🔥码云GVP开源项目 12k star Uniapp+ElementUI 功能强大 支持多语言、二开方便! 广告
# 二进制数组 # 1. [ArrayBuffer对象](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#ArrayBuffer对象) 2. [TypedArray视图](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#TypedArray视图) 3. [复合视图](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#复合视图) 4. [DataView视图](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#DataView视图) 5. [二进制数组的应用](http://es6.ruanyifeng.com/#docs/arraybuffer#二进制数组的应用) 二进制数组(`ArrayBuffer`对象、TypedArray视图和`DataView`视图)是JavaScript操作二进制数据的一个接口。这些对象早就存在,属于独立的规格(2011年2月发布),ES6将它们纳入了ECMAScript规格,并且增加了新的方法。 这个接口的原始设计目的,与WebGL项目有关。所谓WebGL,就是指浏览器与显卡之间的通信接口,为了满足JavaScript与显卡之间大量的、实时的数据交换,它们之间的数据通信必须是二进制的,而不能是传统的文本格式。文本格式传递一个32位整数,两端的JavaScript脚本与显卡都要进行格式转化,将非常耗时。这时要是存在一种机制,可以像C语言那样,直接操作字节,将4个字节的32位整数,以二进制形式原封不动地送入显卡,脚本的性能就会大幅提升。 二进制数组就是在这种背景下诞生的。它很像C语言的数组,允许开发者以数组下标的形式,直接操作内存,大大增强了JavaScript处理二进制数据的能力,使得开发者有可能通过JavaScript与操作系统的原生接口进行二进制通信。 二进制数组由三类对象组成。 **(1)`ArrayBuffer`对象**:代表内存之中的一段二进制数据,可以通过“视图”进行操作。“视图”部署了数组接口,这意味着,可以用数组的方法操作内存。 **(2)TypedArray视图**:共包括9种类型的视图,比如`Uint8Array`(无符号8位整数)数组视图, `Int16Array`(16位整数)数组视图, `Float32Array`(32位浮点数)数组视图等等。 **(3)`DataView`视图**:可以自定义复合格式的视图,比如第一个字节是Uint8(无符号8位整数)、第二、三个字节是Int16(16位整数)、第四个字节开始是Float32(32位浮点数)等等,此外还可以自定义字节序。 简单说,`ArrayBuffer`对象代表原始的二进制数据,TypedArray视图用来读写简单类型的二进制数据,`DataView`视图用来读写复杂类型的二进制数据。 TypedArray视图支持的数据类型一共有9种(`DataView`视图支持除`Uint8C`以外的其他8种)。 | 数据类型 | 字节长度 | 含义 | 对应的C语言类型 | | --- | --- | --- | --- | | Int8 | 1 | 8位带符号整数 | signed char | | Uint8 | 1 | 8位不带符号整数 | unsigned char | | Uint8C | 1 | 8位不带符号整数(自动过滤溢出) | unsigned char | | Int16 | 2 | 16位带符号整数 | short | | Uint16 | 2 | 16位不带符号整数 | unsigned short | | Int32 | 4 | 32位带符号整数 | int | | Uint32 | 4 | 32位不带符号的整数 | unsigned int | | Float32 | 4 | 32位浮点数 | float | | Float64 | 8 | 64位浮点数 | double | 注意,二进制数组并不是真正的数组,而是类似数组的对象。 很多浏览器操作的API,用到了二进制数组操作二进制数据,下面是其中的几个。 * File API * XMLHttpRequest * Fetch API * Canvas * WebSockets ## ArrayBuffer对象 ### 概述 # `ArrayBuffer`对象代表储存二进制数据的一段内存,它不能直接读写,只能通过视图(TypedArray视图和`DataView`视图)来读写,视图的作用是以指定格式解读二进制数据。 `ArrayBuffer`也是一个构造函数,可以分配一段可以存放数据的连续内存区域。 ~~~ var buf = new ArrayBuffer(32); ~~~ 上面代码生成了一段32字节的内存区域,每个字节的值默认都是0。可以看到,`ArrayBuffer`构造函数的参数是所需要的内存大小(单位字节)。 为了读写这段内容,需要为它指定视图。`DataView`视图的创建,需要提供`ArrayBuffer`对象实例作为参数。 ~~~ var buf = new ArrayBuffer(32); var dataView = new DataView(buf); dataView.getUint8(0) // 0 ~~~ 上面代码对一段32字节的内存,建立`DataView`视图,然后以不带符号的8位整数格式,读取第一个元素,结果得到0,因为原始内存的`ArrayBuffer`对象,默认所有位都是0。 另一种TypedArray视图,与`DataView`视图的一个区别是,它不是一个构造函数,而是一组构造函数,代表不同的数据格式。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(12); var x1 = new Int32Array(buffer); x1[0] = 1; var x2 = new Uint8Array(buffer); x2[0] = 2; x1[0] // 2 ~~~ 上面代码对同一段内存,分别建立两种视图:32位带符号整数(`Int32Array`构造函数)和8位不带符号整数(`Uint8Array`构造函数)。由于两个视图对应的是同一段内存,一个视图修改底层内存,会影响到另一个视图。 TypedArray视图的构造函数,除了接受`ArrayBuffer`实例作为参数,还可以接受普通数组作为参数,直接分配内存生成底层的`ArrayBuffer`实例,并同时完成对这段内存的赋值。 ~~~ var typedArray = new Uint8Array([0,1,2]); typedArray.length // 3 typedArray[0] = 5; typedArray // [5, 1, 2] ~~~ 上面代码使用TypedArray视图的`Uint8Array`构造函数,新建一个不带符号的8位整数视图。可以看到,`Uint8Array`直接使用普通数组作为参数,对底层内存的赋值同时完成。 ### ArrayBuffer.prototype.byteLength # `ArrayBuffer`实例的`byteLength`属性,返回所分配的内存区域的字节长度。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(32); buffer.byteLength // 32 ~~~ 如果要分配的内存区域很大,有可能分配失败(因为没有那么多的连续空余内存),所以有必要检查是否分配成功。 ~~~ if (buffer.byteLength === n) { // 成功 } else { // 失败 } ~~~ ### ArrayBuffer.prototype.slice() # `ArrayBuffer`实例有一个`slice`方法,允许将内存区域的一部分,拷贝生成一个新的`ArrayBuffer`对象。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(8); var newBuffer = buffer.slice(0, 3); ~~~ 上面代码拷贝`buffer`对象的前3个字节(从0开始,到第3个字节前面结束),生成一个新的`ArrayBuffer`对象。`slice`方法其实包含两步,第一步是先分配一段新内存,第二步是将原来那个`ArrayBuffer`对象拷贝过去。 `slice`方法接受两个参数,第一个参数表示拷贝开始的字节序号(含该字节),第二个参数表示拷贝截止的字节序号(不含该字节)。如果省略第二个参数,则默认到原`ArrayBuffer`对象的结尾。 除了`slice`方法,`ArrayBuffer`对象不提供任何直接读写内存的方法,只允许在其上方建立视图,然后通过视图读写。 ### ArrayBuffer.isView() # `ArrayBuffer`有一个静态方法`isView`,返回一个布尔值,表示参数是否为`ArrayBuffer`的视图实例。这个方法大致相当于判断参数,是否为TypedArray实例或`DataView`实例。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(8); ArrayBuffer.isView(buffer) // false var v = new Int32Array(buffer); ArrayBuffer.isView(v) // true ~~~ ## TypedArray视图 ### 概述 # `ArrayBuffer`对象作为内存区域,可以存放多种类型的数据。同一段内存,不同数据有不同的解读方式,这就叫做“视图”(view)。`ArrayBuffer`有两种视图,一种是TypedArray视图,另一种是`DataView`视图。前者的数组成员都是同一个数据类型,后者的数组成员可以是不同的数据类型。 目前,TypedArray视图一共包括9种类型,每一种视图都是一种构造函数。 * **`Int8Array`**:8位有符号整数,长度1个字节。 * **`Uint8Array`**:8位无符号整数,长度1个字节。 * **`Uint8ClampedArray`**:8位无符号整数,长度1个字节,溢出处理不同。 * **`Int16Array`**:16位有符号整数,长度2个字节。 * **`Uint16Array`**:16位无符号整数,长度2个字节。 * **`Int32Array`**:32位有符号整数,长度4个字节。 * **`Uint32Array`**:32位无符号整数,长度4个字节。 * **`Float32Array`**:32位浮点数,长度4个字节。 * **`Float64Array`**:64位浮点数,长度8个字节。 这9个构造函数生成的数组,统称为TypedArray视图。它们很像普通数组,都有`length`属性,都能用方括号运算符(`[]`)获取单个元素,所有数组的方法,在它们上面都能使用。普通数组与TypedArray数组的差异主要在以下方面。 * TypedArray数组的所有成员,都是同一种类型。 * TypedArray数组的成员是连续的,不会有空位。 * TypedArray数组成员的默认值为0。比如,`new Array(10)`返回一个普通数组,里面没有任何成员,只是10个空位;`new Uint8Array(10)`返回一个TypedArray数组,里面10个成员都是0。 * TypedArray数组只是一层视图,本身不储存数据,它的数据都储存在底层的`ArrayBuffer`对象之中,要获取底层对象必须使用`buffer`属性。 ### 构造函数 # TypedArray数组提供9种构造函数,用来生成相应类型的数组实例。 构造函数有多种用法。 **(1)TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)** 同一个`ArrayBuffer`对象之上,可以根据不同的数据类型,建立多个视图。 ~~~ // 创建一个8字节的ArrayBuffer var b = new ArrayBuffer(8); // 创建一个指向b的Int32视图,开始于字节0,直到缓冲区的末尾 var v1 = new Int32Array(b); // 创建一个指向b的Uint8视图,开始于字节2,直到缓冲区的末尾 var v2 = new Uint8Array(b, 2); // 创建一个指向b的Int16视图,开始于字节2,长度为2 var v3 = new Int16Array(b, 2, 2); ~~~ 上面代码在一段长度为8个字节的内存(`b`)之上,生成了三个视图:`v1`、`v2`和`v3`。 视图的构造函数可以接受三个参数: * 第一个参数(必需):视图对应的底层`ArrayBuffer`对象。 * 第二个参数(可选):视图开始的字节序号,默认从0开始。 * 第三个参数(可选):视图包含的数据个数,默认直到本段内存区域结束。 因此,`v1`、`v2`和`v3`是重叠的:`v1[0]`是一个32位整数,指向字节0~字节3;`v2[0]`是一个8位无符号整数,指向字节2;`v3[0]`是一个16位整数,指向字节2~字节3。只要任何一个视图对内存有所修改,就会在另外两个视图上反应出来。 注意,`byteOffset`必须与所要建立的数据类型一致,否则会报错。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(8); var i16 = new Int16Array(buffer, 1); // Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2 ~~~ 上面代码中,新生成一个8个字节的`ArrayBuffer`对象,然后在这个对象的第一个字节,建立带符号的16位整数视图,结果报错。因为,带符号的16位整数需要两个字节,所以`byteOffset`参数必须能够被2整除。 如果想从任意字节开始解读`ArrayBuffer`对象,必须使用`DataView`视图,因为TypedArray视图只提供9种固定的解读格式。 **(2)TypedArray(length)** 视图还可以不通过`ArrayBuffer`对象,直接分配内存而生成。 ~~~ var f64a = new Float64Array(8); f64a[0] = 10; f64a[1] = 20; f64a[2] = f64a[0] + f64a[1]; ~~~ 上面代码生成一个8个成员的`Float64Array`数组(共64字节),然后依次对每个成员赋值。这时,视图构造函数的参数就是成员的个数。可以看到,视图数组的赋值操作与普通数组的操作毫无两样。 **(3)TypedArray(typedArray)** TypedArray数组的构造函数,可以接受另一个TypedArray实例作为参数。 ~~~ var typedArray = new Int8Array(new Uint8Array(4)); ~~~ 上面代码中,`Int8Array`构造函数接受一个`Uint8Array`实例作为参数。 注意,此时生成的新数组,只是复制了参数数组的值,对应的底层内存是不一样的。新数组会开辟一段新的内存储存数据,不会在原数组的内存之上建立视图。 ~~~ var x = new Int8Array([1, 1]); var y = new Int8Array(x); x[0] // 1 y[0] // 1 x[0] = 2; y[0] // 1 ~~~ 上面代码中,数组`y`是以数组`x`为模板而生成的,当`x`变动的时候,`y`并没有变动。 如果想基于同一段内存,构造不同的视图,可以采用下面的写法。 ~~~ 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)** 构造函数的参数也可以是一个普通数组,然后直接生成TypedArray实例。 ~~~ var typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]); ~~~ 注意,这时TypedArray视图会重新开辟内存,不会在原数组的内存上建立视图。 上面代码从一个普通的数组,生成一个8位无符号整数的TypedArray实例。 TypedArray数组也可以转换回普通数组。 ~~~ var normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray); ~~~ ### 数组方法 # 普通数组的操作方法和属性,对TypedArray数组完全适用。 * `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,请参阅数组方法的介绍,这里不再重复了。 注意,TypedArray数组没有`concat`方法。如果想要合并多个TypedArray数组,可以用下面这个函数。 ~~~ 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数组与普通数组一样,部署了Iterator接口,所以可以被遍历。 ~~~ let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); for (let byte of ui8) { console.log(byte); } // 0 // 1 // 2 ~~~ ### 字节序 # 字节序指的是数值在内存中的表示方式。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(16); var int32View = new Int32Array(buffer); for (var i = 0; i < int32View.length; i++) { int32View[i] = i * 2; } ~~~ 上面代码生成一个16字节的`ArrayBuffer`对象,然后在它的基础上,建立了一个32位整数的视图。由于每个32位整数占据4个字节,所以一共可以写入4个整数,依次为0,2,4,6。 如果在这段数据上接着建立一个16位整数的视图,则可以读出完全不一样的结果。 ~~~ 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 ~~~ 由于每个16位整数占据2个字节,所以整个`ArrayBuffer`对象现在分成8段。然后,由于x86体系的计算机都采用小端字节序(little endian),相对重要的字节排在后面的内存地址,相对不重要字节排在前面的内存地址,所以就得到了上面的结果。 比如,一个占据四个字节的16进制数`0x12345678`,决定其大小的最重要的字节是“12”,最不重要的是“78”。小端字节序将最不重要的字节排在前面,储存顺序就是`78563412`;大端字节序则完全相反,将最重要的字节排在前面,储存顺序就是`12345678`。目前,所有个人电脑几乎都是小端字节序,所以TypedArray数组内部也采用小端字节序读写数据,或者更准确的说,按照本机操作系统设定的字节序读写数据。 这并不意味大端字节序不重要,事实上,很多网络设备和特定的操作系统采用的是大端字节序。这就带来一个严重的问题:如果一段数据是大端字节序,TypedArray数组将无法正确解析,因为它只能处理小端字节序!为了解决这个问题,JavaScript引入`DataView`对象,可以设定字节序,下文会详细介绍。 下面是另一个例子。 ~~~ // 假定某段buffer包含如下字节 [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); // 计算机采用小端字节序 // 所以头两个字节等于258 if (uInt16View[0] === 258) { console.log('OK'); // "OK" } // 赋值运算 uInt16View[0] = 255; // 字节变为[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07] uInt16View[0] = 0xff05; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07] uInt16View[1] = 0x0210; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02] ~~~ 下面的函数可以用来判断,当前视图是小端字节序,还是大端字节序。 ~~~ 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'); } } ~~~ 总之,与普通数组相比,TypedArray数组的最大优点就是可以直接操作内存,不需要数据类型转换,所以速度快得多。 ### BYTES_PER_ELEMENT属性 # 每一种视图的构造函数,都有一个`BYTES_PER_ELEMENT`属性,表示这种数据类型占据的字节数。 ~~~ 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 ~~~ 这个属性在TypedArray实例上也能获取,即有`TypedArray.prototype.BYTES_PER_ELEMENT`。 ### ArrayBuffer与字符串的互相转换 # `ArrayBuffer`转为字符串,或者字符串转为`ArrayBuffer`,有一个前提,即字符串的编码方法是确定的。假定字符串采用UTF-16编码(JavaScript的内部编码方式),可以自己编写转换函数。 ~~~ // ArrayBuffer转为字符串,参数为ArrayBuffer对象 function ab2str(buf) { return String.fromCharCode.apply(null, new Uint16Array(buf)); } // 字符串转为ArrayBuffer对象,参数为字符串 function str2ab(str) { var buf = new ArrayBuffer(str.length * 2); // 每个字符占用2个字节 var bufView = new Uint16Array(buf); for (var i = 0, strLen = str.length; i < strLen; i++) { bufView[i] = str.charCodeAt(i); } return buf; } ~~~ ### 溢出 # 不同的视图类型,所能容纳的数值范围是确定的。超出这个范围,就会出现溢出。比如,8位视图只能容纳一个8位的二进制值,如果放入一个9位的值,就会溢出。 TypedArray数组的溢出处理规则,简单来说,就是抛弃溢出的位,然后按照视图类型进行解释。 ~~~ var uint8 = new Uint8Array(1); uint8[0] = 256; uint8[0] // 0 uint8[0] = -1; uint8[0] // 255 ~~~ 上面代码中,`uint8`是一个8位视图,而256的二进制形式是一个9位的值`100000000`,这时就会发生溢出。根据规则,只会保留后8位,即`00000000`。`uint8`视图的解释规则是无符号的8位整数,所以`00000000`就是`0`。 负数在计算机内部采用“2的补码”表示,也就是说,将对应的正数值进行否运算,然后加`1`。比如,`-1`对应的正值是`1`,进行否运算以后,得到`11111110`,再加上`1`就是补码形式`11111111`。`uint8`按照无符号的8位整数解释`11111111`,返回结果就是`255`。 一个简单转换规则,可以这样表示。 * 正向溢出(overflow):当输入值大于当前数据类型的最大值,结果等于当前数据类型的最小值加上余值,再减去1。 * 负向溢出(underflow):当输入值小于当前数据类型的最小值,结果等于当前数据类型的最大值减去余值,再加上1。 请看下面的例子。 ~~~ var int8 = new Int8Array(1); int8[0] = 128; int8[0] // -128 int8[0] = -129; int8[0] // 127 ~~~ 上面例子中,`int8`是一个带符号的8位整数视图,它的最大值是127,最小值是-128。输入值为`128`时,相当于正向溢出`1`,根据“最小值加上余值,再减去1”的规则,就会返回`-128`;输入值为`-129`时,相当于负向溢出`1`,根据“最大值减去余值,再加上1”的规则,就会返回`127`。 `Uint8ClampedArray`视图的溢出规则,与上面的规则不同。它规定,凡是发生正向溢出,该值一律等于当前数据类型的最大值,即255;如果发生负向溢出,该值一律等于当前数据类型的最小值,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`是一个`Uint8ClampedArray`视图,正向溢出时都返回255,负向溢出都返回0。 ### TypedArray.prototype.buffer # TypedArray实例的`buffer`属性,返回整段内存区域对应的`ArrayBuffer`对象。该属性为只读属性。 ~~~ var a = new Float32Array(64); var b = new Uint8Array(a.buffer); ~~~ 上面代码的`a`视图对象和`b`视图对象,对应同一个`ArrayBuffer`对象,即同一段内存。 ### TypedArray.prototype.byteLength,TypedArray.prototype.byteOffset # `byteLength`属性返回TypedArray数组占据的内存长度,单位为字节。`byteOffset`属性返回TypedArray数组从底层`ArrayBuffer`对象的哪个字节开始。这两个属性都是只读属性。 ~~~ 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`属性表示TypedArray数组含有多少个成员。注意将`byteLength`属性和`length`属性区分,前者是字节长度,后者是成员长度。 ~~~ var a = new Int16Array(8); a.length // 8 a.byteLength // 16 ~~~ ### TypedArray.prototype.set() # TypedArray数组的`set`方法用于复制数组(普通数组或TypedArray数组),也就是将一段内容完全复制到另一段内存。 ~~~ var a = new Uint8Array(8); var b = new Uint8Array(8); b.set(a); ~~~ 上面代码复制`a`数组的内容到`b`数组,它是整段内存的复制,比一个个拷贝成员的那种复制快得多。 `set`方法还可以接受第二个参数,表示从`b`对象的哪一个成员开始复制`a`对象。 ~~~ var a = new Uint16Array(8); var b = new Uint16Array(10); b.set(a, 2) ~~~ 上面代码的`b`数组比`a`数组多两个成员,所以从`b[2]`开始复制。 ### TypedArray.prototype.subarray() # `subarray`方法是对于TypedArray数组的一部分,再建立一个新的视图。 ~~~ var a = new Uint16Array(8); var b = a.subarray(2,3); a.byteLength // 16 b.byteLength // 2 ~~~ `subarray`方法的第一个参数是起始的成员序号,第二个参数是结束的成员序号(不含该成员),如果省略则包含剩余的全部成员。所以,上面代码的`a.subarray(2,3)`,意味着b只包含`a[2]`一个成员,字节长度为2。 ### TypedArray.prototype.slice() # TypeArray实例的`slice`方法,可以返回一个指定位置的新的TypedArray实例。 ~~~ let ui8 = Uint8Array.of(0, 1, 2); ui8.slice(-1) // Uint8Array [ 2 ] ~~~ 上面代码中,`ui8`是8位无符号整数数组视图的一个实例。它的`slice`方法可以从当前视图之中,返回一个新的视图实例。 `slice`方法的参数,表示原数组的具体位置,开始生成新数组。负值表示逆向的位置,即-1为倒数第一个位置,-2表示倒数第二个位置,以此类推。 ### TypedArray.of() # TypedArray数组的所有构造函数,都有一个静态方法`of`,用于将参数转为一个TypedArray实例。 ~~~ Float32Array.of(0.151, -8, 3.7) // Float32Array [ 0.151, -8, 3.7 ] ~~~ 下面三种方法都会生成同样一个TypedArray数组。 ~~~ // 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() # 静态方法`from`接受一个可遍历的数据结构(比如数组)作为参数,返回一个基于这个结构的TypedArray实例。 ~~~ Uint16Array.from([0, 1, 2]) // Uint16Array [ 0, 1, 2 ] ~~~ 这个方法还可以将一种TypedArray实例,转为另一种。 ~~~ var ui16 = Uint16Array.from(Uint8Array.of(0, 1, 2)); ui16 instanceof Uint16Array // true ~~~ `from`方法还可以接受一个函数,作为第二个参数,用来对每个元素进行遍历,功能类似`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`方法没有发生溢出,这说明遍历不是针对原来的8位整数数组。也就是说,`from`会将第一个参数指定的TypedArray数组,拷贝到另一段内存之中,处理之后再将结果转成指定的数组格式。 ## 复合视图 # 由于视图的构造函数可以指定起始位置和长度,所以在同一段内存之中,可以依次存放不同类型的数据,这叫做“复合视图”。 ~~~ 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); ~~~ 上面代码将一个24字节长度的`ArrayBuffer`对象,分成三个部分: * 字节0到字节3:1个32位无符号整数 * 字节4到字节19:16个8位整数 * 字节20到字节23:1个32位浮点数 这种数据结构可以用如下的C语言描述: ~~~ struct someStruct { unsigned long id; char username[16]; float amountDue; }; ~~~ ## DataView视图 # 如果一段数据包括多种类型(比如服务器传来的HTTP数据),这时除了建立`ArrayBuffer`对象的复合视图以外,还可以通过`DataView`视图进行操作。 `DataView`视图提供更多操作选项,而且支持设定字节序。本来,在设计目的上,`ArrayBuffer`对象的各种TypedArray视图,是用来向网卡、声卡之类的本机设备传送数据,所以使用本机的字节序就可以了;而`DataView`视图的设计目的,是用来处理网络设备传来的数据,所以大端字节序或小端字节序是可以自行设定的。 `DataView`视图本身也是构造函数,接受一个`ArrayBuffer`对象作为参数,生成视图。 ~~~ DataView(ArrayBuffer buffer [, 字节起始位置 [, 长度]]); ~~~ 下面是一个例子。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(24); var dv = new DataView(buffer); ~~~ `DataView`实例有以下属性,含义与TypedArray实例的同名方法相同。 * `DataView.prototype.buffer`:返回对应的ArrayBuffer对象 * `DataView.prototype.byteLength`:返回占据的内存字节长度 * `DataView.prototype.byteOffset`:返回当前视图从对应的ArrayBuffer对象的哪个字节开始 `DataView`实例提供8个方法读取内存。 * **`getInt8`**:读取1个字节,返回一个8位整数。 * **`getUint8`**:读取1个字节,返回一个无符号的8位整数。 * **`getInt16`**:读取2个字节,返回一个16位整数。 * **`getUint16`**:读取2个字节,返回一个无符号的16位整数。 * **`getInt32`**:读取4个字节,返回一个32位整数。 * **`getUint32`**:读取4个字节,返回一个无符号的32位整数。 * **`getFloat32`**:读取4个字节,返回一个32位浮点数。 * **`getFloat64`**:读取8个字节,返回一个64位浮点数。 这一系列`get`方法的参数都是一个字节序号(不能是负数,否则会报错),表示从哪个字节开始读取。 ~~~ var buffer = new ArrayBuffer(24); var dv = new DataView(buffer); // 从第1个字节读取一个8位无符号整数 var v1 = dv.getUint8(0); // 从第2个字节读取一个16位无符号整数 var v2 = dv.getUint16(1); // 从第4个字节读取一个16位无符号整数 var v3 = dv.getUint16(3); ~~~ 上面代码读取了`ArrayBuffer`对象的前5个字节,其中有一个8位整数和两个十六位整数。 如果一次读取两个或两个以上字节,就必须明确数据的存储方式,到底是小端字节序还是大端字节序。默认情况下,`DataView`的`get`方法使用大端字节序解读数据,如果需要使用小端字节序解读,必须在`get`方法的第二个参数指定`true`。 ~~~ // 小端字节序 var v1 = dv.getUint16(1, true); // 大端字节序 var v2 = dv.getUint16(3, false); // 大端字节序 var v3 = dv.getUint16(3); ~~~ DataView视图提供8个方法写入内存。 * **`setInt8`**:写入1个字节的8位整数。 * **`setUint8`**:写入1个字节的8位无符号整数。 * **`setInt16`**:写入2个字节的16位整数。 * **`setUint16`**:写入2个字节的16位无符号整数。 * **`setInt32`**:写入4个字节的32位整数。 * **`setUint32`**:写入4个字节的32位无符号整数。 * **`setFloat32`**:写入4个字节的32位浮点数。 * **`setFloat64`**:写入8个字节的64位浮点数。 这一系列`set`方法,接受两个参数,第一个参数是字节序号,表示从哪个字节开始写入,第二个参数为写入的数据。对于那些写入两个或两个以上字节的方法,需要指定第三个参数,`false`或者`undefined`表示使用大端字节序写入,`true`表示使用小端字节序写入。 ~~~ // 在第1个字节,以大端字节序写入值为25的32位整数 dv.setInt32(0, 25, false); // 在第5个字节,以大端字节序写入值为25的32位整数 dv.setInt32(4, 25); // 在第9个字节,以小端字节序写入值为2.5的32位浮点数 dv.setFloat32(8, 2.5, true); ~~~ 如果不确定正在使用的计算机的字节序,可以采用下面的判断方式。 ~~~ 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`,就是小端字节序;如果返回`false`,就是大端字节序。 ## 二进制数组的应用 # 大量的Web API用到了`ArrayBuffer`对象和它的视图对象。 ### AJAX # 传统上,服务器通过AJAX操作只能返回文本数据,即`responseType`属性默认为`text`。`XMLHttpRequest`第二版`XHR2`允许服务器返回二进制数据,这时分成两种情况。如果明确知道返回的二进制数据类型,可以把返回类型(`responseType`)设为`arraybuffer`;如果不知道,就设为`blob`。 ~~~ var xhr = new XMLHttpRequest(); xhr.open('GET', someUrl); xhr.responseType = 'arraybuffer'; xhr.onload = function () { let arrayBuffer = xhr.response; // ··· }; xhr.send(); ~~~ 如果知道传回来的是32位整数,可以像下面这样处理。 ~~~ 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 # 网页`Canvas`元素输出的二进制像素数据,就是TypedArray数组。 ~~~ 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,上面代码的`uint8ClampedArray`虽然是一个TypedArray数组,但是它的视图类型是一种针对`Canvas`元素的专有类型`Uint8ClampedArray`。这个视图类型的特点,就是专门针对颜色,把每个字节解读为无符号的8位整数,即只能取值0~255,而且发生运算的时候自动过滤高位溢出。这为图像处理带来了巨大的方便。 举例来说,如果把像素的颜色值设为`Uint8Array`类型,那么乘以一个gamma值的时候,就必须这样计算: ~~~ u8[i] = Math.min(255, Math.max(0, u8[i] * gamma)); ~~~ 因为`Uint8Array`类型对于大于255的运算结果(比如`0xFF+1`),会自动变为`0x00`,所以图像处理必须要像上面这样算。这样做很麻烦,而且影响性能。如果将颜色值设为`Uint8ClampedArray`类型,计算就简化许多。 ~~~ pixels[i] *= gamma; ~~~ `Uint8ClampedArray`类型确保将小于0的值设为0,将大于255的值设为255。注意,IE 10不支持该类型。 ### WebSocket # `WebSocket`可以通过`ArrayBuffer`,发送或接收二进制数据。 ~~~ 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取回的数据,就是`ArrayBuffer`对象。 ~~~ fetch(url) .then(function(request){ return request.arrayBuffer() }) .then(function(arrayBuffer){ // ... }); ~~~ ### File API # 如果知道一个文件的二进制数据类型,也可以将这个文件读取为`ArrayBuffer`对象。 ~~~ var fileInput = document.getElementById('fileInput'); var file = fileInput.files[0]; var reader = new FileReader(); reader.readAsArrayBuffer(file); reader.onload = function () { var arrayBuffer = reader.result; // ··· }; ~~~ 下面以处理bmp文件为例。假定`file`变量是一个指向bmp文件的文件对象,首先读取文件。 ~~~ var reader = new FileReader(); reader.addEventListener("load", processimage, false); reader.readAsArrayBuffer(file); ~~~ 然后,定义处理图像的回调函数:先在二进制数据之上建立一个`DataView`视图,再建立一个`bitmap`对象,用于存放处理后的数据,最后将图像展示在`Canvas`元素之中。 ~~~ function processimage(e) { var buffer = e.target.result; var datav = new DataView(buffer); var bitmap = {}; // 具体的处理步骤 } ~~~ 具体处理图像数据时,先处理bmp的文件头。具体每个文件头的格式和定义,请参阅有关资料。 ~~~ 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); ~~~ 接着处理图像元信息部分。 ~~~ 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); ~~~ 最后处理图像本身的像素信息。 ~~~ var start = bitmap.fileheader.bfOffBits; bitmap.pixels = new Uint8Array(buffer, start); ~~~ 至此,图像文件的数据全部处理完成。下一步,可以根据需要,进行图像变形,或者转换格式,或者展示在`Canvas`网页元素之中。