数值 · JavaScript 教程

# 数值 ## 概述 ### 整数和浮点数 JavaScript 内部，所有数字都是以64位浮点数形式储存，即使整数也是如此。所以，`1`与`1.0`是相同的，是同一个数。 ```javascript 1 === 1.0 // true ``` 这就是说，JavaScript 语言的底层根本没有整数，所有数字都是小数（64位浮点数）。容易造成混淆的是，某些运算只有整数才能完成，此时 JavaScript 会自动把64位浮点数，转成32位整数，然后再进行运算，参见《运算符》一章的“位运算”部分。由于浮点数不是精确的值，所以涉及小数的比较和运算要特别小心。 ```javascript 0.1 + 0.2 === 0.3 // false 0.3 / 0.1 // 2.9999999999999996 (0.3 - 0.2) === (0.2 - 0.1) // false ``` ### 数值精度根据国际标准 IEEE 754，JavaScript 浮点数的64个二进制位，从最左边开始，是这样组成的。 - 第1位：符号位，`0`表示正数，`1`表示负数 - 第2位到第12位（共11位）：指数部分 - 第13位到第64位（共52位）：小数部分（即有效数字）符号位决定了一个数的正负，指数部分决定了数值的大小，小数部分决定了数值的精度。指数部分一共有11个二进制位，因此大小范围就是0到2047。IEEE 754 规定，如果指数部分的值在0到2047之间（不含两个端点），那么有效数字的第一位默认总是1，不保存在64位浮点数之中。也就是说，有效数字这时总是`1.xx...xx`的形式，其中`xx..xx`的部分保存在64位浮点数之中，最长可能为52位。因此，JavaScript 提供的有效数字最长为53个二进制位。 ``` (-1)^符号位 * 1.xx...xx * 2^指数部分 ``` 上面公式是正常情况下（指数部分在0到2047之间），一个数在 JavaScript 内部实际的表示形式。精度最多只能到53个二进制位，这意味着，绝对值小于2的53次方的整数，即-253到253，都可以精确表示。 ```javascript Math.pow(2, 53) // 9007199254740992 Math.pow(2, 53) + 1 // 9007199254740992 Math.pow(2, 53) + 2 // 9007199254740994 Math.pow(2, 53) + 3 // 9007199254740996 Math.pow(2, 53) + 4 // 9007199254740996 ``` 上面代码中，大于2的53次方以后，整数运算的结果开始出现错误。所以，大于2的53次方的数值，都无法保持精度。由于2的53次方是一个16位的十进制数值，所以简单的法则就是，JavaScript 对15位的十进制数都可以精确处理。 ```javascript Math.pow(2, 53) // 9007199254740992 // 多出的三个有效数字，将无法保存 9007199254740992111 // 9007199254740992000 ``` 上面示例表明，大于2的53次方以后，多出来的有效数字（最后三位的`111`）都会无法保存，变成0。 ### 数值范围根据标准，64位浮点数的指数部分的长度是11个二进制位，意味着指数部分的最大值是2047（2的11次方减1）。也就是说，64位浮点数的指数部分的值最大为2047，分出一半表示负数，则 JavaScript 能够表示的数值范围为21024到2-1023（开区间），超出这个范围的数无法表示。如果一个数大于等于2的1024次方，那么就会发生“正向溢出”，即 JavaScript 无法表示这么大的数，这时就会返回`Infinity`。 ```javascript Math.pow(2, 1024) // Infinity ``` 如果一个数小于等于2的-1075次方（指数部分最小值-1023，再加上小数部分的52位），那么就会发生为“负向溢出”，即 JavaScript 无法表示这么小的数，这时会直接返回0。 ```javascript Math.pow(2, -1075) // 0 ``` 下面是一个实际的例子。 ```javascript var x = 0.5; for(var i = 0; i < 25; i++) { x = x * x; } x // 0 ``` 上面代码中，对`0.5`连续做25次平方，由于最后结果太接近0，超出了可表示的范围，JavaScript 就直接将其转为0。 JavaScript 提供`Number`对象的`MAX_VALUE`和`MIN_VALUE`属性，返回可以表示的具体的最大值和最小值。 ```javascript Number.MAX_VALUE // 1.7976931348623157e+308 Number.MIN_VALUE // 5e-324 ``` ## 数值的表示法 JavaScript 的数值有多种表示方法，可以用字面形式直接表示，比如`35`（十进制）和`0xFF`（十六进制）。数值也可以采用科学计数法表示，下面是几个科学计数法的例子。 ```javascript 123e3 // 123000 123e-3 // 0.123 -3.1E+12 .1e-23 ``` 科学计数法允许字母`e`或`E`的后面，跟着一个整数，表示这个数值的指数部分。以下两种情况，JavaScript 会自动将数值转为科学计数法表示，其他情况都采用字面形式直接表示。 **（1）小数点前的数字多于21位。** ```javascript 1234567890123456789012 // 1.2345678901234568e+21 123456789012345678901 // 123456789012345680000 ``` **（2）小数点后的零多于5个。** ```javascript // 小数点后紧跟5个以上的零， // 就自动转为科学计数法 0.0000003 // 3e-7 // 否则，就保持原来的字面形式 0.000003 // 0.000003 ``` ## 数值的进制使用字面量（literal）直接表示一个数值时，JavaScript 对整数提供四种进制的表示方法：十进制、十六进制、八进制、二进制。 - 十进制：没有前导0的数值。 - 八进制：有前缀`0o`或`0O`的数值，或者有前导0、且只用到0-7的八个阿拉伯数字的数值。 - 十六进制：有前缀`0x`或`0X`的数值。 - 二进制：有前缀`0b`或`0B`的数值。默认情况下，JavaScript 内部会自动将八进制、十六进制、二进制转为十进制。下面是一些例子。 ```javascript 0xff // 255 0o377 // 255 0b11 // 3 ``` 如果八进制、十六进制、二进制的数值里面，出现不属于该进制的数字，就会报错。 ```javascript 0xzz // 报错 0o88 // 报错 0b22 // 报错 ``` 上面代码中，十六进制出现了字母`z`、八进制出现数字`8`、二进制出现数字`2`，因此报错。通常来说，有前导0的数值会被视为八进制，但是如果前导0后面有数字`8`和`9`，则该数值被视为十进制。 ```javascript 0888 // 888 0777 // 511 ``` 前导0表示八进制，处理时很容易造成混乱。ES5 的严格模式和 ES6，已经废除了这种表示法，但是浏览器为了兼容以前的代码，目前还继续支持这种表示法。 ## 特殊数值 JavaScript 提供了几个特殊的数值。 ### 正零和负零前面说过，JavaScript 的64位浮点数之中，有一个二进制位是符号位。这意味着，任何一个数都有一个对应的负值，就连`0`也不例外。 JavaScript 内部实际上存在2个`0`：一个是`+0`，一个是`-0`，区别就是64位浮点数表示法的符号位不同。它们是等价的。 ```javascript -0 === +0 // true 0 === -0 // true 0 === +0 // true ``` 几乎所有场合，正零和负零都会被当作正常的`0`。 ```javascript +0 // 0 -0 // 0 (-0).toString() // '0' (+0).toString() // '0' ``` 唯一有区别的场合是，`+0`或`-0`当作分母，返回的值是不相等的。 ```javascript (1 / +0) === (1 / -0) // false ``` 上面的代码之所以出现这样结果，是因为除以正零得到`+Infinity`，除以负零得到`-Infinity`，这两者是不相等的（关于`Infinity`详见下文）。 ### NaN **（1）含义** `NaN`是 JavaScript 的特殊值，表示“非数字”（Not a Number），主要出现在将字符串解析成数字出错的场合。 ```javascript 5 - 'x' // NaN ``` 上面代码运行时，会自动将字符串`x`转为数值，但是由于`x`不是数值，所以最后得到结果为`NaN`，表示它是“非数字”（`NaN`）。另外，一些数学函数的运算结果会出现`NaN`。 ```javascript Math.acos(2) // NaN Math.log(-1) // NaN Math.sqrt(-1) // NaN ``` `0`除以`0`也会得到`NaN`。 ```javascript 0 / 0 // NaN ``` 需要注意的是，`NaN`不是独立的数据类型，而是一个特殊数值，它的数据类型依然属于`Number`，使用`typeof`运算符可以看得很清楚。 ```javascript typeof NaN // 'number' ``` **（2）运算规则** `NaN`不等于任何值，包括它本身。 ```javascript NaN === NaN // false ``` 数组的`indexOf`方法内部使用的是严格相等运算符，所以该方法对`NaN`不成立。 ```javascript [NaN].indexOf(NaN) // -1 ``` `NaN`在布尔运算时被当作`false`。 ```javascript Boolean(NaN) // false ``` `NaN`与任何数（包括它自己）的运算，得到的都是`NaN`。 ```javascript NaN + 32 // NaN NaN - 32 // NaN NaN * 32 // NaN NaN / 32 // NaN ``` ### Infinity **（1）含义** `Infinity`表示“无穷”，用来表示两种场景。一种是一个正的数值太大，或一个负的数值太小，无法表示；另一种是非0数值除以0，得到`Infinity`。 ```javascript // 场景一 Math.pow(2, 1024) // Infinity // 场景二 0 / 0 // NaN 1 / 0 // Infinity ``` 上面代码中，第一个场景是一个表达式的计算结果太大，超出了能够表示的范围，因此返回`Infinity`。第二个场景是`0`除以`0`会得到`NaN`，而非0数值除以`0`，会返回`Infinity`。 `Infinity`有正负之分，`Infinity`表示正的无穷，`-Infinity`表示负的无穷。 ```javascript Infinity === -Infinity // false 1 / -0 // -Infinity -1 / -0 // Infinity ``` 上面代码中，非零正数除以`-0`，会得到`-Infinity`，负数除以`-0`，会得到`Infinity`。由于数值正向溢出（overflow）、负向溢出（underflow）和被`0`除，JavaScript 都不报错，所以单纯的数学运算几乎没有可能抛出错误。 `Infinity`大于一切数值（除了`NaN`），`-Infinity`小于一切数值（除了`NaN`）。 ```javascript Infinity > 1000 // true -Infinity < -1000 // true ``` `Infinity`与`NaN`比较，总是返回`false`。 ```javascript Infinity > NaN // false -Infinity > NaN // false Infinity < NaN // false -Infinity < NaN // false ``` **（2）运算规则** `Infinity`的四则运算，符合无穷的数学计算规则。 ```javascript 5 * Infinity // Infinity 5 - Infinity // -Infinity Infinity / 5 // Infinity 5 / Infinity // 0 ``` 0乘以`Infinity`，返回`NaN`；0除以`Infinity`，返回`0`；`Infinity`除以0，返回`Infinity`。 ```javascript 0 * Infinity // NaN 0 / Infinity // 0 Infinity / 0 // Infinity ``` `Infinity`加上或乘以`Infinity`，返回的还是`Infinity`。 ```javascript Infinity + Infinity // Infinity Infinity * Infinity // Infinity ``` `Infinity`减去或除以`Infinity`，得到`NaN`。 ```javascript Infinity - Infinity // NaN Infinity / Infinity // NaN ``` `Infinity`与`null`计算时，`null`会转成0，等同于与`0`的计算。 ```javascript null * Infinity // NaN null / Infinity // 0 Infinity / null // Infinity ``` `Infinity`与`undefined`计算，返回的都是`NaN`。 ```javascript undefined + Infinity // NaN undefined - Infinity // NaN undefined * Infinity // NaN undefined / Infinity // NaN Infinity / undefined // NaN ``` ## 与数值相关的全局方法 ### parseInt() **（1）基本用法** `parseInt`方法用于将字符串转为整数。 ```javascript parseInt('123') // 123 ``` 如果字符串头部有空格，空格会被自动去除。 ```javascript parseInt(' 81') // 81 ``` 如果`parseInt`的参数不是字符串，则会先转为字符串再转换。 ```javascript parseInt(1.23) // 1 // 等同于 parseInt('1.23') // 1 ``` 字符串转为整数的时候，是一个个字符依次转换，如果遇到不能转为数字的字符，就不再进行下去，返回已经转好的部分。 ```javascript parseInt('8a') // 8 parseInt('12**') // 12 parseInt('12.34') // 12 parseInt('15e2') // 15 parseInt('15px') // 15 ``` 上面代码中，`parseInt`的参数都是字符串，结果只返回字符串头部可以转为数字的部分。如果字符串的第一个字符不能转化为数字（后面跟着数字的正负号除外），返回`NaN`。 ```javascript parseInt('abc') // NaN parseInt('.3') // NaN parseInt('') // NaN parseInt('+') // NaN parseInt('+1') // 1 ``` 所以，`parseInt`的返回值只有两种可能，要么是一个十进制整数，要么是`NaN`。如果字符串以`0x`或`0X`开头，`parseInt`会将其按照十六进制数解析。 ```javascript parseInt('0x10') // 16 ``` 如果字符串以`0`开头，将其按照10进制解析。 ```javascript parseInt('011') // 11 ``` 对于那些会自动转为科学计数法的数字，`parseInt`会将科学计数法的表示方法视为字符串，因此导致一些奇怪的结果。 ```javascript parseInt(1000000000000000000000.5) // 1 // 等同于 parseInt('1e+21') // 1 parseInt(0.0000008) // 8 // 等同于 parseInt('8e-7') // 8 ``` **（2）进制转换** `parseInt`方法还可以接受第二个参数（2到36之间），表示被解析的值的进制，返回该值对应的十进制数。默认情况下，`parseInt`的第二个参数为10，即默认是十进制转十进制。 ```javascript parseInt('1000') // 1000 // 等同于 parseInt('1000', 10) // 1000 ``` 下面是转换指定进制的数的例子。 ```javascript parseInt('1000', 2) // 8 parseInt('1000', 6) // 216 parseInt('1000', 8) // 512 ``` 上面代码中，二进制、六进制、八进制的`1000`，分别等于十进制的8、216和512。这意味着，可以用`parseInt`方法进行进制的转换。如果第二个参数不是数值，会被自动转为一个整数。这个整数只有在2到36之间，才能得到有意义的结果，超出这个范围，则返回`NaN`。如果第二个参数是`0`、`undefined`和`null`，则直接忽略。 ```javascript parseInt('10', 37) // NaN parseInt('10', 1) // NaN parseInt('10', 0) // 10 parseInt('10', null) // 10 parseInt('10', undefined) // 10 ``` 如果字符串包含对于指定进制无意义的字符，则从最高位开始，只返回可以转换的数值。如果最高位无法转换，则直接返回`NaN`。 ```javascript parseInt('1546', 2) // 1 parseInt('546', 2) // NaN ``` 上面代码中，对于二进制来说，`1`是有意义的字符，`5`、`4`、`6`都是无意义的字符，所以第一行返回1，第二行返回`NaN`。前面说过，如果`parseInt`的第一个参数不是字符串，会被先转为字符串。这会导致一些令人意外的结果。 ```javascript parseInt(0x11, 36) // 43 parseInt(0x11, 2) // 1 // 等同于 parseInt(String(0x11), 36) parseInt(String(0x11), 2) // 等同于 parseInt('17', 36) parseInt('17', 2) ``` 上面代码中，十六进制的`0x11`会被先转为十进制的17，再转为字符串。然后，再用36进制或二进制解读字符串`17`，最后返回结果`43`和`1`。这种处理方式，对于八进制的前缀0，尤其需要注意。 ```javascript parseInt(011, 2) // NaN // 等同于 parseInt(String(011), 2) // 等同于 parseInt(String(9), 2) ``` 上面代码中，第一行的`011`会被先转为字符串`9`，因为`9`不是二进制的有效字符，所以返回`NaN`。如果直接计算`parseInt('011', 2)`，`011`则是会被当作二进制处理，返回3。 JavaScript 不再允许将带有前缀0的数字视为八进制数，而是要求忽略这个`0`。但是，为了保证兼容性，大部分浏览器并没有部署这一条规定。 ### parseFloat() `parseFloat`方法用于将一个字符串转为浮点数。 ```javascript parseFloat('3.14') // 3.14 ``` 如果字符串符合科学计数法，则会进行相应的转换。 ```javascript parseFloat('314e-2') // 3.14 parseFloat('0.0314E+2') // 3.14 ``` 如果字符串包含不能转为浮点数的字符，则不再进行往后转换，返回已经转好的部分。 ```javascript parseFloat('3.14more non-digit characters') // 3.14 ``` `parseFloat`方法会自动过滤字符串前导的空格。 ```javascript parseFloat('\t\v\r12.34\n ') // 12.34 ``` 如果参数不是字符串，或者字符串的第一个字符不能转化为浮点数，则返回`NaN`。 ```javascript parseFloat([]) // NaN parseFloat('FF2') // NaN parseFloat('') // NaN ``` 上面代码中，尤其值得注意，`parseFloat`会将空字符串转为`NaN`。这些特点使得`parseFloat`的转换结果不同于`Number`函数。 ```javascript parseFloat(true) // NaN Number(true) // 1 parseFloat(null) // NaN Number(null) // 0 parseFloat('') // NaN Number('') // 0 parseFloat('123.45#') // 123.45 Number('123.45#') // NaN ``` ### isNaN() `isNaN`方法可以用来判断一个值是否为`NaN`。 ```javascript isNaN(NaN) // true isNaN(123) // false ``` 但是，`isNaN`只对数值有效，如果传入其他值，会被先转成数值。比如，传入字符串的时候，字符串会被先转成`NaN`，所以最后返回`true`，这一点要特别引起注意。也就是说，`isNaN`为`true`的值，有可能不是`NaN`，而是一个字符串。 ```javascript isNaN('Hello') // true // 相当于 isNaN(Number('Hello')) // true ``` 出于同样的原因，对于对象和数组，`isNaN`也返回`true`。 ```javascript isNaN({}) // true // 等同于 isNaN(Number({})) // true isNaN(['xzy']) // true // 等同于 isNaN(Number(['xzy'])) // true ``` 但是，对于空数组和只有一个数值成员的数组，`isNaN`返回`false`。 ```javascript isNaN([]) // false isNaN([123]) // false isNaN(['123']) // false ``` 上面代码之所以返回`false`，原因是这些数组能被`Number`函数转成数值，请参见《数据类型转换》一章。因此，使用`isNaN`之前，最好判断一下数据类型。 ```javascript function myIsNaN(value) { return typeof value === 'number' && isNaN(value); } ``` 判断`NaN`更可靠的方法是，利用`NaN`为唯一不等于自身的值的这个特点，进行判断。 ```javascript function myIsNaN(value) { return value !== value; } ``` ### isFinite() `isFinite`方法返回一个布尔值，表示某个值是否为正常的数值。 ```javascript isFinite(Infinity) // false isFinite(-Infinity) // false isFinite(NaN) // false isFinite(undefined) // false isFinite(null) // true isFinite(-1) // true ``` 除了`Infinity`、`-Infinity`、`NaN`和`undefined`这几个值会返回`false`，`isFinite`对于其他的数值都会返回`true`。 ## 参考链接 - Dr. Axel Rauschmayer, [How numbers are encoded in JavaScript](http://www.2ality.com/2012/04/number-encoding.html) - Humphry, [JavaScript 中 Number 的一些表示上/下限](http://blog.segmentfault.com/humphry/1190000000407658)