这个问题。BigInt 只用来表示整数,没有位数的限制,任何位数的整数都可以精确表示。
1 | const a = 2172141653n; |
为了与 Number 类型区别,BigInt 类型的数据必须添加后缀n
。
1 | 1234 // 普通整数 |
BigInt 同样可以使用各种进制表示,都要加上后缀n
。
1 | 0b1101n // 二进制 |
BigInt 与普通整数是两种值,它们之间并不相等。
1 | 42n === 42 // false |
typeof
运算符对于 BigInt 类型的数据返回bigint
。
1 | typeof 123n // 'bigint' |
BigInt 可以使用负号(-
),但是不能使用正号(+
),因为会与 asm.js 冲突。
1 | -42n // 正确 |
JavaScript 以前不能计算70的阶乘(即70!
),因为超出了可以表示的精度。
1 | let p = 1; |
现在支持大整数了,就可以算了,浏览器的开发者工具运行下面代码,就OK。
1 | let p = 1n; |
BigInt 对象
JavaScript 原生提供BigInt
对象,可以用作构造函数生成 BigInt 类型的数值。转换规则基本与Number()
一致,将其他类型的值转为 BigInt。
1 | BigInt(123) // 123n |
BigInt()
构造函数必须有参数,而且参数必须可以正常转为数值,下面的用法都会报错。
1 | new BigInt() // TypeError |
上面代码中,尤其值得注意字符串123n
无法解析成 Number 类型,所以会报错。
参数如果是小数,也会报错。
1 | BigInt(1.5) // RangeError |
BigInt 对象继承了 Object 对象的两个实例方法。
BigInt.prototype.toString()
BigInt.prototype.valueOf()
它还继承了 Number 对象的一个实例方法。
BigInt.prototype.toLocaleString()
此外,还提供了三个静态方法。
BigInt.asUintN(width, BigInt)
: 给定的 BigInt 转为 0 到 2width - 1 之间对应的值。BigInt.asIntN(width, BigInt)
:给定的 BigInt 转为 -2width - 1 到 2width - 1 - 1 之间对应的值。BigInt.parseInt(string[, radix])
:近似于Number.parseInt()
,将一个字符串转换成指定进制的 BigInt。
1 | const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n; |
上面代码中,max
是64位带符号的 BigInt 所能表示的最大值。如果对这个值加1n
,BigInt.asIntN()
将会返回一个负值,因为这时新增的一位将被解释为符号位。而BigInt.asUintN()
方法由于不存在符号位,所以可以正确返回结果。
如果BigInt.asIntN()
和BigInt.asUintN()
指定的位数,小于数值本身的位数,那么头部的位将被舍弃。
1 | const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n; |
上面代码中,max
是一个64位的 BigInt,如果转为32位,前面的32位都会被舍弃。
下面是BigInt.parseInt()
的例子。
1 | // Number.parseInt() 与 BigInt.parseInt() 的对比 |
上面代码中,由于有效数字超出了最大限度,Number.parseInt
方法返回的结果是不精确的,而BigInt.parseInt
方法正确返回了对应的 BigInt。
对于二进制数组,BigInt 新增了两个类型BigUint64Array
和BigInt64Array
,这两种数据类型返回的都是64位 BigInt。DataView
对象的实例方法DataView.prototype.getBigInt64()
和DataView.prototype.getBigUint64()
,返回的也是 BigInt。
转换规则
可以使用Boolean()
、Number()
和String()
这三个方法,将 BigInt 可以转为布尔值、数值和字符串类型。
1 | Boolean(0n) // false |
上面代码中,注意最后一个例子,转为字符串时后缀n
会消失。
另外,取反运算符(!
)也可以将 BigInt 转为布尔值。
1 | !0n // true |
数学运算
数学运算方面,BigInt 类型的+
、-
、*
和**
这四个二元运算符,与 Number 类型的行为一致。除法运算/
会舍去小数部分,返回一个整数。
1 | 9n / 5n |
几乎所有的数值运算符都可以用在 BigInt,但是有两个例外。
- 不带符号的右移位运算符
>>>
- 一元的求正运算符
+
上面两个运算符用在 BigInt 会报错。前者是因为>>>
运算符是不带符号的,但是 BigInt 总是带有符号的,导致该运算无意义,完全等同于右移运算符>>
。后者是因为一元运算符+
在 asm.js 里面总是返回 Number 类型,为了不破坏 asm.js 就规定+1n
会报错。
BigInt 不能与普通数值进行混合运算。
1 | 1n + 1.3 // 报错 |
上面代码报错是因为无论返回的是 BigInt 或 Number,都会导致丢失精度信息。比如(2n**53n + 1n) + 0.5
这个表达式,如果返回 BigInt 类型,0.5
这个小数部分会丢失;如果返回 Number 类型,有效精度只能保持 53 位,导致精度下降。
同样的原因,如果一个标准库函数的参数预期是 Number 类型,但是得到的是一个 BigInt,就会报错。
1 | // 错误的写法 |
上面代码中,Math.sqrt
的参数预期是 Number 类型,如果是 BigInt 就会报错,必须先用Number
方法转一下类型,才能进行计算。
asm.js 里面,|0
跟在一个数值的后面会返回一个32位整数。根据不能与 Number 类型混合运算的规则,BigInt 如果与|0
进行运算会报错。
1 | 1n | 0 // 报错 |
其他运算
BigInt 对应的布尔值,与 Number 类型一致,即0n
会转为false
,其他值转为true
。
1 | if (0n) { |
上面代码中,0n
对应false
,所以会进入else
子句。
比较运算符(比如>
)和相等运算符(==
)允许 BigInt 与其他类型的值混合计算,因为这样做不会损失精度。
1 | 0n < 1 // true |
BigInt 与字符串混合运算时,会先转为字符串,再进行运算。
1 | '' + 123n // "123" |