JavaScript中BigInt对象研究：基础介绍、BigInt()构造函数、静态方法asIntN、asUintN

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JavaScript中BigInt对象研究：基础介绍、BigInt()构造函数、静态方法asIntN、asUintN

随着现代应用程序对大数据和高精度计算的需求增加，JavaScript引入了BigInt类型来处理任意精度的整数。BigInt允许表示超过Number类型所能表示的安全整数范围，解决了大整数计算中的精度问题。

本文将深入研究BigInt对象，包括其基础介绍、BigInt()构造函数，以及静态方法BigInt.asIntN()和BigInt.asUintN()的用法。

一、BigInt的基础介绍

1. 什么是BigInt？

BigInt是一种内置的数值数据类型，用于表示任意精度的整数。它突破了Number类型的限制，能够表示非常大的整数，而不会因为精度不足而产生误差。

2. 为什么需要BigInt？

在JavaScript中，Number类型采用双精度64位二进制格式（IEEE 754标准），因此能安全表示的整数范围是-(2^{53}-1)到2^{53}-1，即Number.MIN_SAFE_INTEGER到Number.MAX_SAFE_INTEGER。超过这个范围的整数将无法精确表示，可能导致计算错误。

举例来说：

console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER); // 40991 console.log(40991 + 1); // 40992 console.log(40991 + 2); // 40992 (错误的结果) 

为了解决这个问题，BigInt应运而生。

二、BigInt()构造函数

1. 创建BigInt的方法

有两种方式可以创建BigInt：

• 在整数末尾添加n后缀。
• 使用BigInt()函数。

方式一：添加n后缀

const bigIntNum = n; console.log(bigIntNum); // n 

方式二：使用BigInt()函数

const bigIntNum = BigInt(""); console.log(bigIntNum); // n 

2. 注意事项

• BigInt只能表示整数，不能表示小数。
• BigInt与Number类型的数值不能直接混合运算，需要进行类型转换。

例如：

const bigIntNum = 10n; const num = 20; // 错误：TypeError: Cannot mix BigInt and other types console.log(bigIntNum + num); // 正确：将Number转换为BigInt console.log(bigIntNum + BigInt(num)); // 30n // 或者将BigInt转换为Number（可能会丢失精度） console.log(Number(bigIntNum) + num); // 30 

三、静态方法BigInt.asIntN()和BigInt.asUintN()

BigInt对象提供了两个静态方法，用于对BigInt值进行截断，模拟固定位宽的整数运算。

1. BigInt.asIntN()

定义

BigInt.asIntN(width, bigint) 

• width：位宽，指定整数的位数。
• bigint：要截断的BigInt值。

返回一个截断到指定位宽的有符号整数。

用途

用于模拟定长的有符号整数运算，例如在处理32位、64位有符号整数时，确保结果在指定的位宽范围内。

示例

const maxInt8 = 2n  (8n - 1n) - 1n; // 127n const minInt8 = -(2n  (8n - 1n)); // -128n console.log(BigInt.asIntN(8, 128n)); // -128n console.log(BigInt.asIntN(8, 127n)); // 127n console.log(BigInt.asIntN(8, 255n)); // -1n 

解释

• 当bigint超出指定位宽的范围时，asIntN会截断高位，结果可能为负数。
• 在上述示例中，128n超出了8位有符号整数的最大值127n，因此结果为-128n。

2. BigInt.asUintN()

定义

BigInt.asUintN(width, bigint) 

• width：位宽，指定整数的位数。
• bigint：要截断的BigInt值。

返回一个截断到指定位宽的无符号整数。

用途

用于模拟定长的无符号整数运算，例如在处理32位、64位无符号整数时，确保结果在指定的位宽范围内。

示例

const maxUint8 = 2n  8n - 1n; // 255n console.log(BigInt.asUintN(8, 256n)); // 0n console.log(BigInt.asUintN(8, 255n)); // 255n console.log(BigInt.asUintN(8, -1n)); // 255n 

解释

• 当bigint超出指定位宽的范围时，asUintN会截断高位，结果始终为非负数。
• 在上述示例中，-1n截断为8位无符号整数后，结果为255n。

四、BigInt的运算

1. 算术运算

BigInt支持以下算术运算符：

• 加法：+
• 减法：-
• 乘法：*
• 除法：/（整数除法，结果取整）
• 求余：%
• 幂运算：

示例

const a = 0000000000n; const b = 2n; console.log(a + b); // 0000000002n console.log(a - b); // n console.log(a * b); // 0000000000n console.log(a / b); // 000000000n console.log(a % b); // 0n console.log(b  100n); // 非常大的数 

2. 比较运算

BigInt可以与BigInt或Number进行比较运算，但不能混合进行算术运算。

const bigIntNum = 10n; const num = 20; console.log(bigIntNum < num); // true console.log(bigIntNum === BigInt(num)); // false，因为类型不同 console.log(bigIntNum == num); // true，非严格相等，类型转换 

五、BigInt的注意事项

1. 不支持小数

BigInt只能表示整数，如果在BigInt()中传入小数，会抛出SyntaxError。

// 错误示例 const invalidBigInt = BigInt(1.5); // SyntaxError 

2. 与JSON的兼容性

BigInt无法被JSON.stringify直接序列化，会抛出TypeError。

const bigIntNum = 10n; JSON.stringify(bigIntNum); // TypeError: Do not know how to serialize a BigInt 

解决方法是将BigInt转换为字符串。

const bigIntNum = 10n; const jsonStr = JSON.stringify(bigIntNum.toString()); console.log(jsonStr); // "\"10\"" 

或者使用自定义的replacer函数。

六、应用场景

• 高精度计算：需要处理超过Number.MAX_SAFE_INTEGER范围的整数计算。
• 加密算法：许多加密算法需要处理大整数。
• 精确时间戳：处理纳秒级或更高精度的时间戳。

八、参考资料

• MDN Web Docs – BigInt
• MDN Web Docs – BigInt.asIntN()
• MDN Web Docs – BigInt.asUintN()
• ECMAScript 2020 Specification – BigInt