# 二進制數組
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1. [ArrayBuffer對象](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#ArrayBuffer對象)
2. [TypedArray視圖](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#TypedArray視圖)
3. [復合視圖](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#復合視圖)
4. [DataView視圖](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#DataView視圖)
5. [二進制數組的應用](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#二進制數組的應用)
二進制數組(`ArrayBuffer`對象、TypedArray視圖和`DataView`視圖)是JavaScript操作二進制數據的一個接口。這些對象早就存在,屬于獨立的規格(2011年2月發布),ES6將它們納入了ECMAScript規格,并且增加了新的方法。
這個接口的原始設計目的,與WebGL項目有關。所謂WebGL,就是指瀏覽器與顯卡之間的通信接口,為了滿足JavaScript與顯卡之間大量的、實時的數據交換,它們之間的數據通信必須是二進制的,而不能是傳統的文本格式。文本格式傳遞一個32位整數,兩端的JavaScript腳本與顯卡都要進行格式轉化,將非常耗時。這時要是存在一種機制,可以像C語言那樣,直接操作字節,將4個字節的32位整數,以二進制形式原封不動地送入顯卡,腳本的性能就會大幅提升。
二進制數組就是在這種背景下誕生的。它很像C語言的數組,允許開發者以數組下標的形式,直接操作內存,大大增強了JavaScript處理二進制數據的能力,使得開發者有可能通過JavaScript與操作系統的原生接口進行二進制通信。
二進制數組由三類對象組成。
**(1)`ArrayBuffer`對象**:代表內存之中的一段二進制數據,可以通過“視圖”進行操作。“視圖”部署了數組接口,這意味著,可以用數組的方法操作內存。
**(2)TypedArray視圖**:共包括9種類型的視圖,比如`Uint8Array`(無符號8位整數)數組視圖,?`Int16Array`(16位整數)數組視圖,?`Float32Array`(32位浮點數)數組視圖等等。
**(3)`DataView`視圖**:可以自定義復合格式的視圖,比如第一個字節是Uint8(無符號8位整數)、第二、三個字節是Int16(16位整數)、第四個字節開始是Float32(32位浮點數)等等,此外還可以自定義字節序。
簡單說,`ArrayBuffer`對象代表原始的二進制數據,TypedArray視圖用來讀寫簡單類型的二進制數據,`DataView`視圖用來讀寫復雜類型的二進制數據。
TypedArray視圖支持的數據類型一共有9種(`DataView`視圖支持除`Uint8C`以外的其他8種)。
| 數據類型 | 字節長度 | 含義 | 對應的C語言類型 |
| --- | --- | --- | --- |
| Int8 | 1 | 8位帶符號整數 | signed char |
| Uint8 | 1 | 8位不帶符號整數 | unsigned char |
| Uint8C | 1 | 8位不帶符號整數(自動過濾溢出) | unsigned char |
| Int16 | 2 | 16位帶符號整數 | short |
| Uint16 | 2 | 16位不帶符號整數 | unsigned short |
| Int32 | 4 | 32位帶符號整數 | int |
| Uint32 | 4 | 32位不帶符號的整數 | unsigned int |
| Float32 | 4 | 32位浮點數 | float |
| Float64 | 8 | 64位浮點數 | double |
注意,二進制數組并不是真正的數組,而是類似數組的對象。
很多瀏覽器操作的API,用到了二進制數組操作二進制數據,下面是其中的幾個。
* File API
* XMLHttpRequest
* Fetch API
* Canvas
* WebSockets
## ArrayBuffer對象
### 概述
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`ArrayBuffer`對象代表儲存二進制數據的一段內存,它不能直接讀寫,只能通過視圖(TypedArray視圖和`DataView`視圖)來讀寫,視圖的作用是以指定格式解讀二進制數據。
`ArrayBuffer`也是一個構造函數,可以分配一段可以存放數據的連續內存區域。
~~~
var buf = new ArrayBuffer(32);
~~~
上面代碼生成了一段32字節的內存區域,每個字節的值默認都是0。可以看到,`ArrayBuffer`構造函數的參數是所需要的內存大小(單位字節)。
為了讀寫這段內容,需要為它指定視圖。`DataView`視圖的創建,需要提供`ArrayBuffer`對象實例作為參數。
~~~
var buf = new ArrayBuffer(32);
var dataView = new DataView(buf);
dataView.getUint8(0) // 0
~~~
上面代碼對一段32字節的內存,建立`DataView`視圖,然后以不帶符號的8位整數格式,讀取第一個元素,結果得到0,因為原始內存的`ArrayBuffer`對象,默認所有位都是0。
另一種TypedArray視圖,與`DataView`視圖的一個區別是,它不是一個構造函數,而是一組構造函數,代表不同的數據格式。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(12);
var x1 = new Int32Array(buffer);
x1[0] = 1;
var x2 = new Uint8Array(buffer);
x2[0] = 2;
x1[0] // 2
~~~
上面代碼對同一段內存,分別建立兩種視圖:32位帶符號整數(`Int32Array`構造函數)和8位不帶符號整數(`Uint8Array`構造函數)。由于兩個視圖對應的是同一段內存,一個視圖修改底層內存,會影響到另一個視圖。
TypedArray視圖的構造函數,除了接受`ArrayBuffer`實例作為參數,還可以接受普通數組作為參數,直接分配內存生成底層的`ArrayBuffer`實例,并同時完成對這段內存的賦值。
~~~
var typedArray = new Uint8Array([0,1,2]);
typedArray.length // 3
typedArray[0] = 5;
typedArray // [5, 1, 2]
~~~
上面代碼使用TypedArray視圖的`Uint8Array`構造函數,新建一個不帶符號的8位整數視圖。可以看到,`Uint8Array`直接使用普通數組作為參數,對底層內存的賦值同時完成。
### ArrayBuffer.prototype.byteLength
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`ArrayBuffer`實例的`byteLength`屬性,返回所分配的內存區域的字節長度。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(32);
buffer.byteLength
// 32
~~~
如果要分配的內存區域很大,有可能分配失敗(因為沒有那么多的連續空余內存),所以有必要檢查是否分配成功。
~~~
if (buffer.byteLength === n) {
// 成功
} else {
// 失敗
}
~~~
### ArrayBuffer.prototype.slice()
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`ArrayBuffer`實例有一個`slice`方法,允許將內存區域的一部分,拷貝生成一個新的`ArrayBuffer`對象。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(8);
var newBuffer = buffer.slice(0, 3);
~~~
上面代碼拷貝`buffer`對象的前3個字節(從0開始,到第3個字節前面結束),生成一個新的`ArrayBuffer`對象。`slice`方法其實包含兩步,第一步是先分配一段新內存,第二步是將原來那個`ArrayBuffer`對象拷貝過去。
`slice`方法接受兩個參數,第一個參數表示拷貝開始的字節序號(含該字節),第二個參數表示拷貝截止的字節序號(不含該字節)。如果省略第二個參數,則默認到原`ArrayBuffer`對象的結尾。
除了`slice`方法,`ArrayBuffer`對象不提供任何直接讀寫內存的方法,只允許在其上方建立視圖,然后通過視圖讀寫。
### ArrayBuffer.isView()
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`ArrayBuffer`有一個靜態方法`isView`,返回一個布爾值,表示參數是否為`ArrayBuffer`的視圖實例。這個方法大致相當于判斷參數,是否為TypedArray實例或`DataView`實例。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(8);
ArrayBuffer.isView(buffer) // false
var v = new Int32Array(buffer);
ArrayBuffer.isView(v) // true
~~~
## TypedArray視圖
### 概述
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`ArrayBuffer`對象作為內存區域,可以存放多種類型的數據。同一段內存,不同數據有不同的解讀方式,這就叫做“視圖”(view)。`ArrayBuffer`有兩種視圖,一種是TypedArray視圖,另一種是`DataView`視圖。前者的數組成員都是同一個數據類型,后者的數組成員可以是不同的數據類型。
目前,TypedArray視圖一共包括9種類型,每一種視圖都是一種構造函數。
* **`Int8Array`**:8位有符號整數,長度1個字節。
* **`Uint8Array`**:8位無符號整數,長度1個字節。
* **`Uint8ClampedArray`**:8位無符號整數,長度1個字節,溢出處理不同。
* **`Int16Array`**:16位有符號整數,長度2個字節。
* **`Uint16Array`**:16位無符號整數,長度2個字節。
* **`Int32Array`**:32位有符號整數,長度4個字節。
* **`Uint32Array`**:32位無符號整數,長度4個字節。
* **`Float32Array`**:32位浮點數,長度4個字節。
* **`Float64Array`**:64位浮點數,長度8個字節。
這9個構造函數生成的數組,統稱為TypedArray視圖。它們很像普通數組,都有`length`屬性,都能用方括號運算符(`[]`)獲取單個元素,所有數組的方法,在它們上面都能使用。普通數組與TypedArray數組的差異主要在以下方面。
* TypedArray數組的所有成員,都是同一種類型。
* TypedArray數組的成員是連續的,不會有空位。
* TypedArray數組成員的默認值為0。比如,`new Array(10)`返回一個普通數組,里面沒有任何成員,只是10個空位;`new Uint8Array(10)`返回一個TypedArray數組,里面10個成員都是0。
* TypedArray數組只是一層視圖,本身不儲存數據,它的數據都儲存在底層的`ArrayBuffer`對象之中,要獲取底層對象必須使用`buffer`屬性。
### 構造函數
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TypedArray數組提供9種構造函數,用來生成相應類型的數組實例。
構造函數有多種用法。
**(1)TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)**
同一個`ArrayBuffer`對象之上,可以根據不同的數據類型,建立多個視圖。
~~~
// 創建一個8字節的ArrayBuffer
var b = new ArrayBuffer(8);
// 創建一個指向b的Int32視圖,開始于字節0,直到緩沖區的末尾
var v1 = new Int32Array(b);
// 創建一個指向b的Uint8視圖,開始于字節2,直到緩沖區的末尾
var v2 = new Uint8Array(b, 2);
// 創建一個指向b的Int16視圖,開始于字節2,長度為2
var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);
~~~
上面代碼在一段長度為8個字節的內存(`b`)之上,生成了三個視圖:`v1`、`v2`和`v3`。
視圖的構造函數可以接受三個參數:
* 第一個參數(必需):視圖對應的底層`ArrayBuffer`對象。
* 第二個參數(可選):視圖開始的字節序號,默認從0開始。
* 第三個參數(可選):視圖包含的數據個數,默認直到本段內存區域結束。
因此,`v1`、`v2`和`v3`是重疊的:`v1[0]`是一個32位整數,指向字節0~字節3;`v2[0]`是一個8位無符號整數,指向字節2;`v3[0]`是一個16位整數,指向字節2~字節3。只要任何一個視圖對內存有所修改,就會在另外兩個視圖上反應出來。
注意,`byteOffset`必須與所要建立的數據類型一致,否則會報錯。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(8);
var i16 = new Int16Array(buffer, 1);
// Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2
~~~
上面代碼中,新生成一個8個字節的`ArrayBuffer`對象,然后在這個對象的第一個字節,建立帶符號的16位整數視圖,結果報錯。因為,帶符號的16位整數需要兩個字節,所以`byteOffset`參數必須能夠被2整除。
如果想從任意字節開始解讀`ArrayBuffer`對象,必須使用`DataView`視圖,因為TypedArray視圖只提供9種固定的解讀格式。
**(2)TypedArray(length)**
視圖還可以不通過`ArrayBuffer`對象,直接分配內存而生成。
~~~
var f64a = new Float64Array(8);
f64a[0] = 10;
f64a[1] = 20;
f64a[2] = f64a[0] + f64a[1];
~~~
上面代碼生成一個8個成員的`Float64Array`數組(共64字節),然后依次對每個成員賦值。這時,視圖構造函數的參數就是成員的個數。可以看到,視圖數組的賦值操作與普通數組的操作毫無兩樣。
**(3)TypedArray(typedArray)**
TypedArray數組的構造函數,可以接受另一個TypedArray實例作為參數。
~~~
var typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4));
~~~
上面代碼中,`Int8Array`構造函數接受一個`Uint8Array`實例作為參數。
注意,此時生成的新數組,只是復制了參數數組的值,對應的底層內存是不一樣的。新數組會開辟一段新的內存儲存數據,不會在原數組的內存之上建立視圖。
~~~
var x = new Int8Array([1, 1]);
var y = new Int8Array(x);
x[0] // 1
y[0] // 1
x[0] = 2;
y[0] // 1
~~~
上面代碼中,數組`y`是以數組`x`為模板而生成的,當`x`變動的時候,`y`并沒有變動。
如果想基于同一段內存,構造不同的視圖,可以采用下面的寫法。
~~~
var x = new Int8Array([1, 1]);
var y = new Int8Array(x.buffer);
x[0] // 1
y[0] // 1
x[0] = 2;
y[0] // 2
~~~
**(4)TypedArray(arrayLikeObject)**
構造函數的參數也可以是一個普通數組,然后直接生成TypedArray實例。
~~~
var typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]);
~~~
注意,這時TypedArray視圖會重新開辟內存,不會在原數組的內存上建立視圖。
上面代碼從一個普通的數組,生成一個8位無符號整數的TypedArray實例。
TypedArray數組也可以轉換回普通數組。
~~~
var normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray);
~~~
### 數組方法
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普通數組的操作方法和屬性,對TypedArray數組完全適用。
* `TypedArray.prototype.copyWithin(target, start[, end = this.length])`
* `TypedArray.prototype.entries()`
* `TypedArray.prototype.every(callbackfn, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.fill(value, start=0, end=this.length)`
* `TypedArray.prototype.filter(callbackfn, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.find(predicate, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.findIndex(predicate, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.forEach(callbackfn, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.indexOf(searchElement, fromIndex=0)`
* `TypedArray.prototype.join(separator)`
* `TypedArray.prototype.keys()`
* `TypedArray.prototype.lastIndexOf(searchElement, fromIndex?)`
* `TypedArray.prototype.map(callbackfn, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.reduce(callbackfn, initialValue?)`
* `TypedArray.prototype.reduceRight(callbackfn, initialValue?)`
* `TypedArray.prototype.reverse()`
* `TypedArray.prototype.slice(start=0, end=this.length)`
* `TypedArray.prototype.some(callbackfn, thisArg?)`
* `TypedArray.prototype.sort(comparefn)`
* `TypedArray.prototype.toLocaleString(reserved1?, reserved2?)`
* `TypedArray.prototype.toString()`
* `TypedArray.prototype.values()`
上面所有方法的用法,請參閱數組方法的介紹,這里不再重復了。
注意,TypedArray數組沒有`concat`方法。如果想要合并多個TypedArray數組,可以用下面這個函數。
~~~
function concatenate(resultConstructor, ...arrays) {
let totalLength = 0;
for (let arr of arrays) {
totalLength += arr.length;
}
let result = new resultConstructor(totalLength);
let offset = 0;
for (let arr of arrays) {
result.set(arr, offset);
offset += arr.length;
}
return result;
}
concatenate(Uint8Array, Uint8Array.of(1, 2), Uint8Array.of(3, 4))
// Uint8Array [1, 2, 3, 4]
~~~
另外,TypedArray數組與普通數組一樣,部署了Iterator接口,所以可以被遍歷。
~~~
let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
for (let byte of ui8) {
console.log(byte);
}
// 0
// 1
// 2
~~~
### 字節序
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字節序指的是數值在內存中的表示方式。
~~~
var buffer = new ArrayBuffer(16);
var int32View = new Int32Array(buffer);
for (var i = 0; i < int32View.length; i++) {
int32View[i] = i * 2;
}
~~~
上面代碼生成一個16字節的`ArrayBuffer`對象,然后在它的基礎上,建立了一個32位整數的視圖。由于每個32位整數占據4個字節,所以一共可以寫入4個整數,依次為0,2,4,6。
如果在這段數據上接著建立一個16位整數的視圖,則可以讀出完全不一樣的結果。
~~~
var int16View = new Int16Array(buffer);
for (var i = 0; i < int16View.length; i++) {
console.log("Entry " + i + ": " + int16View[i]);
}
// Entry 0: 0
// Entry 1: 0
// Entry 2: 2
// Entry 3: 0
// Entry 4: 4
// Entry 5: 0
// Entry 6: 6
// Entry 7: 0
~~~
由于每個16位整數占據2個字節,所以整個`ArrayBuffer`對象現在分成8段。然后,由于x86體系的計算機都采用小端字節序(little endian),相對重要的字節排在后面的內存地址,相對不重要字節排在前面的內存地址,所以就得到了上面的結果。
比如,一個占據四個字節的16進制數`0x12345678`,決定其大小的最重要的字節是“12”,最不重要的是“78”。小端字節序將最不重要的字節排在前面,儲存順序就是`78563412`;大端字節序則完全相反,將最重要的字節排在前面,儲存順序就是`12345678`。目前,所有個人電腦幾乎都是小端字節序,所以TypedArray數組內部也采用小端字節序讀寫數據,或者更準確的說,按照本機操作系統設定的字節序讀寫數據。
這并不意味大端字節序不重要,事實上,很多網絡設備和特定的操作系統采用的是大端字節序。這就帶來一個嚴重的問題:如果一段數據是大端字節序,TypedArray數組將無法正確解析,因為它只能處理小端字節序!為了解決這個問題,JavaScript引入`DataView`對象,可以設定字節序,下文會詳細介紹。
下面是另一個例子。
~~~
// 假定某段buffer包含如下字節 [0x02, 0x01, 0x03, 0x07]
var buffer = new ArrayBuffer(4);
var v1 = new Uint8Array(buffer);
v1[0] = 2;
v1[1] = 1;
v1[2] = 3;
v1[3] = 7;
var uInt16View = new Uint16Array(buffer);
// 計算機采用小端字節序
// 所以頭兩個字節等于258
if (uInt16View[0] === 258) {
console.log('OK'); // "OK"
}
// 賦值運算
uInt16View[0] = 255; // 字節變為[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07]
uInt16View[0] = 0xff05; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07]
uInt16View[1] = 0x0210; // 字節變為[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02]
~~~
下面的函數可以用來判斷,當前視圖是小端字節序,還是大端字節序。
~~~
const BIG_ENDIAN = Symbol('BIG_ENDIAN');
const LITTLE_ENDIAN = Symbol('LITTLE_ENDIAN');
function getPlatformEndianness() {
let arr32 = Uint32Array.of(0x12345678);
let arr8 = new Uint8Array(arr32.buffer);
switch ((arr8[0]*0x1000000) + (arr8[1]*0x10000) + (arr8[2]*0x100) + (arr8[3])) {
case 0x12345678:
return BIG_ENDIAN;
case 0x78563412:
return LITTLE_ENDIAN;
default:
throw new Error('Unknown endianness');
}
}
~~~
總之,與普通數組相比,TypedArray數組的最大優點就是可以直接操作內存,不需要數據類型轉換,所以速度快得多。
### BYTES_PER_ELEMENT屬性
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每一種視圖的構造函數,都有一個`BYTES_PER_ELEMENT`屬性,表示這種數據類型占據的字節數。
~~~
Int8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Int16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Uint16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float64Array.BYTES_PER_ELEMENT // 8
~~~
這個屬性在TypedArray實例上也能獲取,即有`TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT`。
### ArrayBuffer與字符串的互相轉換
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`ArrayBuffer`轉為字符串,或者字符串轉為`ArrayBuffer`,有一個前提,即字符串的編碼方法是確定的。假定字符串采用UTF-16編碼(JavaScript的內部編碼方式),可以自己編寫轉換函數。
~~~
// ArrayBuffer轉為字符串,參數為ArrayBuffer對象
function ab2str(buf) {
return String.fromCharCode.apply(null, new Uint16Array(buf));
}
// 字符串轉為ArrayBuffer對象,參數為字符串
function str2ab(str) {
var buf = new ArrayBuffer(str.length * 2); // 每個字符占用2個字節
var bufView = new Uint16Array(buf);
for (var i = 0, strLen = str.length; i < strLen; i++) {
bufView[i] = str.charCodeAt(i);
}
return buf;
}
~~~
### 溢出
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不同的視圖類型,所能容納的數值范圍是確定的。超出這個范圍,就會出現溢出。比如,8位視圖只能容納一個8位的二進制值,如果放入一個9位的值,就會溢出。
TypedArray數組的溢出處理規則,簡單來說,就是拋棄溢出的位,然后按照視圖類型進行解釋。
~~~
var uint8 = new Uint8Array(1);
uint8[0] = 256;
uint8[0] // 0
uint8[0] = -1;
uint8[0] // 255
~~~
上面代碼中,`uint8`是一個8位視圖,而256的二進制形式是一個9位的值`100000000`,這時就會發生溢出。根據規則,只會保留后8位,即`00000000`。`uint8`視圖的解釋規則是無符號的8位整數,所以`00000000`就是`0`。
負數在計算機內部采用“2的補碼”表示,也就是說,將對應的正數值進行否運算,然后加`1`。比如,`-1`對應的正值是`1`,進行否運算以后,得到`11111110`,再加上`1`就是補碼形式`11111111`。`uint8`按照無符號的8位整數解釋`11111111`,返回結果就是`255`。
一個簡單轉換規則,可以這樣表示。
* 正向溢出(overflow):當輸入值大于當前數據類型的最大值,結果等于當前數據類型的最小值加上余值,再減去1。
* 負向溢出(underflow):當輸入值小于當前數據類型的最小值,結果等于當前數據類型的最大值減去余值,再加上1。
請看下面的例子。
~~~
var int8 = new Int8Array(1);
int8[0] = 128;
int8[0] // -128
int8[0] = -129;
int8[0] // 127
~~~
上面例子中,`int8`是一個帶符號的8位整數視圖,它的最大值是127,最小值是-128。輸入值為`128`時,相當于正向溢出`1`,根據“最小值加上余值,再減去1”的規則,就會返回`-128`;輸入值為`-129`時,相當于負向溢出`1`,根據“最大值減去余值,再加上1”的規則,就會返回`127`。
`Uint8ClampedArray`視圖的溢出規則,與上面的規則不同。它規定,凡是發生正向溢出,該值一律等于當前數據類型的最大值,即255;如果發生負向溢出,該值一律等于當前數據類型的最小值,即0。
~~~
var uint8c = new Uint8ClampedArray(1);
uint8c[0] = 256;
uint8c[0] // 255
uint8c[0] = -1;
uint8c[0] // 0
~~~
上面例子中,`uint8C`是一個`Uint8ClampedArray`視圖,正向溢出時都返回255,負向溢出都返回0。
### TypedArray.prototype.buffer
#
TypedArray實例的`buffer`屬性,返回整段內存區域對應的`ArrayBuffer`對象。該屬性為只讀屬性。
~~~
var a = new Float32Array(64);
var b = new Uint8Array(a.buffer);
~~~
上面代碼的`a`視圖對象和`b`視圖對象,對應同一個`ArrayBuffer`對象,即同一段內存。
### TypedArray.prototype.byteLength,TypedArray.prototype.byteOffset
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`byteLength`屬性返回TypedArray數組占據的內存長度,單位為字節。`byteOffset`屬性返回TypedArray數組從底層`ArrayBuffer`對象的哪個字節開始。這兩個屬性都是只讀屬性。
~~~
var b = new ArrayBuffer(8);
var v1 = new Int32Array(b);
var v2 = new Uint8Array(b, 2);
var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);
v1.byteLength // 8
v2.byteLength // 6
v3.byteLength // 4
v1.byteOffset // 0
v2.byteOffset // 2
v3.byteOffset // 2
~~~
### TypedArray.prototype.length
#
`length`屬性表示TypedArray數組含有多少個成員。注意將`byteLength`屬性和`length`屬性區分,前者是字節長度,后者是成員長度。
~~~
var a = new Int16Array(8);
a.length // 8
a.byteLength // 16
~~~
### TypedArray.prototype.set()
#
TypedArray數組的`set`方法用于復制數組(普通數組或TypedArray數組),也就是將一段內容完全復制到另一段內存。
~~~
var a = new Uint8Array(8);
var b = new Uint8Array(8);
b.set(a);
~~~
上面代碼復制`a`數組的內容到`b`數組,它是整段內存的復制,比一個個拷貝成員的那種復制快得多。
`set`方法還可以接受第二個參數,表示從`b`對象的哪一個成員開始復制`a`對象。
~~~
var a = new Uint16Array(8);
var b = new Uint16Array(10);
b.set(a, 2)
~~~
上面代碼的`b`數組比`a`數組多兩個成員,所以從`b[2]`開始復制。
### TypedArray.prototype.subarray()
#
`subarray`方法是對于TypedArray數組的一部分,再建立一個新的視圖。
~~~
var a = new Uint16Array(8);
var b = a.subarray(2,3);
a.byteLength // 16
b.byteLength // 2
~~~
`subarray`方法的第一個參數是起始的成員序號,第二個參數是結束的成員序號(不含該成員),如果省略則包含剩余的全部成員。所以,上面代碼的`a.subarray(2,3)`,意味著b只包含`a[2]`一個成員,字節長度為2。
### TypedArray.prototype.slice()
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TypeArray實例的`slice`方法,可以返回一個指定位置的新的TypedArray實例。
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let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2);
ui8.slice(-1)
// Uint8Array [ 2 ]
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上面代碼中,`ui8`是8位無符號整數數組視圖的一個實例。它的`slice`方法可以從當前視圖之中,返回一個新的視圖實例。
`slice`方法的參數,表示原數組的具體位置,開始生成新數組。負值表示逆向的位置,即-1為倒數第一個位置,-2表示倒數第二個位置,以此類推。
### TypedArray.of()
#
TypedArray數組的所有構造函數,都有一個靜態方法`of`,用于將參數轉為一個TypedArray實例。
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Float32Array.of(0.151, -8, 3.7)
// Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ]
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下面三種方法都會生成同樣一個TypedArray數組。
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// 方法一
let tarr = new Uint8Array([1,2,3]);
// 方法二
let tarr = Uint8Array.of(1,2,3);
// 方法三
let tarr = new Uint8Array(3);
tarr[0] = 1;
tarr[1] = 2;
tarr[2] = 3;
~~~
### TypedArray.from()
#
靜態方法`from`接受一個可遍歷的數據結構(比如數組)作為參數,返回一個基于這個結構的TypedArray實例。
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Uint16Array.from([0, 1, 2])
// Uint16Array [ 0, 1, 2 ]
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這個方法還可以將一種TypedArray實例,轉為另一種。
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var ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2));
ui16 instanceof Uint16Array // true
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`from`方法還可以接受一個函數,作為第二個參數,用來對每個元素進行遍歷,功能類似`map`方法。
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Int8Array.of(127, 126, 125).map(x => 2 * x)
// Int8Array [ -2, -4, -6 ]
Int16Array.from(Int8Array.of(127, 126, 125), x => 2 * x)
// Int16Array [ 254, 252, 250 ]
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上面的例子中,`from`方法沒有發生溢出,這說明遍歷不是針對原來的8位整數數組。也就是說,`from`會將第一個參數指定的TypedArray數組,拷貝到另一段內存之中,處理之后再將結果轉成指定的數組格式。
## 復合視圖
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由于視圖的構造函數可以指定起始位置和長度,所以在同一段內存之中,可以依次存放不同類型的數據,這叫做“復合視圖”。
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var buffer = new ArrayBuffer(24);
var idView = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
var usernameView = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
var amountDueView = new Float32Array(buffer, 20, 1);
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上面代碼將一個24字節長度的`ArrayBuffer`對象,分成三個部分:
* 字節0到字節3:1個32位無符號整數
* 字節4到字節19:16個8位整數
* 字節20到字節23:1個32位浮點數
這種數據結構可以用如下的C語言描述:
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struct someStruct {
unsigned long id;
char username[16];
float amountDue;
};
~~~
## DataView視圖
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如果一段數據包括多種類型(比如服務器傳來的HTTP數據),這時除了建立`ArrayBuffer`對象的復合視圖以外,還可以通過`DataView`視圖進行操作。
`DataView`視圖提供更多操作選項,而且支持設定字節序。本來,在設計目的上,`ArrayBuffer`對象的各種TypedArray視圖,是用來向網卡、聲卡之類的本機設備傳送數據,所以使用本機的字節序就可以了;而`DataView`視圖的設計目的,是用來處理網絡設備傳來的數據,所以大端字節序或小端字節序是可以自行設定的。
`DataView`視圖本身也是構造函數,接受一個`ArrayBuffer`對象作為參數,生成視圖。
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DataView(ArrayBuffer buffer [, 字節起始位置 [, 長度]]);
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下面是一個例子。
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var buffer = new ArrayBuffer(24);
var dv = new DataView(buffer);
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`DataView`實例有以下屬性,含義與TypedArray實例的同名方法相同。
* `DataView.prototype.buffer`:返回對應的ArrayBuffer對象
* `DataView.prototype.byteLength`:返回占據的內存字節長度
* `DataView.prototype.byteOffset`:返回當前視圖從對應的ArrayBuffer對象的哪個字節開始
`DataView`實例提供8個方法讀取內存。
* **`getInt8`**:讀取1個字節,返回一個8位整數。
* **`getUint8`**:讀取1個字節,返回一個無符號的8位整數。
* **`getInt16`**:讀取2個字節,返回一個16位整數。
* **`getUint16`**:讀取2個字節,返回一個無符號的16位整數。
* **`getInt32`**:讀取4個字節,返回一個32位整數。
* **`getUint32`**:讀取4個字節,返回一個無符號的32位整數。
* **`getFloat32`**:讀取4個字節,返回一個32位浮點數。
* **`getFloat64`**:讀取8個字節,返回一個64位浮點數。
這一系列`get`方法的參數都是一個字節序號(不能是負數,否則會報錯),表示從哪個字節開始讀取。
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var buffer = new ArrayBuffer(24);
var dv = new DataView(buffer);
// 從第1個字節讀取一個8位無符號整數
var v1 = dv.getUint8(0);
// 從第2個字節讀取一個16位無符號整數
var v2 = dv.getUint16(1);
// 從第4個字節讀取一個16位無符號整數
var v3 = dv.getUint16(3);
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上面代碼讀取了`ArrayBuffer`對象的前5個字節,其中有一個8位整數和兩個十六位整數。
如果一次讀取兩個或兩個以上字節,就必須明確數據的存儲方式,到底是小端字節序還是大端字節序。默認情況下,`DataView`的`get`方法使用大端字節序解讀數據,如果需要使用小端字節序解讀,必須在`get`方法的第二個參數指定`true`。
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// 小端字節序
var v1 = dv.getUint16(1, true);
// 大端字節序
var v2 = dv.getUint16(3, false);
// 大端字節序
var v3 = dv.getUint16(3);
~~~
DataView視圖提供8個方法寫入內存。
* **`setInt8`**:寫入1個字節的8位整數。
* **`setUint8`**:寫入1個字節的8位無符號整數。
* **`setInt16`**:寫入2個字節的16位整數。
* **`setUint16`**:寫入2個字節的16位無符號整數。
* **`setInt32`**:寫入4個字節的32位整數。
* **`setUint32`**:寫入4個字節的32位無符號整數。
* **`setFloat32`**:寫入4個字節的32位浮點數。
* **`setFloat64`**:寫入8個字節的64位浮點數。
這一系列`set`方法,接受兩個參數,第一個參數是字節序號,表示從哪個字節開始寫入,第二個參數為寫入的數據。對于那些寫入兩個或兩個以上字節的方法,需要指定第三個參數,`false`或者`undefined`表示使用大端字節序寫入,`true`表示使用小端字節序寫入。
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// 在第1個字節,以大端字節序寫入值為25的32位整數
dv.setInt32(0, 25, false);
// 在第5個字節,以大端字節序寫入值為25的32位整數
dv.setInt32(4, 25);
// 在第9個字節,以小端字節序寫入值為2.5的32位浮點數
dv.setFloat32(8, 2.5, true);
~~~
如果不確定正在使用的計算機的字節序,可以采用下面的判斷方式。
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var littleEndian = (function() {
var buffer = new ArrayBuffer(2);
new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true);
return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();
~~~
如果返回`true`,就是小端字節序;如果返回`false`,就是大端字節序。
## 二進制數組的應用
#
大量的Web API用到了`ArrayBuffer`對象和它的視圖對象。
### AJAX
#
傳統上,服務器通過AJAX操作只能返回文本數據,即`responseType`屬性默認為`text`。`XMLHttpRequest`第二版`XHR2`允許服務器返回二進制數據,這時分成兩種情況。如果明確知道返回的二進制數據類型,可以把返回類型(`responseType`)設為`arraybuffer`;如果不知道,就設為`blob`。
~~~
var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open('GET', someUrl);
xhr.responseType = 'arraybuffer';
xhr.onload = function () {
let arrayBuffer = xhr.response;
// ···
};
xhr.send();
~~~
如果知道傳回來的是32位整數,可以像下面這樣處理。
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xhr.onreadystatechange = function () {
if (req.readyState === 4 ) {
var arrayResponse = xhr.response;
var dataView = new DataView(arrayResponse);
var ints = new Uint32Array(dataView.byteLength / 4);
xhrDiv.style.backgroundColor = "#00FF00";
xhrDiv.innerText = "Array is " + ints.length + "uints long";
}
}
~~~
### Canvas
#
網頁`Canvas`元素輸出的二進制像素數據,就是TypedArray數組。
~~~
var canvas = document.getElementById('myCanvas');
var ctx = canvas.getContext('2d');
var imageData = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
var uint8ClampedArray = imageData.data;
~~~
需要注意的是,上面代碼的`uint8ClampedArray`雖然是一個TypedArray數組,但是它的視圖類型是一種針對`Canvas`元素的專有類型`Uint8ClampedArray`。這個視圖類型的特點,就是專門針對顏色,把每個字節解讀為無符號的8位整數,即只能取值0~255,而且發生運算的時候自動過濾高位溢出。這為圖像處理帶來了巨大的方便。
舉例來說,如果把像素的顏色值設為`Uint8Array`類型,那么乘以一個gamma值的時候,就必須這樣計算:
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u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma));
~~~
因為`Uint8Array`類型對于大于255的運算結果(比如`0xFF+1`),會自動變為`0x00`,所以圖像處理必須要像上面這樣算。這樣做很麻煩,而且影響性能。如果將顏色值設為`Uint8ClampedArray`類型,計算就簡化許多。
~~~
pixels[i] *= gamma;
~~~
`Uint8ClampedArray`類型確保將小于0的值設為0,將大于255的值設為255。注意,IE 10不支持該類型。
### WebSocket
#
`WebSocket`可以通過`ArrayBuffer`,發送或接收二進制數據。
~~~
var socket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:8081');
socket.binaryType = 'arraybuffer';
// Wait until socket is open
socket.addEventListener('open', function (event) {
// Send binary data
var typedArray = new Uint8Array(4);
socket.send(typedArray.buffer);
});
// Receive binary data
socket.addEventListener('message', function (event) {
var arrayBuffer = event.data;
// ···
});
~~~
### Fetch API
#
Fetch API取回的數據,就是`ArrayBuffer`對象。
~~~
fetch(url)
.then(function(request){
return request.arrayBuffer()
})
.then(function(arrayBuffer){
// ...
});
~~~
### File API
#
如果知道一個文件的二進制數據類型,也可以將這個文件讀取為`ArrayBuffer`對象。
~~~
var fileInput = document.getElementById('fileInput');
var file = fileInput.files[0];
var reader = new FileReader();
reader.readAsArrayBuffer(file);
reader.onload = function () {
var arrayBuffer = reader.result;
// ···
};
~~~
下面以處理bmp文件為例。假定`file`變量是一個指向bmp文件的文件對象,首先讀取文件。
~~~
var reader = new FileReader();
reader.addEventListener("load", processimage, false);
reader.readAsArrayBuffer(file);
~~~
然后,定義處理圖像的回調函數:先在二進制數據之上建立一個`DataView`視圖,再建立一個`bitmap`對象,用于存放處理后的數據,最后將圖像展示在`Canvas`元素之中。
~~~
function processimage(e) {
var buffer = e.target.result;
var datav = new DataView(buffer);
var bitmap = {};
// 具體的處理步驟
}
~~~
具體處理圖像數據時,先處理bmp的文件頭。具體每個文件頭的格式和定義,請參閱有關資料。
~~~
bitmap.fileheader = {};
bitmap.fileheader.bfType = datav.getUint16(0, true);
bitmap.fileheader.bfSize = datav.getUint32(2, true);
bitmap.fileheader.bfReserved1 = datav.getUint16(6, true);
bitmap.fileheader.bfReserved2 = datav.getUint16(8, true);
bitmap.fileheader.bfOffBits = datav.getUint32(10, true);
~~~
接著處理圖像元信息部分。
~~~
bitmap.infoheader = {};
bitmap.infoheader.biSize = datav.getUint32(14, true);
bitmap.infoheader.biWidth = datav.getUint32(18, true);
bitmap.infoheader.biHeight = datav.getUint32(22, true);
bitmap.infoheader.biPlanes = datav.getUint16(26, true);
bitmap.infoheader.biBitCount = datav.getUint16(28, true);
bitmap.infoheader.biCompression = datav.getUint32(30, true);
bitmap.infoheader.biSizeImage = datav.getUint32(34, true);
bitmap.infoheader.biXPelsPerMeter = datav.getUint32(38, true);
bitmap.infoheader.biYPelsPerMeter = datav.getUint32(42, true);
bitmap.infoheader.biClrUsed = datav.getUint32(46, true);
bitmap.infoheader.biClrImportant = datav.getUint32(50, true);
~~~
最后處理圖像本身的像素信息。
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var start = bitmap.fileheader.bfOffBits;
bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start);
~~~
至此,圖像文件的數據全部處理完成。下一步,可以根據需要,進行圖像變形,或者轉換格式,或者展示在`Canvas`網頁元素之中。