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                ??一站式輕松地調用各大LLM模型接口,支持GPT4、智譜、豆包、星火、月之暗面及文生圖、文生視頻 廣告
                # 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。
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