JavaScript数据类型和转换

IanLew
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JavaScript 是一种多范式的动态语言，它包含类型、运算符、标准内置（built-in）对象和方法。它的语法来源于 Java 和 C，所以这两种语言的许多语法特性同样适用于 JavaScript。

数据类型

JavaScript 是一种有着动态类型的动态语言。JavaScript 中的变量与任何特定值类型没有任何关联，并且任何变量都可以分配（重新分配）所有类型的值。

let str = 'Hello World!'
str = 123

最新的 ECMAScript 标准定义了 8 种数据类型：

  • 七种基本数据类型：
    • null：空，表示空对象的特殊关键字，JavaScript 大小写敏感的，因此 null 与 Null、NULL或变体完全不同。
    • undefined：未定义，和 null 一样是特殊关键字，表示变量未赋值时的属性。
    • Boolean：布尔，有 2 个值分别是：true 和 false。
    • Number：数字，包括整数或浮点数。
    • String：字符串，一串表示文本值的字符序列。
    • Symbol：符号，表示一种实例是唯一且不可改变的数据类型（ECMAScript 2015 新增类型）。
    • BigInt：任意精度的整数，可以安全地存储和操作大整数，甚至可以超过数字的安全整数限制。
  • 以及对象（Object）：它用于存储各种键值集合和更复杂的实体。

虽然这些数据类型相对来说比较少，但是通过他们你可以在程序中开发有用的功能。对象和函数是这门语言的另外两个基本元素。你可以把对象当作存放值的一个命名容器，然后将函数当作你的程序能够执行的步骤。

  • Function：函数，每个 JavaScript 函数实际上都是一个 Function 对象。
  • Array：数组，一个有序的元素集合，通过索引（index）来访问元素。
  • Date、RegExp、Error、Math、Map、Set等标准内置对象。

原始值

除了 Object 以外，所有类型都定义了表示在语言最低层面的不可变值，我们将这些值称为原始值。除了 null，所有原始类型都可以使用 typeof 运算符测试。typeof null 返回 object，因此必须使用 === null 来测试 null。

除了 null 和 undefined，所有原始类型都有它们相应的对象包装类型，这为处理原始值提供可用的方法。当在原始值上访问属性时，JavaScript 会自动将值包装到相应的包装对象中，并访问对象上的属性。然而，在 null 或 undefined 上访问属性时，会抛出 TypeError 异常，这需要采用可选链运算符。

原始值typeof返回值包装对象
Null"object"N/A
Undefined"undefined"N/A
Boolean"boolean"Boolean
Number"number"Number
String"string"String
BigInt"bigint"BigInt
Symbol"symbol"Symbol

Null 类型

Null 类型只有一个值：null。

Undefined 类型

Undefined 类型只有一个值：undefined。从概念上讲，undefined 表示没有任何值，null 表示没有任何对象（这也可以构成 typeof null === "object" 的接口）。当某些东西没有值时，该语言通常默认为 undefined。

  • 没有值（return;）的 return 语句，隐式返回 undefined。
  • 访问不存在的对象属性（obj.iDontExist），返回 undefined。
  • 变量声明时没有初始化（let x;），隐式初始化为 undefined。
  • 许多如 Array.prototype.find() 和 Map.prototype.get() 的方法，当没有发现元素时，返回 undefined。

null 是一个关键字，但是 undefined 是一个普通的标识符，恰好是一个全局属性。在实践中，这两个差异很小，因为 undefined 不应该被重新定义或者遮蔽。

Boolean 类型

Boolean 类型表示一个逻辑实体并且包括两个值：true 和 false。

Number 类型

Number 类型是一种基于 IEEE 754 标准的双精度 64 位二进制格式的值。它能够存储 2−10742^{-1074}（Number.MIN_VALUE）和 210242^{1024}（Number.MAX_VALUE）之间的正浮点数，以及 -2−10742^{-1074} 和 -210242^{1024} 之间的负浮点数，但是它仅能安全地存储在 -(2532^{53} − 1)（Number.MIN_SAFE_INTEGER）到 2532^{53} − 1（Number.MAX_SAFE_INTEGER）范围内的整数。超出这个范围，JavaScript 将不能安全地表示整数；相反，它们将由双精度浮点近似表示。

±(2−1074±(2^{-1074} 到 21024)2^{1024}) 范围之外的值会自动转换： 范围之外的值会自动转换：

  • 大于 Number.MAX_VALUE 的正值被转换为 +Infinity。
  • 小于 Number.MIN_VALUE 的正值被转换为 +0。
  • 小于 -Number.MAX_VALUE 的负值被转换为 -Infinity。
  • 大于 -Number.MIN_VALUE 的负值被转换为 -0。

NaN（“Not a Number”）是一个特殊种类的数值，当算术运算的结果不表示数值时，通常会遇到它。它也是 JavaScript 中唯一不等于自身的值。

BigInt 类型

BigInt 类型在 Javascript 中是一个数字的原始值，它可以表示任意大小的整数。使用 BigInt，你可以安全地存储和操作巨大的整数，甚至超过 Number 的安全整数限制（Number.MAX_SAFE_INTEGER）。BigInt 是通过将 n 附加到整数末尾或调用 BigInt() 函数来创建的。

String 类型

String 类型表示文本数据并编码为 UTF-16 代码单位的 16 位无符号整数值序列。字符串中的每个元素在字符串中占据一个位置。第一个元素的索引为 0，下一个是索引 1，依此类推。字符串的长度是它的元素的数量。

  • 使用 substring() 获取原始的子字符串。
  • 使用串联运算符（+）或 concat() 将两个字符串串联。

表示文本数据时候推荐使用字符串。当需要表示复杂的数据时，使用字符串解析并使用适当的抽象。

Symbol 类型

Symbol 是唯一并且不可变的原始值并且可以用来作为对象属性的键。在某些程序语言当中，Symbol 也被称作“原子类型”（atom）。symbol 的目的是去创建一个唯一属性键，保证不会与其他代码中的键产生冲突。

数字转换为字符串

  • 模板字符串：`${x}` 为嵌入的表达式执行上面的字符串强制转换步骤。
  • String() 函数：String(x) 使用相同的算法去转换 x，只是 Symbol 不会抛出 TypeError，而是返回 "Symbol(description)"，其中 description 是对 Symbol 的描述。
  • 使用 + 运算符："" + x 将其操作数强制转为原始值，而不是字符串，并且对于某些对象，其行为与普通字符串强制转换完全不同。

字符串转换为数字

  • 一元运算符：±x 完全按照数值强制转换步骤来转换。
  • 算术运算符：除了 + 有可能把运算子转为字符串，- / * / / 会把运算子自动转成数值。
  • Number() 函数：Number(x) 使用相同的算法转换 x，除了 BigInt 不会抛出 TypeError，而是返回它的 Number 值，并且可能损失精度。
  • Number.parseFloat() 和 Number.parseInt() 与 Number() 相似，但只转换字符串，并且解析规则略有不同。

其他类型转换为布尔值

可使用一元运算符 ! 进行显示转换。默认系统内部会自动调用 Boolean() 函数，因此除了 undefined、null、±0、NaN和 ''（空字符串） 五个值，其他都是自动转为 true。

类型强制转换

JavaScript 也是一个弱类型语言，这意味着当操作涉及不匹配的类型是否，它将允许隐式类型转换，而不是抛出一个错误。

const foo = 42
const result = foo + '1'

强制隐式转换是非常方便的，但是如果开发者不打算转换，或者打算向另一个方向转换，则会存在潜在的隐患。对于 symbol 和 BigInt，JavaScript 总是不允许某些隐式类型转换。

原始值类型强制转换

强制原始值转换用于得到一个期望的原始值，但对实际类型应该是什么并没有强烈的偏好。通常情况下可以接受 String 、Number 或 BigInt。

如果值已经是原始值，则此操作不会进行任何转换。对象按以下顺序调用它的 [@@toPrimitive]()（将 hint 作为 default）、valueOf() 和 toString() 方法，将其转换为原始值。注意，原始值转换会在 toString() 方法之前调用 valueOf() 方法，这与强制数字类型转换的行为相似，但与强制字符串类型转换不同。

[@@toPrimitive]() 方法，如果存在，则必须返回原始值——返回对象，会导致 TypeError。对于 valueOf() 和 toString()，如果其中一个返回对象，则忽略其返回值，从而使用另一个的返回值；如果两者都不存在，或者两者都没有返回一个原始值，则抛出 TypeError。

在强制转换为任意的原始类型时，[@@toPrimitive]() 方法总是优先调用。原始值的强制转换的行为通常与强制 number 类型类似，因为优先调用 valueOf()；然而，有着自定义 [@@toPrimitive]() 方法的对象可以选择返回任意的原始值。

Date 和 Symbol 对象是唯一重写 [@@toPrimitive]() 方法的对象。Date.prototype[@@toPrimitive]() 将 "default" hint 视为 "string"，而 Symbol.prototype[@@toPrimitive]() 忽略 hint 并始终返回一个 symbol。

数字类型强制转换

有两种数字类型：number 和 BigInt。有时候，该语言尤其希望是 number 或 BigInt；其他时候，它可能容忍并且根据运算对象的类型不同执行不同的运算。

强制数字类型转换与强制 number 类型转换几乎相同，只是 BigInt 会按原样返回，而不是引起 TypeError。强制数字类型转换用于所有算术运算，因为它们重载了 number 和 BigInt 类型。唯一例外的是一元加，它总是强制 number 类型转换。

  • 对于 Number 则总是返回自己。
  • undefined 变成了 NaN。
  • null 变成了 0。
  • true 变成了 1；false 变成了 0。
  • 如果它们包含数字字面量，字符串通过解析它们来转换。如果解析失败，返回的结果为 NaN。与实际数字字面量相比，它们有一些细微的差别。
    • 忽略前导和尾随空格/行终止符。
    • 前导数值 0 不会导致该数值成为八进制文本（或在严格模式下被拒绝）。
    • + 和 - 允许在字符串的开头指示其符号然而，该标志只能出现一次，不得后跟空格。
    • Infinity 和 -Infinity 被当作是字面量。在实际代码中，它们是全局变量。
    • 空字符串或仅空格字符串转换为 0。
    • 不允许使用数字分隔符。
  • BigInt 抛出 TypeError，以防止意外的强制隐式转换损失精度。
  • Symbol 抛出 TypeError。
  • 对象首先按顺序调用 [@@toPrimitive]()（将 "number" 作为 hint）、valueOf() 和 toString() 方法将其转换为原始值。然后将生成的原始值转换为数值。

整数转换

一些操作需要整数，最值得注意的是那些适用于数组/字符串索引、日期/时间组件和数值基数的整数。执行上述数值强制转换步骤后，结果被截断为整数（通过丢弃分数部分）。如果数值为 ±Infinity，则按原样返回。如果数值是 NaN 或 -0，则返回为 0。因此，结果总是整数（不是 -0）或 ±Infinity。

值得注意的是，当转换到整数时，undefined 和 null 都会变成 0，因为 undefined 被转换为 NaN，NaN 也变成了 0。

固定宽度数值转换

JavaScript 有一些较低级别的函数，用于处理整数的二进制编码，最值得注意的是按位运算和 TypedArray 对象。按位运算总是将操作数转换为 32 位整数。在这些情况下，将值转换为数值后，然后首先截断小数部分，然后在整数的二进制的补码编码中取最低位，将数值归一化为给定的宽度。

字符串类型强制转换

许多内置操作首先将它们的参数强制转换为字符串。

  • 字符串按原样返回。
  • undefined 转换成 "undefined"。
  • null 转换成 "null"。
  • true 转换成 "true"；false 转换成 "false"。
  • 使用与 toString(10) 相同的算法转换数字。
  • 使用与 toString(10) 相同的算法转换 BigInt。
  • Symbol 抛出 TypeError。
  • 对于对象，首先，通过依次调用其 [@@toPrimitive]()（hint 为 "string"）、toString() 和 valueOf() 方法将其转换为原始值。然后将生成的原始值转换为一个字符串。

对象类型强制转换

许多内置操作首先将它们的参数强制转换为对象。

  • 对象则按原样返回。
  • undefined 和 null 则抛出 TypeError。
  • Number、String、Boolean、Symbol、BigInt 等基本类型被封装成其对应的基本类型对象。

在 JavaScript 中实现相同效果的最佳方式是使用 Object() 构造函数。Object(x) 可以将 x 转换为对象，对于 undefined 或 null，它会返回一个普通对象而不是抛出 TypeError 异常。使用对象强制转换的地方包括：

  • for...in 循环的 object 参数。
  • Array 方法的 this 值。
  • Object 方法的参数，如 Object.keys()。
  • 当访问基本类型的属性时进行自动转换，因为基本类型没有属性。
  • 在调用非严格函数时的 this 值。基本类型值被封装为对象，而 null 和 undefined 被替换为全局对象。

其他类型强制转换

所有的数据类型，除了 Null、Undefined 以及 Symbol，都有它们各自的强制过程。有三种不同的路径可以将对象转换为原始值：

  • 强制原始值转换：[@@toPrimitive]("default") → valueOf() → toString()
  • 强制数字类型转换、强制 number 类型转换、强制 BigInt 类型转换：[@@toPrimitive]("number") → valueOf() → toString()
  • 强制字符串类型转换：[@@toPrimitive]("string") → toString() → valueOf()

在所有情况下，[@@toPrimitive]() 如果存在，必须可调用并返回原始值，而如果它们不可调用或返回对象，valueOf 或 toString 将被忽略。在过程结束时，如果成功，结果保证是原始值。然后，由此产生的原始值会进一步强制类型转换，具体取决于上下文。

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