二進制數組 · ECMAScript 6 入門

# 二進制數組 # 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 # `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 # `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() # `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() # `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 # `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 # 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 # 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 # 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 # 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 # `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 # 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 # `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() # TypeArray實例的`slice`方法，可以返回一個指定位置的新的TypedArray實例。 ~~~ let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); ui8.slice(-1) // Uint8Array [ 2 ] ~~~ 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。 ~~~ Float32Array.of(0.151, -8, 3.7) // Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ] ~~~ 下面三種方法都會生成同樣一個TypedArray數組。 ~~~ // 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。 ~~~ Uint16Array.from([0, 1, 2]) // Uint16Array [ 0, 1, 2 ] ~~~ 這個方法還可以將一種TypedArray實例，轉為另一種。 ~~~ var ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2)); ui16 instanceof Uint16Array // true ~~~ `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。 ~~~ 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 ] ~~~ 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 # 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”。 ~~~ 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); ~~~ 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： ~~~ struct someStruct { unsigned long id; char username[16]; float amountDue; }; ~~~ ## DataView視圖 # 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。 ~~~ DataView(ArrayBuffer buffer [, 字節起始位置 [, 長度]]); ~~~ 下面是一個例子。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(24); var dv = new DataView(buffer); ~~~ `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。 ~~~ 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); ~~~ 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`。 ~~~ // 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。 ~~~ // 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。 ~~~ 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。 ~~~ 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： ~~~ 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。 ~~~ 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。