• 数值的扩展


    数值的扩展

    二进制和八进制表示法

    ES6 提供了二进制和八进制数值的新的写法,分别用前缀0b(或0B)和0o(或0O)表示。

    0b111110111 === 503 // true
    0o767 === 503 // true
    

    从 ES5 开始,在严格模式之中,八进制就不再允许使用前缀0表示,ES6 进一步明确,要使用前缀0o表示。

    // 非严格模式
    (function(){
      console.log(0o11 === 011);
    })() // true
    
    // 严格模式
    (function(){
      'use strict';
      console.log(0o11 === 011);
    })() // Uncaught SyntaxError: Octal literals are not allowed in strict mode.
    

    如果要将0b0o前缀的字符串数值转为十进制,要使用Number方法。

    Number('0b111')  // 7
    Number('0o10')  // 8
    

    Number.isFinite(), Number.isNaN()

    ES6在Number对象上,新提供了Number.isFinite()Number.isNaN()两个方法。

    Number.isFinite()用来检查一个数值是否为有限的(finite)。

    Number.isFinite(15); // true
    Number.isFinite(0.8); // true
    Number.isFinite(NaN); // false
    Number.isFinite(Infinity); // false
    Number.isFinite(-Infinity); // false
    Number.isFinite('foo'); // false
    Number.isFinite('15'); // false
    Number.isFinite(true); // false
    

    ES5可以通过下面的代码,部署Number.isFinite方法。

    (function (global) {
      var global_isFinite = global.isFinite;
    
      Object.defineProperty(Number, 'isFinite', {
        value: function isFinite(value) {
          return typeof value === 'number' && global_isFinite(value);
        },
        configurable: true,
        enumerable: false,
        writable: true
      });
    })(this);
    

    Number.isNaN()用来检查一个值是否为NaN

    Number.isNaN(NaN) // true
    Number.isNaN(15) // false
    Number.isNaN('15') // false
    Number.isNaN(true) // false
    Number.isNaN(9/NaN) // true
    Number.isNaN('true'/0) // true
    Number.isNaN('true'/'true') // true
    

    ES5通过下面的代码,部署Number.isNaN()

    (function (global) {
      var global_isNaN = global.isNaN;
    
      Object.defineProperty(Number, 'isNaN', {
        value: function isNaN(value) {
          return typeof value === 'number' && global_isNaN(value);
        },
        configurable: true,
        enumerable: false,
        writable: true
      });
    })(this);
    

    它们与传统的全局方法isFinite()isNaN()的区别在于,传统方法先调用Number()将非数值的值转为数值,再进行判断,而这两个新方法只对数值有效,非数值一律返回false

    isFinite(25) // true
    isFinite("25") // true
    Number.isFinite(25) // true
    Number.isFinite("25") // false
    
    isNaN(NaN) // true
    isNaN("NaN") // true
    Number.isNaN(NaN) // true
    Number.isNaN("NaN") // false
    

    Number.parseInt(), Number.parseFloat()

    ES6将全局方法parseInt()parseFloat(),移植到Number对象上面,行为完全保持不变。

    // ES5的写法
    parseInt('12.34') // 12
    parseFloat('123.45#') // 123.45
    
    // ES6的写法
    Number.parseInt('12.34') // 12
    Number.parseFloat('123.45#') // 123.45
    

    这样做的目的,是逐步减少全局性方法,使得语言逐步模块化。

    Number.parseInt === parseInt // true
    Number.parseFloat === parseFloat // true
    

    Number.isInteger()

    Number.isInteger()用来判断一个值是否为整数。需要注意的是,在JavaScript内部,整数和浮点数是同样的储存方法,所以3和3.0被视为同一个值。

    Number.isInteger(25) // true
    Number.isInteger(25.0) // true
    Number.isInteger(25.1) // false
    Number.isInteger("15") // false
    Number.isInteger(true) // false
    

    ES5可以通过下面的代码,部署Number.isInteger()

    (function (global) {
      var floor = Math.floor,
        isFinite = global.isFinite;
    
      Object.defineProperty(Number, 'isInteger', {
        value: function isInteger(value) {
          return typeof value === 'number' && isFinite(value) &&
            value > -9007199254740992 && value < 9007199254740992 &&
            floor(value) === value;
        },
        configurable: true,
        enumerable: false,
        writable: true
      });
    })(this);
    

    Number.EPSILON

    ES6在Number对象上面,新增一个极小的常量Number.EPSILON

    Number.EPSILON
    // 2.220446049250313e-16
    Number.EPSILON.toFixed(20)
    // '0.00000000000000022204'
    

    引入一个这么小的量的目的,在于为浮点数计算,设置一个误差范围。我们知道浮点数计算是不精确的。

    0.1 + 0.2
    // 0.30000000000000004
    
    0.1 + 0.2 - 0.3
    // 5.551115123125783e-17
    
    5.551115123125783e-17.toFixed(20)
    // '0.00000000000000005551'
    

    但是如果这个误差能够小于Number.EPSILON,我们就可以认为得到了正确结果。

    5.551115123125783e-17 < Number.EPSILON
    // true
    

    因此,Number.EPSILON的实质是一个可以接受的误差范围。

    function withinErrorMargin (left, right) {
      return Math.abs(left - right) < Number.EPSILON;
    }
    withinErrorMargin(0.1 + 0.2, 0.3)
    // true
    withinErrorMargin(0.2 + 0.2, 0.3)
    // false
    

    上面的代码为浮点数运算,部署了一个误差检查函数。

    安全整数和Number.isSafeInteger()

    JavaScript能够准确表示的整数范围在-2^532^53之间(不含两个端点),超过这个范围,无法精确表示这个值。

    Math.pow(2, 53) // 9007199254740992
    
    9007199254740992  // 9007199254740992
    9007199254740993  // 9007199254740992
    
    Math.pow(2, 53) === Math.pow(2, 53) + 1
    // true
    

    上面代码中,超出2的53次方之后,一个数就不精确了。

    ES6引入了Number.MAX_SAFE_INTEGERNumber.MIN_SAFE_INTEGER这两个常量,用来表示这个范围的上下限。

    Number.MAX_SAFE_INTEGER === Math.pow(2, 53) - 1
    // true
    Number.MAX_SAFE_INTEGER === 9007199254740991
    // true
    
    Number.MIN_SAFE_INTEGER === -Number.MAX_SAFE_INTEGER
    // true
    Number.MIN_SAFE_INTEGER === -9007199254740991
    // true
    

    上面代码中,可以看到JavaScript能够精确表示的极限。

    Number.isSafeInteger()则是用来判断一个整数是否落在这个范围之内。

    Number.isSafeInteger('a') // false
    Number.isSafeInteger(null) // false
    Number.isSafeInteger(NaN) // false
    Number.isSafeInteger(Infinity) // false
    Number.isSafeInteger(-Infinity) // false
    
    Number.isSafeInteger(3) // true
    Number.isSafeInteger(1.2) // false
    Number.isSafeInteger(9007199254740990) // true
    Number.isSafeInteger(9007199254740992) // false
    
    Number.isSafeInteger(Number.MIN_SAFE_INTEGER - 1) // false
    Number.isSafeInteger(Number.MIN_SAFE_INTEGER) // true
    Number.isSafeInteger(Number.MAX_SAFE_INTEGER) // true
    Number.isSafeInteger(Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1) // false
    

    这个函数的实现很简单,就是跟安全整数的两个边界值比较一下。

    Number.isSafeInteger = function (n) {
      return (typeof n === 'number' &&
        Math.round(n) === n &&
        Number.MIN_SAFE_INTEGER <= n &&
        n <= Number.MAX_SAFE_INTEGER);
    }
    

    实际使用这个函数时,需要注意。验证运算结果是否落在安全整数的范围内,不要只验证运算结果,而要同时验证参与运算的每个值。

    Number.isSafeInteger(9007199254740993)
    // false
    Number.isSafeInteger(990)
    // true
    Number.isSafeInteger(9007199254740993 - 990)
    // true
    9007199254740993 - 990
    // 返回结果 9007199254740002
    // 正确答案应该是 9007199254740003
    

    上面代码中,9007199254740993不是一个安全整数,但是Number.isSafeInteger会返回结果,显示计算结果是安全的。这是因为,这个数超出了精度范围,导致在计算机内部,以9007199254740992的形式储存。

    9007199254740993 === 9007199254740992
    // true
    

    所以,如果只验证运算结果是否为安全整数,很可能得到错误结果。下面的函数可以同时验证两个运算数和运算结果。

    function trusty (left, right, result) {
      if (
        Number.isSafeInteger(left) &&
        Number.isSafeInteger(right) &&
        Number.isSafeInteger(result)
      ) {
        return result;
      }
      throw new RangeError('Operation cannot be trusted!');
    }
    
    trusty(9007199254740993, 990, 9007199254740993 - 990)
    // RangeError: Operation cannot be trusted!
    
    trusty(1, 2, 3)
    // 3
    

    Math对象的扩展

    ES6在Math对象上新增了17个与数学相关的方法。所有这些方法都是静态方法,只能在Math对象上调用。

    Math.trunc()

    Math.trunc方法用于去除一个数的小数部分,返回整数部分。

    Math.trunc(4.1) // 4
    Math.trunc(4.9) // 4
    Math.trunc(-4.1) // -4
    Math.trunc(-4.9) // -4
    Math.trunc(-0.1234) // -0
    

    对于非数值,Math.trunc内部使用Number方法将其先转为数值。

    Math.trunc('123.456')
    // 123
    

    对于空值和无法截取整数的值,返回NaN。

    Math.trunc(NaN);      // NaN
    Math.trunc('foo');    // NaN
    Math.trunc();         // NaN
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.trunc = Math.trunc || function(x) {
      return x < 0 ? Math.ceil(x) : Math.floor(x);
    };
    

    Math.sign()

    Math.sign方法用来判断一个数到底是正数、负数、还是零。

    它会返回五种值。

    • 参数为正数,返回+1;
    • 参数为负数,返回-1;
    • 参数为0,返回0;
    • 参数为-0,返回-0;
    • 其他值,返回NaN。
    Math.sign(-5) // -1
    Math.sign(5) // +1
    Math.sign(0) // +0
    Math.sign(-0) // -0
    Math.sign(NaN) // NaN
    Math.sign('foo'); // NaN
    Math.sign();      // NaN
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.sign = Math.sign || function(x) {
      x = +x; // convert to a number
      if (x === 0 || isNaN(x)) {
        return x;
      }
      return x > 0 ? 1 : -1;
    };
    

    Math.cbrt()

    Math.cbrt方法用于计算一个数的立方根。

    Math.cbrt(-1) // -1
    Math.cbrt(0)  // 0
    Math.cbrt(1)  // 1
    Math.cbrt(2)  // 1.2599210498948734
    

    对于非数值,Math.cbrt方法内部也是先使用Number方法将其转为数值。

    Math.cbrt('8') // 2
    Math.cbrt('hello') // NaN
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.cbrt = Math.cbrt || function(x) {
      var y = Math.pow(Math.abs(x), 1/3);
      return x < 0 ? -y : y;
    };
    

    Math.clz32()

    JavaScript的整数使用32位二进制形式表示,Math.clz32方法返回一个数的32位无符号整数形式有多少个前导0。

    Math.clz32(0) // 32
    Math.clz32(1) // 31
    Math.clz32(1000) // 22
    Math.clz32(0b01000000000000000000000000000000) // 1
    Math.clz32(0b00100000000000000000000000000000) // 2
    

    上面代码中,0的二进制形式全为0,所以有32个前导0;1的二进制形式是0b1,只占1位,所以32位之中有31个前导0;1000的二进制形式是0b1111101000,一共有10位,所以32位之中有22个前导0。

    clz32这个函数名就来自”count leading zero bits in 32-bit binary representations of a number“(计算32位整数的前导0)的缩写。

    左移运算符(<<)与Math.clz32方法直接相关。

    Math.clz32(0) // 32
    Math.clz32(1) // 31
    Math.clz32(1 << 1) // 30
    Math.clz32(1 << 2) // 29
    Math.clz32(1 << 29) // 2
    

    对于小数,Math.clz32方法只考虑整数部分。

    Math.clz32(3.2) // 30
    Math.clz32(3.9) // 30
    

    对于空值或其他类型的值,Math.clz32方法会将它们先转为数值,然后再计算。

    Math.clz32() // 32
    Math.clz32(NaN) // 32
    Math.clz32(Infinity) // 32
    Math.clz32(null) // 32
    Math.clz32('foo') // 32
    Math.clz32([]) // 32
    Math.clz32({}) // 32
    Math.clz32(true) // 31
    

    Math.imul()

    Math.imul方法返回两个数以32位带符号整数形式相乘的结果,返回的也是一个32位的带符号整数。

    Math.imul(2, 4)   // 8
    Math.imul(-1, 8)  // -8
    Math.imul(-2, -2) // 4
    

    如果只考虑最后32位,大多数情况下,Math.imul(a, b)a * b的结果是相同的,即该方法等同于(a * b)|0的效果(超过32位的部分溢出)。之所以需要部署这个方法,是因为JavaScript有精度限制,超过2的53次方的值无法精确表示。这就是说,对于那些很大的数的乘法,低位数值往往都是不精确的,Math.imul方法可以返回正确的低位数值。

    (0x7fffffff * 0x7fffffff)|0 // 0
    

    上面这个乘法算式,返回结果为0。但是由于这两个二进制数的最低位都是1,所以这个结果肯定是不正确的,因为根据二进制乘法,计算结果的二进制最低位应该也是1。这个错误就是因为它们的乘积超过了2的53次方,JavaScript无法保存额外的精度,就把低位的值都变成了0。Math.imul方法可以返回正确的值1。

    Math.imul(0x7fffffff, 0x7fffffff) // 1
    

    Math.fround()

    Math.fround方法返回一个数的单精度浮点数形式。

    Math.fround(0)     // 0
    Math.fround(1)     // 1
    Math.fround(1.337) // 1.3370000123977661
    Math.fround(1.5)   // 1.5
    Math.fround(NaN)   // NaN
    

    对于整数来说,Math.fround方法返回结果不会有任何不同,区别主要是那些无法用64个二进制位精确表示的小数。这时,Math.fround方法会返回最接近这个小数的单精度浮点数。

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.fround = Math.fround || function(x) {
      return new Float32Array([x])[0];
    };
    

    Math.hypot()

    Math.hypot方法返回所有参数的平方和的平方根。

    Math.hypot(3, 4);        // 5
    Math.hypot(3, 4, 5);     // 7.0710678118654755
    Math.hypot();            // 0
    Math.hypot(NaN);         // NaN
    Math.hypot(3, 4, 'foo'); // NaN
    Math.hypot(3, 4, '5');   // 7.0710678118654755
    Math.hypot(-3);          // 3
    

    上面代码中,3的平方加上4的平方,等于5的平方。

    如果参数不是数值,Math.hypot方法会将其转为数值。只要有一个参数无法转为数值,就会返回NaN。

    对数方法

    ES6新增了4个对数相关方法。

    (1) Math.expm1()

    Math.expm1(x)返回ex - 1,即Math.exp(x) - 1

    Math.expm1(-1) // -0.6321205588285577
    Math.expm1(0)  // 0
    Math.expm1(1)  // 1.718281828459045
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.expm1 = Math.expm1 || function(x) {
      return Math.exp(x) - 1;
    };
    

    (2)Math.log1p()

    Math.log1p(x)方法返回1 + x的自然对数,即Math.log(1 + x)。如果x小于-1,返回NaN

    Math.log1p(1)  // 0.6931471805599453
    Math.log1p(0)  // 0
    Math.log1p(-1) // -Infinity
    Math.log1p(-2) // NaN
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.log1p = Math.log1p || function(x) {
      return Math.log(1 + x);
    };
    

    (3)Math.log10()

    Math.log10(x)返回以10为底的x的对数。如果x小于0,则返回NaN。

    Math.log10(2)      // 0.3010299956639812
    Math.log10(1)      // 0
    Math.log10(0)      // -Infinity
    Math.log10(-2)     // NaN
    Math.log10(100000) // 5
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.log10 = Math.log10 || function(x) {
      return Math.log(x) / Math.LN10;
    };
    

    (4)Math.log2()

    Math.log2(x)返回以2为底的x的对数。如果x小于0,则返回NaN。

    Math.log2(3)       // 1.584962500721156
    Math.log2(2)       // 1
    Math.log2(1)       // 0
    Math.log2(0)       // -Infinity
    Math.log2(-2)      // NaN
    Math.log2(1024)    // 10
    Math.log2(1 << 29) // 29
    

    对于没有部署这个方法的环境,可以用下面的代码模拟。

    Math.log2 = Math.log2 || function(x) {
      return Math.log(x) / Math.LN2;
    };
    

    三角函数方法

    ES6新增了6个三角函数方法。

    • Math.sinh(x) 返回x的双曲正弦(hyperbolic sine)
    • Math.cosh(x) 返回x的双曲余弦(hyperbolic cosine)
    • Math.tanh(x) 返回x的双曲正切(hyperbolic tangent)
    • Math.asinh(x) 返回x的反双曲正弦(inverse hyperbolic sine)
    • Math.acosh(x) 返回x的反双曲余弦(inverse hyperbolic cosine)
    • Math.atanh(x) 返回x的反双曲正切(inverse hyperbolic tangent)

    Math.signbit()

    Math.sign()用来判断一个值的正负,但是如果参数是-0,它会返回-0

    Math.sign(-0) // -0
    

    这导致对于判断符号位的正负,Math.sign()不是很有用。JavaScript 内部使用64位浮点数(国际标准IEEE 754)表示数值,IEEE 754规定第一位是符号位,0表示正数,1表示负数。所以会有两种零,+0是符号位为0时的零值,-0是符号位为1时的零值。实际编程中,判断一个值是+0还是-0非常麻烦,因为它们是相等的。

    +0 === -0 // true
    

    目前,有一个提案,引入了Math.signbit()方法判断一个数的符号位是否设置了。

    Math.signbit(2) //false
    Math.signbit(-2) //true
    Math.signbit(0) //false
    Math.signbit(-0) //true
    

    可以看到,该方法正确返回了-0的符号位是设置了的。

    该方法的算法如下。

    • 如果参数是NaN,返回false
    • 如果参数是-0,返回true
    • 如果参数是负值,返回true
    • 其他情况返回false

    指数运算符

    ES2016 新增了一个指数运算符(**)。

    2 ** 2 // 4
    2 ** 3 // 8
    

    指数运算符可以与等号结合,形成一个新的赋值运算符(**=)。

    let a = 2;
    a **= 2;
    // 等同于 a = a * a;
    
    let b = 3;
    b **= 3;
    // 等同于 b = b * b * b;
    

    注意,在 V8 引擎中,指数运算符与Math.pow的实现不相同,对于特别大的运算结果,两者会有细微的差异。

    Math.pow(99, 99)
    // 3.697296376497263e+197
    
    99 ** 99
    // 3.697296376497268e+197
    

    上面代码中,两个运算结果的最后一位有效数字是有差异的。

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