深度:JS的7种数据类型以及它们的底层数据结构

语言: CN / TW / HK

基本类型:String、Boolean、Number、Undefined、Null、Symbol

引用类型:Object

下面我会详细说一下这七种数据类型中可能你不太知道的一些细节。

1. String

储存结构

计算机是以二进制存储以及发送接收数据的。二进制的 1位,也叫做 1bit 。它是计算机内部存储的最基本的单位。

计算机只能处理数字,如果想要处理文本,必须将文本转换为数字才能处理,在计算机中 1bit 能表示2个状态(0或1),1Byte 等于 8bit,所以 1Byte 能表示 2^8 - 1 个整数,也就是255个。如果想表示更大的数字,就需要更多的字节数,比如 2Byte 能表示 2^16 - 1 ,也就是 65535个整数。最早只有127个字符被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些其他字符,这个编码表就是 ASCII 表。

但如果要表示中文,那么 1Byte 显然是不够的,至少需要 2Byte ,所以中国制定了 GB2312 编码,但每个国家如果都制定一个自己的编码表,那么就没办法正确显示多语言混合的文本。为了解决这个问题,Unicode 编码应运而生。它把所有语言统一到一个编码里,采用 2Byte 表示一个字符,即最多可以表示 2^16 - 1 ,也就是 65535 个字符。这样基本上可以覆盖世界上常用的文字,如果要表示更多的文字,也可以采用 4Byte 进行编码,这是一种通用的编码规范 。

JS 中的字符也采用Unicode编码,也就是js中的中英文字符都占用 2Byte(16bit)大小。

在 JS 中的二进制数据储存中,二进制前三位为 100 代表字符串

基本包装类型

在 js 中,只有引用类型才有属性或者方法,基本类型理论上没有属性或方法,而字符串又属于基本类型,但为什么字符串能调用一些属性和方法呢?

原因是 js 为了方便对字符串进行操作,ECMA 提供了一个基本包装类型 String对象。它是一种特殊的引用类型, 当 js 引擎需要读取或操作一个字符串时,他会在内部创建一个 String类型的包装对象实例,然后调用这个实例的属性或方法并返回结果后,再立即清除这个实例。

这也是为什么 字符串明明是一个基本类型 却能调用属性和方法的原因。

几个Unicode问题总结

基本概念

Unicode 是目前最常见的字符编码,它用一个码位映射一个字符。在 js 中,Unicode 码位范围为 '\u{0000}' ~ '\u{10ffff}' ,可以表示超过110万个字符。格式为 '\u{十六进制数字}'

console.log('\u{0041}') // 'A'
console.log('\u{0061}') // 'a'
console.log('I \u{2661} Hagan') // 'I ♡ Hagan'
console.log('\u{20bb7}') // '  '

Unicode 最前面的 65536 个字符位称为 基本多文种平面,它的码位范围为 '\u{0000}' ~ '\u{ffff}' ,最常见的字符都放在这个平面上。

剩下的字符都放在 辅助平面 上,码位范围为 '\u{010000}' ~ '\u{10ffff}'

判断是否为辅助平面的方法为十六进制数字的位数是否超过4位。

字符串长度问题

  1. 解决代理对长度问题

在内部,JavaScript 将辅助平面内的字符表示为代理对,并将单独的代理对分开为单独的 “字符”,所以代理对的length属性可能与我们的预期不一致,比如:

const str = '\u{20BB7}'
console.log(str) // '  '
console.log(str.length) // 2

而我们想获取的长度应该为 1,这里可以使用以下方法正确获取长度

const str = '\u{20BB7}'
console.log(Array.from(str).length) // 1
  1. 解决组合标记长度问题

\u{0307} 表示 q̣̇ 上面的点, \u{0323} 表示 q̣̇ 下面的点,这三个字符共同组成了一个 q̣̇ ,如下代码

const str = 'q\u{0307}\u{0323}'
console.log(str) // `q̣̇`
console.log(str.length) // 3

我们期待拿到的长度应该为1,可实际拿到的length为3,这里可以使用以下方法获取长度

const str = 'q\u{0307}\u{0323}'

const regex = /(\P{Mark})(\p{Mark}+)/gu
const trim = str.replace(regex, ($0, $1, $2) => $1)
console.log(Array.from(str).length) // 1
  1. 将以上代码封装起来,可封装成以下方法

注意:此方法无法处理表情字符序列组合 ':man:‍:woman:‍:girl:‍:boy:'

const getStringLength = function (string) {
  const regex = /(\P{Mark})(\p{Mark}+)/gu
  const str = string.replace(regex, ($0, $1, $2) => $1)
  return Array.from(str).length
}

export default getStringLength

字符串反转

注意:此方法无法正确处理组合标记

const getReverseString = function (string) {
  return Array.from(string).reverse().join('')
}

export default getReverseString

一位名叫 Missy Elliot 的聪明的计算机科学家提出了一个防弹算法来解决组合标记问题

根据码位获取字符串

注意:此方法无法正确处理组合标记

String.fromCodePoint(0x20bb7) // '  '

根据字符串获取码位

注意:此方法无法正确处理组合标记

'  '.codePointAt().toString(16) // 20bb7

遍历字符串

注意:此方法无法正确处理组合标记

for (const item of '  ') {
  console.log(item) // '  '
}

Number

储存结构

js采用 IEEE754 标准中的 双精度浮点数来表示一个数字,标准规定双精度浮点数采用 64 位存储,即 8 个字节表示一个浮点数。存储结构如下图:

在双精度浮点数中,第一位的 1bit符号位 决定了这个数的正负,指数部分的 11bit 决定数值大小,小数部分的 52bit 决定数值精度。

在 JS 中的二进制数据储存中,二进制前三位为 010 代表双精度数字

数值范围

指数部分为 11bit 也就是 2^11 - 1 = 2047,取中间值进行偏移得到 [-1023, 1024],因此这种存储结构能够表示的数值范围为 2^-1023 至 2^1024,超出这个范围无法表示。转换为科学计数法为:

2^-1023 = 5 × 10^-324
2^1024 = 1.7976931348623157 × 10^308
Number.MAX_VALUE // 1.7976931348623157e+308
Number.MIN_VALUE // 5e-324

安全整数

IEEE754 规定,有效数字第一位默认总是1,但它不保存在 64 位浮点数之中。所以有效数字为 52bit + 1 = 53bit。

这意味着js能表示并进行精确算术运算的安全整数范围为 [-2^53 -1, 2^53 - 1] 即 -9007199254740991 到最大值 9007199254740991 之间的范围。

Math.pow(2, 53) - 1 // 9007199254740991
-Math.pow(2, 53) - 1 // -9007199254740991

可以通过 Number.MAX_SAFE_INTEGER 和 Number.MIN_SAFE_INTEGER 来分别获取安全整数最大值和最小值。

console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER) // 9007199254740991
console.log(Number.MIN_SAFE_INTEGER) // -9007199254740991

对于超过这个安全整数的运算,需要使用 BigInt 来计算。

console.log(9007199254740991 + 2) // 9007199254740992
console.log(BigInt(9007199254740991) + BigInt(2)) // 9007199254740993n

精度丢失

计算机中的数字都是用二进制储存的,如果要计算 0.1 + 0.2 那么计算机会分别把 0.1 和 0.2 转成二进制,然后相加,最后把相加的结果转为10进制。

但有一些浮点数转化为二进制时会出现无限循环,比如 0.1

0.0001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 10001 无限循环

而上面我们说过计算机能储存的小数位最多只有 53 位,为了尽可能的接近目标值,所以采用类似十进制四舍五入的方法,在二进制中 0舍1入,最终 0.1 储存到计算机中成为以下数值。

0.0001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 1001 101

0.1转换成科学技术法

(−1)^0 × 2^(-4) × (1.1001100110011001100110011001100110011001100110011010)2

0.2科学技术法表示为

(−1)^0 × 2^(-3) × (1.1001100110011001100110011001100110011001100110011010)2

在浮点数做加法时要先进行对位操作,将较小的指数转化为较大的指数,并将小数部分右移

(−1)^0 × 2^(-3) × (0.111001100110011001100110011001100110011001100110011010)2
(−1)^0 × 2^(-3) × (1.1001100110011001100110011001100110011001100110011010)2

最终 0.1 + 0.2 在计算机中的计算过程如下

计算后 0.1 + 0.2 的结果为

(−1)^0 × 2^(−2) × (1.0011001100110011001100110011001100110011001100110100)2

然后通过 js 将二进制转为10进制

(-1)**0 * 2**-2 * (0b10011001100110011001100110011001100110011001100110100 * 2**-52) === 0.30000000000000004 // true
console.log(0.1 + 0.2) ; // 0.30000000000000004

这就是经典的 0.30000000000000004 问题,0.1 和 0.2 在转换为二进制时由于做了 0舍1入 ,发生了一次精度丢失,而对于计算后的二进制又 做了一次 0舍1入 发生一次精度丢失,因此得到的结果是不准确的。

解决办法:

精度丢失解决办法就是先将小数转换成整数,然后用整数进行计算得到结果后再转换为小数,用 js 封装方法如下

math.js

// 判断number是否为一个整数
const isInteger = function (number) {
  return Math.floor(number) === number
}

// 四舍五入
const toFixed = function (number, decimalLength = 0) {
  var times = Math.pow(10, decimalLength)
  var fixed = number * times + 0.5
  return parseInt(fixed) / times
}

// 将一个浮点数转成整数,返回整数和倍数
const toInteger = function (floatNumber) {
  const numberInfo = { times: 1, number: 0 }
  const isNegative = floatNumber < 0
  if (isInteger(floatNumber)) {
    numberInfo.number = floatNumber
    return numberInfo
  }
  const stringFloatNumber = String(floatNumber)
  const dotPosition = stringFloatNumber.indexOf('.')
  const length = stringFloatNumber.substr(dotPosition + 1).length
  numberInfo.times = Math.pow(10, length)
  numberInfo.number = toFixed(Math.abs(floatNumber) * numberInfo.times)
  if (isNegative) numberInfo.number = -numberInfo.number
  return numberInfo
}

// 加
export const add = function (number1, number2, decimalLength = 0) {
  const { number: num1, times: times1 } = toInteger(number1)
  const { number: num2, times: times2 } = toInteger(number2)
  const maxTimes = Math.max(times1, times2)
  let result
  if (times1 === times2) result = (num1 + num2) / maxTimes
  if (times1 > times2) result = (num1 + num2 * (times1 / times2)) / maxTimes
  if (times1 < times2) result = (num1 * (times2 / times1) + num2) / maxTimes
  return toFixed(result, decimalLength)
}
import { add } from './math.js'
console.log(add(0.1, 0.2, 1)) // 0.3

特殊数值变量

JavaScript 提供了几个特殊数值,用于判断数字的边界和其他特性

Number.MAX_VALUE // JavaScript 中的最大值
Number.MIN_VALUE // JavaScript 中的最小值
Number.MAX_SAFE_INTEGER // 最大安全整数,为 2^53 - 1
Number.MIN_SAFE_INTEGER // 最小安全整数,为 -(2^53 - 1)
Number.POSITIVE_INFINITY // 对应 Infinity,代表正无穷
Number.NEGATIVE_INFINITY // 对应 -Infinity,代表负无穷
Number.EPSILON // 是一个极小的值,用于检测计算结果是否在误差范围内
Number.NaN // 表示非数字,NaN与任何值都不相等,包括NaN本身
Infinity // 表示无穷大,分 正无穷 Infinity 和 负无穷 -Infinity

四舍五入

有时我们需要对一些数字进行四舍五入,而这些数字可能包含小数

Math.round(number) 方法无法对小数进行计算

Number.toFixed() 方法实际上采用四舍六入五成双的规则实现,存在一些缺陷,具体可看一下这篇文章

以上两个方法有时候无法满足我们的需求,所以封装以下方法

math.js

// 四舍五入
export const toFixed = function (number, decimalLength = 0) {
  var times = Math.pow(10, decimalLength)
  var fixed = number * times + 0.5
  return parseInt(fixed) / times
}
import { toFixed } from './math.js'

toFixed(0.2286298683746, 3) // 0.229

Boolean

储存结构

在 JS 中的二进制数据储存中,二进制前三位为 110 代表布尔值

基本概念

Boolean 只有两个类型,true、false。在js中所有类型的值都能转换成 Boolean 值。如下代码

Boolean('') // false // 除了空字符串意外,其他字符串都为true
Boolean(0 || NaN) // false // 除了0与NaN,其他数字都为true
Boolean(undefined) // false
Boolean(Symbol()) // true
Boolean(null) // false
Boolean({} && []) // true // 所有引用类型都为true

隐式类型转换

当使用以下操作符获取 Boolean 结果时,在过程中 js 内部会先进行隐式类型转换,再使用转换后的结果进行对比,最终确定为 true、 false。

> >= < <= == != if else while

4 > 3 // 4 > 3 // true
'4' > 3 // Number('4') > 3 // 4 > 3 // true
'a' > 'b' // 'a'.codePointAt() > 'b'.codePointAt() // 97 > 98 // false
true > 2 // Number(true) > 2 // 1 > 2 // false
undefined > 0 // Number(undefined) > 0 // NaN > 0 // false
null > 0 // Number(null) > 0 // NaN > 0 // false
new Date() > 100 // new Date().valueOf() > 100 // 1587608237665 > 100 // true
if (1) { } // Boolean(1) // true
if (!(1 > '10')) { } // !(1 > Number('10')) // !(1 > 10) //!false // true

显式类型转换

与隐式类型转换相对应,当使用 ! 操作符时,会将变量强制转换为 Boolean 值,并进行取反操作。

!1 // false
!!1 // true
!undefined // true
!!undefined // false

全等操作符

=== !==

全等操作符在进行对比出Boolean结果时不会进行隐式类型转换,为了避免因隐式类型转换带来的预期之外的情况,推荐在实际项目中使用全等操作符来进行对比。

'1' == 1 // Number('1') == 1 // 1 == 1 // true
'1' === 1 // false
true != 1 // Number(true) != 1 // 1 != 1 // false
true !== 1 // true

逻辑操作符

以下两个操作符为逻辑操作符

&& ||

1 && 2 // 2 // 取最后一个为 true 的值
1 || 2 // 1 // 取第一个为 true 的值

Symbol

储存结构

这是 ES6 新增的一种数据类型,它的字面意思为,符号,标记。代表独一无二的值。

基本概念

Symbol 类型可以作为对象的 key 值。Symbol 最常用的方式就是作为唯一 id。

class Person {
  constructor (name, age) {
    this.name = name
    this.age = age
    this.id = Symbol('身份证号')
  }
}

const hagan1 = new Person('hagan', 25)
hagan1.id // Symbol(身份证号)

const hagan2 = new Person('hagan', 24)
hagan2.id // Symbol(身份证号)

hagan1.id === hagan2.id // false // 身份证号永远唯一

Symbol 也可以当成私有变量来使用,但它并不是真的为私有。

Girl.js

const _age = Symbol('女生的年龄')

export default class {
  constructor (name, age) {
    this.name = name
    this[_age] = age // 女生实际年龄
  }
  getAge () {
    return 18 // 女生告诉你的年龄
  }
}

rita.js

import 'Girl' from './Girl.js'

const rita = new Girl('rita', 28)

// 女生实际年龄只有她自己知道,而你毫无办法,因为女生永远 18 岁
rita.age // undefined
rita[Symbol('女生的年龄')] // undefined
rita.getAge() // 18

// 除非你开挂
const [ _age ] = Object.getOwnPropertySymbols(rita)
rita[_age] // 36

Symbol 作为对象的属性,不会被 for in for of 循环到,也不会被 Object.keys() Object.getOwnPropertyNames() JSON.stringify() 返回,但是它也不是任何办法都无法访问, Object.getOwnPropertySymbols(object) 方法能够获取到对象的所有 Symbol 类型的属性名。

Symbol.for()

Symbol.for() 也可以生成 Symbol 值,他与直接调用 Symbol() 唯一的区别就是, Symbol.for() 生成的值不能作为唯一id

const hagan1 = Symbol.for('hagan')
const hagan2 = Symbol.for('hagan')

hagan1 === hagan2 // true

Symbol.keyFor()

返回通过 Symbol.for() 方法创建的 Symbol 类型的 key 值

const hagan = Symbol.for('hagan')

Symbol.keyFor(hagan) // 'hagan'

Undefined

储存结构

基本类型之一的 Undefined 只拥有一个值 undefined ,代表未定义的值。

let name
console.log(name) // undefined

const hagan = { }
console.log(hagan.job) // undefined

const arr = [ ]
console.log(arr[0]) // undefined

(function (a, b) {
  console.log(a) // 1
  console.log(b) // undefined
})(1, 2)

凡是未被定义和赋值的变量、属性或参数,都默认为 undefined

Null

储存结构

在 JS 中的二进制数据储存中,Null 的全部数位都为 0

基本概念

基本类型之一的 Null 只拥有一个值 null ,代表空值。表示一个变量被人为重置为空对象,在内存中的表示就是栈中的变量即不是其他5中基本类型,也没有引用类型中指向堆中的指针。当一个引用类型变量被赋值为 null 时,原来的引用类型对象在堆中处于游离状态,GC 会择机回收该对象并释放内存。因此想要回收哪个变量。就将它设为 null 就好了

为什么 typeof null 会被判断为 object

在 JS 中。数据在底层都是以二进制储存,引用类型的二进制前三位为 0typeof 是根据这个特性来进行判断类型的工作,可这里有一个问题就是, null 类型所有位数都为 0 ,所以它的前三位也为 0 ,所以 null 会被判断为 object

Object

基本概念

Object类型 也叫引用类型,是一组没有特定顺序的值的集合。

储存结构

在JS中,基本类型的实际值储存在 中,而引用类型的实际值储存在 中。栈中储存的只有指向到堆中的 指针 ,这也是Object类型也被称为 引用类型 的原因。

在 JS 中的二进制数据储存中,二进制前三位为 000 代表引用类型

JS中的堆内存与栈内存

请看下面的代码

const num = 1
console.log(num) // 1
num = 2 // 报错

const hagan = { name: 'hagan' }
console.log(hagan) // { name: 'hagan' }
hagan.name = 'han'
console.log(hagan) // { name: 'han' }

const不是定义常量么?为什么还能改?这时候就要涉及到 JS 中的堆内存与栈内存了

在js引擎中对变量的存储主要有两种位置, 堆内存和栈内存

栈内存主要用于存储各种 基本类型的 变量,包括Boolean、Number、String、Undefined、Null,以及对象变量的指针。

堆内存 主要负责像对象Object这种变量类型的存储,如下图

引用类型的数据的地址指针是存储于栈中的,当我们想要访问引用类型的值的时候,需要先从栈中获得对象的地址指针,然后在通过地址指针找到堆中的所需要的数据。

因此当我们定一个 const 常量时,不可改变的只是 栈内存 中的数据,但 堆内存 中的数据还是可以通过变量的引用进行改变的。

总结: 栈内存 用来储存基本类型,以及引用类型的指针, 堆内存 用来储存引用类型数据。

对象拷贝

深拷贝

const hagan = { name: 'hagan', age: 25 }
const haganDeepClone = JSON.parse(JSON.stringify(hagan))
console.log(haganDeepClone === hagan) // false

浅拷贝

const hagan = { name: 'hagan', age: 25 }
const haganClone = Object.assign({}, hagan)
console.log(haganClone === hagan) // false

数据属性与访问器属性

数据属性

const hagan = { age: 22 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
  configurable: false, // 能否通过delete删除,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  enumerable: false, // for in 能否循环到,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  writable: false, // 是否可修改,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  value: 'hagan' // 属性值,默认为undefined
})

delete hagan.name
console.log(hagan.name) // 'hagan'

for (let attr in hagan) {
    console.log(hagan[attr]) // 22
}

hagan.name = 'rita'
console.log(hagan.name) // 'hagan'

访问器属性

const hagan = { age: 25 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
    get () {
        return this._name
    },
    set (value) {
        this._name = value
    }
})

hagan.name = 'hagan'
console.log(hagan) // { age: 25, _name: "hagan" }
console.log(hagan.name) // 'hagan'

一些Object方法整理

Object.create()

以第一个参数为原型,创建新对象。可用于原型继承

function Animal (type) {
  this.type = type
}
Animal.prototype.getType = function () {
  return this.type
}

function People (name) {
  Animal.call(this, 'people') // 继承属性
  this.name = name
}
People.prototype = Object.create(Animal.prototype)
People.prototype.getName = function () {
  return this.name
}

const hagan = new People('hagan')
hagan.getName() // 'hagan'
hagan.getType() // 'people'

Object.defineProperty()

用于定义对象的数据属性和访问器属性

const hagan = { age: 25 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
    get () {
        return this._name
    },
    set (value) {
        this._name = value
    }
})

hagan.name = 'hagan'
console.log(hagan) // { age: 25, _name: "hagan" }
console.log(hagan.name) // 'hagan'

Object.defineProperties()

用于定义对象的数据属性和访问器属性

const hagan = { age: 25 }
Object.defineProperties(hagan, {
  name: {
    value: 'hagan'
  }
})

hagan.name = 'hagan'
console.log(hagan) // { age: 25, _name: "hagan" }
console.log(hagan.name) // 'hagan'

Object.getOwnPropertyDescriptor()

获取对象某属性的数据属性或访问器属性

const hagan = { age: 22 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
    value: 'hagan'
})
Object.getOwnPropertyDescriptor(hagan, 'name') // {value: "hagan", writable: false, enumerable: false, configurable: false}

Object.getOwnPropertyNames()

获取所有的属性名并返回一个数组,不包含原型链

const hagan = { age: 22 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
  configurable: false, // 能否通过delete删除,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  enumerable: false, // for in 能否循环到,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  writable: false, // 是否可修改,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  value: 'hagan' // 属性值,默认为undefined
})

Object.getOwnPropertyNames(hagan) // ["age", "name"]

Object.keys()

获取所有的可枚举属性名并返回一个数组,不包含原型链

const hagan = { age: 22 }
Object.defineProperty(hagan, 'name', {
  configurable: false, // 能否通过delete删除,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  enumerable: false, // for in 能否循环到,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  writable: false, // 是否可修改,调用defineProperty前默认为true,调用后默认为false
  value: 'hagan' // 属性值,默认为undefined
})

Object.keys(hagan) // ["age"]

Object.preventExtensions()

使对象不能添加属性,但属性的值可以删除和修改

const hagan = { age: 22 }
Object.preventExtensions(hagan)

hagan.name = 'hagan'
console.log(hagan.name) // undefined

Object.seal()

使对象不能添加属性,也不可以删除,但可以修改

Object.freeze()

使对象不能添加属性,也不可以删除和修改

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