ArrayBuffer DataView 数据存储方式 字节序处理

[pkjy]

Javascript在数据的处理上一直不是强项，比如数字不分整型和浮点数统一使用了64位浮点数，如果涉及到二进制运算则显得非常无力，在数据传输上也非常浪费带宽。在ES6针对Javascript二进制数据处理上的无力引入了原始缓冲区ArrayBuffer，并且还提供了多种位数的int类型数组以及数据视图来处理数据。

ArrayBuffer & DataView

图解

用一个 Int8 的确定类型数组来分离存放 8 位二进制字节。

用一个无符号的 Int16 数组来分离存放 16 位二进制字节，这样如果是一个无符号的整数也能处理。

甚至可以在相同基础的 buffer 上使用不同的 view，同样的操作不同的 view 会给你不同的结果。

比如，如果我们在这个 ArrayBuffer 中从 Int8 view 里获取了元素 0 和 1，在 Uint16 view 中元素 0 会返回给我们不同的值，尽管它们包含的是完全相同的二进制字节。

在这种方式中，ArrayBuffer 基本上扮演了一个原生内存的角色，它模拟了像 C 语言才有的那种直接访问内存的方式。

你可能想知道为什么我们不让程序直接访问内存，而是添加了这种抽象层。直接访问内存将导致一些安全漏洞。

更多ArrayBuffer的基础介绍可参考 《JavaScript 标准参考教程》-阮一峰-二进制数组

数据的存储方式

一个整型数字写成2进制之后以书写习惯来说左边是高位，右边是低位。举个例子，int8的5使用二进制是这么表示的：

0000 0101

最左边的0是符号位，表示非负数，101则是5的二进制写法。

负数无法使用非负数的规则来表示，比如-1用非负数的规则表示是：

1000 0001

考虑到-1如果加上1值应该为0，那么该值加上1却会变成-2：

1000 0010

也就是在计算方式上出现问题了，所以二进制是采用了补码的方式来表示，补码可以完全不考虑符号位，它的规则如下：

• 非负数直接用正常的二进制数表示
• 负数是绝对值二进制取反加1

按这种规则，-1的绝对值二进制是：

0000 0001

取反后是：

1111 1110

再加1则是：

1111 1111

我们再尝试给它加上1，看看值是多少：

1 0000 0000

明显高位溢出了，于是将高位多余的1截掉变成：

0000 0000

它的值如我们所料是0，这就是补码。uint8由于没有正负之分，它的所有值都是非负数，所以就不需要考虑补码。

数据溢出截断

首先需要了解一下int16用二进制是如何表示的，以3850为例子，它的二进制表示方式是这样子的：

00001111 00001010

int16占了两个字节，因此它被截成两断，我们把左边的字节称为高位字节，右边的字节称为低位字节。在内存中它是如何存放的呢？建立一个Int8Array来看一下：

var buffer = new ArrayBuffer(2);
var int16Array = new Int16Array(buffer);
var int8Array = new Int8Array(buffer);
int16Array[0] = 3850;
// Int16Array [ 3850 ]
console.log(int16Array);
// Int8Array [ 10, 15 ]
console.log(int8Array);

从运行结果看，3850被截断成两个int8值：

int8Array[0] = 10 = 00001010
int8Array[1] = 15 = 00001111

看起来很反人类是吧？高位字节不是放在左边下标为0的字节上，却放在右边下标为1的字节上，跟我们的书写习惯反过来了！

事实上，数据在内存中存储并没有硬性规则高位字节必须放在左边（虽然它更符合人类阅读习惯），具体实现也是根据当前CPU的实现。大多数计算机是以高位优先的顺序存放数据（即高位在左，低位在右），但基于Intel CPU的计算机则是反过来以低位优先存放数据，我的本子就是Intel CPU的，因此我的运行结果就是Int8Array [ 10, 15 ]，或许换个电脑就会变成Int8Array [ 15, 10 ]。

那么当数据溢出截断又是怎么处理的？尝试着给一个int8字节赋值3850，看看最终得到的值是什么:

var int8Array = new Int8Array([3850]);
//Int8Array [ 10 ]
console.log(int8Array);

很明显，它把15抛弃了，也就是保存了低位字节，抛弃高位。事实上，溢出处理在各种CPU上都是保留低位能保留的字节，把高位的截断，这个与数据存储是按高位优先还是低位优先没什么关系。

字节序处理

请先看以下示例代码在我机子上跑的情况：

var buffer = new ArrayBuffer(2);
var view = new DataView(buffer);
var int16Array = new Int16Array(buffer);
view.setInt8(0, 10);
// 10
console.log(view.getInt8(0))
// 2560 用二进制表示是：00001010 00000000，
console.log(view.getInt16(0));
int16Array[0] = 10;
// 2560!
console.log(view.getInt16(0));

仔细看结果，很明显，view使用的是高位优先的读写方式，而TypeArray使用的是低位优先的读写方式。在内存中两个字节的数据在setInt8(0, 10)的时候会变成

00001010 00000000

按照我计算机的读写规则应该是低位优先，也就是实际上这里应该被解读成

00000000 00001010

也就是得到10，但实际上使用view却得到了2560，也就是高位优先。

DataView默认是使用big-endian方式，也就是高位优先进行读写。但在读写多字节数据的时候，可以通过传入值为true的little-endian参数来要求使用低位优先规则读写数据。

参考链接

1 《JavaScript 标准参考教程》-阮一峰-二进制数组
2 缓冲数组以及数据视图
3 通俗漫画介绍 ArrayBuffers 和 SharedArrayBuffers