ES6 BigInt 数据类型



  • 定义和使用

    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
    // 超过 53 个二进制位的数值,无法保持精度
    Math.pow(2, 53) === Math.pow(2, 53) + 1 // true
    
    // 超过 2 的 1024 次方的数值,无法表示
    Math.pow(2, 1024) // Infinity
    
    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。
    const a = 2172141653n;
    const b = 15346349309n;
    
    // BigInt 可以保持精度
    a * b // 33334444555566667777n
    
    // 普通整数无法保持精度
    Number(a) * Number(b) // 33334444555566670000
    
    为了与 Number 类型区别,BigInt 类型的数据必须添加后缀 n
    1234 // 普通整数
    1234n // BigInt
    
    // BigInt 的运算
    1n + 2n // 3n
    
    BigInt 同样可以使用各种进制表示,都要加上后缀 n
    0b1101n // 二进制
    0o777n // 八进制
    0xFFn // 十六进制
    
    BigInt 与普通整数是两种值,它们之间并不相等。
    42n === 42 // false
    
    typeof 运算符对于 BigInt 类型的数据返回 bigint
    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。
    -42n // 正确
    +42n // 报错
    
    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。
    let p = 1;
    for (let i = 1; i <= 70; i++) {
      p *= i;
    }
    console.log(p); // 1.197857166996989e+100
    
    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。
    let p = 1n;
    for (let i = 1n; i <= 70n; i++) {
      p *= i;
    }
    console.log(p); // 11978571...00000000n
    
  • 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
    BigInt(123) // 123n
    BigInt('123') // 123n
    BigInt(false) // 0n
    BigInt(true) // 1n
    
    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。
    new BigInt() // TypeError
    BigInt(undefined) //TypeError
    BigInt(null) // TypeError
    BigInt('123n') // SyntaxError
    BigInt('abc') // SyntaxError
    
    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。
    BigInt(1.5) // RangeError
    BigInt('1.5') // SyntaxError
    
    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。
    const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
    BigInt.asIntN(64, max)
    // 9223372036854775807n
    BigInt.asIntN(64, max + 1n)
    // -9223372036854775808n
    BigInt.asUintN(64, max + 1n)
    // 9223372036854775808n
    
    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()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。
    const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
    BigInt.asIntN(32, max) // -1n
    BigInt.asUintN(32, max) // 4294967295n
    
    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。
    // Number.parseInt() 与 BigInt.parseInt() 的对比
    Number.parseInt('9007199254740993', 10)
    // 9007199254740992
    BigInt.parseInt('9007199254740993', 10)
    // 9007199254740993n
    
    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 BigUint64ArrayBigInt64Array,这两种数据类型返回的都是 64 位 BigIntDataView 对象的实例方法 DataView.prototype.getBigInt64()DataView.prototype.getBigUint64(),返回的也是 BigInt
  • 转换规则

    可以使用 Boolean()Number()String() 这三个方法,将 BigInt 可以转为布尔值、数值和字符串类型。
    Boolean(0n) // false
    Boolean(1n) // true
    Number(1n)  // 1
    String(1n)  // "1"
    
    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。
    !0n // true
    !1n // false
    
  • 数学运算

    数学运算方面,BigInt 类型的 +、-、*** 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。
    9n / 5n
    // 1n
    
    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。
    1n + 1.3 // 报错
    
    上面代码报错是因为无论返回的是 BigIntNumber,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。
    // 错误的写法
    Math.sqrt(4n) // 报错
    
    // 正确的写法
    Math.sqrt(Number(4n)) // 2
    
    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。
    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。
    if (0n) {
      console.log('if');
    } else {
      console.log('else');
    }
    // else
    
    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。
    0n < 1 // true
    0n < true // true
    0n == 0 // true
    0n == false // true
    0n === 0 // false
    
    BigInt 与字符串混合运算时,会先转为字符串,再进行运算。
    '' + 123n // "123"