java重要知识全解：变量和类型（二）

最新推荐文章于 2024-03-20 19:16:13 发布

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#java #java-ee #spring

本文详细探讨JavaScript中数字精度问题，涉及Number类型、IEEE754标准、小数二进制存储、装箱拆箱、类型转换规则和类型判断方法，适合理解JavaScript数值计算背后的机制。

大家好，上次给大家分享的文章，里面讲到了java学习中需要掌握的重要的知识点：变量和类型，上次讲到的是前半部分，这次我把剩下的给大家一次说完，让我们头脑风暴开始吧！

一、不老实的Number类型

为什么说Number类型不老实呢，相信大家都多多少少的在开发中遇到过小数计算不精确的问题，比如0.1+0.2!==0.3，下面我们来追本溯源，看看为什么会出现这种现象，以及该如何避免。

下面是我实现的一个简单的函数，用于判断两个小数进行加法运算是否精确：

    function judgeFloat(n, m) {
      const binaryN = n.toString(2);
      const binaryM = m.toString(2);
      console.log(`${n}的二进制是    ${binaryN}`);
      console.log(`${m}的二进制是    ${binaryM}`);
      const MN = m + n;
      const accuracyMN = (m * 100 + n * 100) / 100;
      const binaryMN = MN.toString(2);
      const accuracyBinaryMN = accuracyMN.toString(2);
      console.log(`${n}+${m}的二进制是${binaryMN}`);
      console.log(`${accuracyMN}的二进制是    ${accuracyBinaryMN}`);
      console.log(`${n}+${m}的二进制再转成十进制是${to10(binaryMN)}`);
      console.log(`${accuracyMN}的二进制是再转成十进制是${to10(accuracyBinaryMN)}`);
      console.log(`${n}+${m}在js中计算是${(to10(binaryMN) === to10(accuracyBinaryMN)) ? '' : '不'}准确的`);
    }
    function to10(n) {
      const pre = (n.split('.')[0] - 0).toString(2);
      const arr = n.split('.')[1].split('');
      let i = 0;
      let result = 0;
      while (i < arr.length) {
        result += arr[i] * Math.pow(2, -(i + 1));
        i++;
      }
      return result;
    }
    judgeFloat(0.1, 0.2);
    judgeFloat(0.6, 0.7);
复制代码

1.1 精度丢失

计算机中所有的数据都是以二进制存储的，所以在计算时计算机要把数据先转换成二进制进行计算，然后在把计算结果转换成十进制。

由上面的代码不难看出，在计算0.1+0.2时，二进制计算发生了精度丢失，导致再转换成十进制后和预计的结果不符。

1.2 对结果的分析—更多的问题

0.1和0.2的二进制都是以1100无限循环的小数，下面逐个来看JS帮我们计算所得的结果：

0.1的二进制：

0.0001100110011001100110011001100110011001100110011001101
复制代码

0.2的二进制：

0.001100110011001100110011001100110011001100110011001101
复制代码

理论上讲，由上面的结果相加应该：：

0.0100110011001100110011001100110011001100110011001100111
复制代码

实际JS计算得到的0.1+0.2的二进制

0.0100110011001100110011001100110011001100110011001101
复制代码

看到这里你可能会产生更多的问题：

为什么 js计算出的 0.1的二进制是这么多位而不是更多位？？？

为什么 js计算的（0.1+0.2）的二进制和我们自己计算的（0.1+0.2）的二进制结果不一样呢？？？

为什么 0.1的二进制 + 0.2的二进制 != 0.3的二进制？？？

1.3 js对二进制小数的存储方式

小数的二进制大多数都是无限循环的，JavaScript是怎么来存储他们的呢？

在ECMAScript®语言规范中可以看到，ECMAScript中的Number类型遵循IEEE 754标准。使用64位固定长度来表示。

事实上有很多语言的数字类型都遵循这个标准，例如JAVA,所以很多语言同样有着上面同样的问题。

所以下次遇到这种问题不要上来就喷JavaScript...

有兴趣可以看看下这个网站0.30000000000000004.com/，是的，你没看错，就是0.30000000000000004.com/！！！

1.4 IEEE 754

IEEE754标准包含一组实数的二进制表示法。它有三部分组成：

符号位
指数位
尾数位

三种精度的浮点数各个部分位数如下：

JavaScript使用的是64位双精度浮点数编码，所以它的符号位占1位，指数位占11位，尾数位占52位。

下面我们在理解下什么是符号位、指数位、尾数位，以0.1为例：

它的二进制为：0.0001100110011001100...

为了节省存储空间，在计算机中它是以科学计数法表示的，也就是

1.100110011001100... X 2-4

如果这里不好理解可以想一下十进制的数：

1100的科学计数法为11 X 102

所以：

符号位就是标识正负的，1表示负，0表示正；

指数位存储科学计数法的指数；

尾数位存储科学计数法后的有效数字；

所以我们通常看到的二进制，其实是计算机实际存储的尾数位。

1.5 js中的toString(2)

由于尾数位只能存储52个数字，这就能解释toString(2)的执行结果了：

如果计算机没有存储空间的限制，那么0.1的二进制应该是：

0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011001...
复制代码

科学计数法尾数位

1.1001100110011001100110011001100110011001100110011001...
复制代码

但是由于限制，有效数字第53位及以后的数字是不能存储的，它遵循，如果是1就向前一位进1，如果是0就舍弃的原则。

0.1的二进制科学计数法第53位是1，所以就有了下面的结果：

0.0001100110011001100110011001100110011001100110011001101
复制代码

0.2有着同样的问题，其实正是由于这样的存储，在这里有了精度丢失，导致了0.1+0.2!=0.3。

事实上有着同样精度问题的计算还有很多，我们无法把他们都记下来，所以当程序中有数字计算时，我们最好用工具库来帮助我们解决，下面是两个推荐使用的开源库：

1.6 JavaScript能表示的最大数字

由与IEEE 754双精度64位规范的限制：

指数位能表示的最大数字：1023(十进制)

尾数位能表达的最大数字即尾数位都位1的情况

所以JavaScript能表示的最大数字即位

1.111...X 21023 这个结果转换成十进制是1.7976931348623157e+308,这个结果即为Number.MAX_VALUE。

1.7 最大安全数字

JavaScript中Number.MAX_SAFE_INTEGER表示最大安全数字,计算结果是9007199254740991，即在这个数范围内不会出现精度丢失（小数除外）,这个数实际上是1.111...X 252。

我们同样可以用一些开源库来处理大整数：

其实官方也考虑到了这个问题，bigInt类型在es10中被提出，现在Chrome中已经可以使用，使用bigInt可以操作超过最大安全数字的数字。

二、还有哪些引用类型

在ECMAScript中，引用类型是一种数据结构，用于将数据和功能组织在一起。

我们通常所说的对象，就是某个特定引用类型的实例。

在ECMAScript关于类型的定义中，只给出了Object类型，实际上，我们平时使用的很多引用类型的变量，并不是由Object构造的，但是它们原型链的终点都是Object，这些类型都属于引用类型。

Array 数组
Date 日期
RegExp 正则
Function 函数

2.1 包装类型

为了便于操作基本类型值，ECMAScript还提供了几个特殊的引用类型，他们是基本类型的包装类型：

Boolean
Number
String

注意包装类型和原始类型的区别：

true === new Boolean(true); // false
123 === new Number(123); // false
'ConardLi' === new String('ConardLi'); // false
console.log(typeof new String('ConardLi')); // object
console.log(typeof 'ConardLi'); // string
复制代码

引用类型和包装类型的主要区别就是对象的生存期，使用new操作符创建的引用类型的实例，在执行流离开当前作用域之前都一直保存在内存中，而自基本类型则只存在于一行代码的执行瞬间，然后立即被销毁，这意味着我们不能在运行时为基本类型添加属性和方法。

var name = 'ConardLi'
name.color = 'red';
console.log(name.color); // undefined
复制代码

2.2 装箱和拆箱

装箱转换：把基本类型转换为对应的包装类型
拆箱操作：把引用类型转换为基本类型

既然原始类型不能扩展属性和方法，那么我们是如何使用原始类型调用方法的呢？

每当我们操作一个基础类型时，后台就会自动创建一个包装类型的对象，从而让我们能够调用一些方法和属性，例如下面的代码：

var name = "ConardLi";
var name2 = name.substring(2);
复制代码

实际上发生了以下几个过程：

创建一个String的包装类型实例
在实例上调用substring方法
销毁实例

也就是说，我们使用基本类型调用方法，就会自动进行装箱和拆箱操作，相同的，我们使用Number和Boolean类型时，也会发生这个过程。

从引用类型到基本类型的转换，也就是拆箱的过程中，会遵循ECMAScript规范规定的toPrimitive原则，一般会调用引用类型的valueOf和toString方法，你也可以直接重写toPeimitive方法。一般转换成不同类型的值遵循的原则不同，例如：

引用类型转换为Number类型，先调用valueOf，再调用toString
引用类型转换为String类型，先调用toString，再调用valueOf

若valueOf和toString都不存在，或者没有返回基本类型，则抛出TypeError异常。

const obj = {
  valueOf: () => { console.log('valueOf'); return 123; },
  toString: () => { console.log('toString'); return 'ConardLi'; },
};
console.log(obj - 1);   // valueOf   122
console.log(`${obj}ConardLi`); // toString  ConardLiConardLi

const obj2 = {
  [Symbol.toPrimitive]: () => { console.log('toPrimitive'); return 123; },
};
console.log(obj2 - 1);   // valueOf   122

const obj3 = {
  valueOf: () => { console.log('valueOf'); return {}; },
  toString: () => { console.log('toString'); return {}; },
};
console.log(obj3 - 1);  
// valueOf  
// toString
// TypeError
复制代码

除了程序中的自动拆箱和自动装箱，我们还可以手动进行拆箱和装箱操作。我们可以直接调用包装类型的valueOf或toString，实现拆箱操作：

var num =new Number("123");  
console.log( typeof num.valueOf() ); //number
console.log( typeof num.toString() ); //string
复制代码

三、类型转换

因为JavaScript是弱类型的语言，所以类型转换发生非常频繁，上面我们说的装箱和拆箱其实就是一种类型转换。

类型转换分为两种，隐式转换即程序自动进行的类型转换，强制转换即我们手动进行的类型转换。

强制转换这里就不再多提及了，下面我们来看看让人头疼的可能发生隐式类型转换的几个场景，以及如何转换：

3.1 类型转换规则

如果发生了隐式转换，那么各种类型互转符合下面的规则：

3.2 if语句和逻辑语句

在if语句和逻辑语句中，如果只有单个变量，会先将变量转换为Boolean值，只有下面几种情况会转换成false，其余被转换成true：

null
undefined
''
NaN
0
false
复制代码

3.3 各种运数学算符

我们在对各种非Number类型运用数学运算符(- * /)时，会先将非Number类型转换为Number类型;

1 - true // 0
1 - null //  1
1 * undefined //  NaN
2 * ['5'] //  10
复制代码

注意+是个例外，执行+操作符时：

1.当一侧为String类型，被识别为字符串拼接，并会优先将另一侧转换为字符串类型。
2.当一侧为Number类型，另一侧为原始类型，则将原始类型转换为Number类型。
3.当一侧为Number类型，另一侧为引用类型，将引用类型和Number类型转换成字符串后拼接。

123 + '123' // 123123   （规则1）
123 + null  // 123    （规则2）
123 + true // 124    （规则2）
123 + {}  // 123[object Object]    （规则3）
复制代码

3.4 ==

使用==时，若两侧类型相同，则比较结果和===相同，否则会发生隐式转换，使用==时发生的转换可以分为几种不同的情况（只考虑两侧类型不同）：

1.NaN

NaN和其他任何类型比较永远返回false(包括和他自己)。

NaN == NaN // false
复制代码

2.Boolean

Boolean和其他任何类型比较，Boolean首先被转换为Number类型。

true == 1  // true 
true == '2'  // false
true == ['1']  // true
true == ['2']  // false
复制代码

这里注意一个可能会弄混的点：undefined、null和Boolean比较，虽然undefined、null和false都很容易被想象成假值，但是他们比较结果是false，原因是false首先被转换成0：

undefined == false // false
null == false // false
复制代码

3.String和Number

String和Number比较，先将String转换为Number类型。

123 == '123' // true
'' == 0 // true
复制代码

4.null和undefined

null == undefined比较结果是true，除此之外，null、undefined和其他任何结果的比较值都为false。

null == undefined // true
null == '' // false
null == 0 // false
null == false // false
undefined == '' // false
undefined == 0 // false
undefined == false // false
复制代码

5.原始类型和引用类型

当原始类型和引用类型做比较时，对象类型会依照ToPrimitive规则转换为原始类型:

  '[object Object]' == {} // true
  '1,2,3' == [1, 2, 3] // true
复制代码

来看看下面这个比较：

[] == ![] // true
复制代码

!的优先级高于==，![]首先会被转换为false，然后根据上面第二点，false转换成Number类型0，左侧[]转换为0，两侧比较相等。

[null] == false // true
[undefined] == false // true
复制代码

根据数组的ToPrimitive规则，数组元素为null或undefined时，该元素被当做空字符串处理，所以[null]、[undefined]都会被转换为0。

所以，说了这么多，推荐使用===来判断两个值是否相等...

3.5 一道有意思的面试题

一道经典的面试题，如何让：a == 1 && a == 2 && a == 3。

根据上面的拆箱转换，以及==的隐式转换，我们可以轻松写出答案：

const a = {
   value:[3,2,1],
   valueOf: function () {return this.value.pop(); },
} 
复制代码

四、判断JavaScript数据类型的方式

4.1 typeof

适用场景

typeof操作符可以准确判断一个变量是否为下面几个原始类型：

typeof 'ConardLi'  // string
typeof 123  // number
typeof true  // boolean
typeof Symbol()  // symbol
typeof undefined  // undefined
复制代码

你还可以用它来判断函数类型：

typeof function(){}  // function
复制代码

不适用场景

当你用typeof来判断引用类型时似乎显得有些乏力了：

typeof [] // object
typeof {} // object
typeof new Date() // object
typeof /^\d*$/; // object
复制代码

除函数外所有的引用类型都会被判定为object。

另外typeof null === 'object'也会让人感到头痛，这是在JavaScript初版就流传下来的bug，后面由于修改会造成大量的兼容问题就一直没有被修复...

4.2 instanceof

instanceof操作符可以帮助我们判断引用类型具体是什么类型的对象：

[] instanceof Array // true
new Date() instanceof Date // true
new RegExp() instanceof RegExp // true
复制代码

我们先来回顾下原型链的几条规则：

1.所有引用类型都具有对象特性，即可以自由扩展属性
2.所有引用类型都具有一个__proto__（隐式原型）属性，是一个普通对象
3.所有的函数都具有prototype（显式原型）属性，也是一个普通对象
4.所有引用类型__proto__值指向它构造函数的prototype
5.当试图得到一个对象的属性时，如果变量本身没有这个属性，则会去他的__proto__中去找

[] instanceof Array实际上是判断Array.prototype是否在[]的原型链上。

所以，使用instanceof来检测数据类型，不会很准确，这不是它设计的初衷：

[] instanceof Object // true
function(){}  instanceof Object // true
复制代码

另外，使用instanceof也不能检测基本数据类型，所以instanceof并不是一个很好的选择。

4.3 toString

上面我们在拆箱操作中提到了toString函数，我们可以调用它实现从引用类型的转换。

每一个引用类型都有toString方法，默认情况下，toString()方法被每个Object对象继承。如果此方法在自定义对象中未被覆盖，toString() 返回 "[object type]"，其中type是对象的类型。

const obj = {};
obj.toString() // [object Object]
复制代码

注意，上面提到了如果此方法在自定义对象中未被覆盖，toString才会达到预想的效果，事实上，大部分引用类型比如Array、Date、RegExp等都重写了toString方法。

我们可以直接调用Object原型上未被覆盖的toString()方法，使用call来改变this指向来达到我们想要的效果。

4.4 jquery

我们来看看jquery源码中如何进行类型判断：

var class2type = {};
jQuery.each( "Boolean Number String Function Array Date RegExp Object Error Symbol".split( " " ),
function( i, name ) {
	class2type[ "[object " + name + "]" ] = name.toLowerCase();
} );

type: function( obj ) {
	if ( obj == null ) {
		return obj + "";
	}
	return typeof obj === "object" || typeof obj === "function" ?
		class2type[Object.prototype.toString.call(obj) ] || "object" :
		typeof obj;
}

isFunction: function( obj ) {
		return jQuery.type(obj) === "function";
}
复制代码

原始类型直接使用typeof，引用类型使用Object.prototype.toString.call取得类型，借助一个class2type对象将字符串多余的代码过滤掉，例如[object function]将得到array，然后在后面的类型判断，如isFunction直接可以使用jQuery.type(obj) === "function"这样的判断。

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