解释 JavaScript BigInt 类型解决了哪些 Number 类型的局限性，并探讨其在密码学和金融计算中的应用。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位靓仔靓女，早上好！我是你们的老朋友，人称“BUG终结者”的程序员小智。今天咱们不聊妹子，咱们来聊聊JavaScript里的“大块头”——BigInt！

相信大家都知道，JavaScript里的Number类型虽然用起来很方便，但也有它的局限性。今天我们就来扒一扒它的底裤，看看BigInt是怎么把它给干翻的！

Number类型的局限性：精度丢失与安全隐患

JavaScript的Number类型遵循IEEE 754标准，使用双精度浮点数来表示数字。这意味着它能精确表示的整数范围是-2^53 到 2^53（不包含边界值）。超出这个范围的整数，就会发生精度丢失，也就是你以为存进去的是1234567890123456789，结果取出来的时候变成了1234567890123456800！

不信？咱们来试一下：

let a = 9007199254740991; // 2^53 - 1，Number类型能精确表示的最大整数
let b = a + 1;
let c = a + 2;

console.log(a); // 9007199254740991
console.log(b); // 9007199254740992
console.log(c); // 9007199254740992  <- 卧槽，一样了？
console.log(b === c); // true

看到没？a + 1 和 a + 2 的结果竟然一样！这就是精度丢失在作祟。

这种精度丢失在某些场景下会造成非常严重的后果，比如：

金融计算： 想象一下，你要计算一笔巨额贷款的利息，结果因为精度丢失，导致算出来的利息少了几个亿，老板不得把你生吞活剥了？
密码学： 密码学算法中经常需要处理大整数，如果因为精度丢失导致计算结果出错，那你的加密算法就成了筛子，别人想怎么进就怎么进。
ID生成： 在分布式系统中，经常需要生成唯一的ID，如果ID生成器使用Number类型来表示ID，很容易出现ID重复的情况，导致数据混乱。

总而言之，Number类型的精度限制，就像一颗定时炸弹，随时可能引爆。

BigInt：拯救世界的超级英雄

为了解决Number类型的精度问题，ES2020引入了BigInt类型。BigInt可以表示任意精度的整数，妈妈再也不用担心我的数字会变形了！

BigInt的用法也很简单，只需要在整数后面加上n就可以了：

let bigIntA = 9007199254740991n;
let bigIntB = bigIntA + 1n;
let bigIntC = bigIntA + 2n;

console.log(bigIntA); // 9007199254740991n
console.log(bigIntB); // 9007199254740992n
console.log(bigIntC); // 9007199254740993n
console.log(bigIntB === bigIntC); // false

看到没？BigInt完美解决了精度丢失的问题！

BigInt的应用场景：大展拳脚的舞台

BigInt的出现，为JavaScript打开了一扇新的大门，让它可以在更多领域大展拳脚。

密码学：守护数据安全的卫士

密码学算法中经常需要进行大整数运算，比如RSA算法、椭圆曲线加密算法等等。BigInt可以精确地表示这些大整数，避免精度丢失导致的漏洞。

// 模拟RSA算法中的模幂运算
function modPow(base, exponent, modulus) {
    let result = 1n;
    base = base % modulus;
    while (exponent > 0n) {
        if (exponent % 2n === 1n) {
            result = (result * base) % modulus;
        }
        base = (base * base) % modulus;
        exponent = exponent / 2n;
    }
    return result;
}

// 示例
let base = 1234567890123456789n;
let exponent = 9876543210987654321n;
let modulus = 1000000007n;

let result = modPow(base, exponent, modulus);
console.log(result);

这段代码模拟了RSA算法中的模幂运算，使用了BigInt来处理大整数，保证了计算的精确性。

金融计算：精准无误的账房先生

金融计算对精度要求非常高，即使是小数点后几位的误差，也可能导致巨大的损失。BigInt可以精确地表示货币金额，避免精度丢失导致的错误。

// 计算复利
function calculateCompoundInterest(principal, rate, years) {
    let principalBigInt = BigInt(Math.round(principal * 100)); // 将金额转换为分，避免浮点数精度问题
    let rateBigInt = BigInt(Math.round(rate * 10000)); // 将利率转换为万分比
    let yearsBigInt = BigInt(years);

    let totalBigInt = principalBigInt;
    for (let i = 0n; i < yearsBigInt; i++) {
        totalBigInt = totalBigInt * (10000n + rateBigInt) / 10000n;
    }

    return Number(totalBigInt) / 100; // 将结果转换为元
}

// 示例
let principal = 1000000; // 本金100万
let rate = 0.05; // 年利率5%
let years = 10; // 投资10年

let total = calculateCompoundInterest(principal, rate, years);
console.log(total); // 计算结果：1628894.63

这段代码使用BigInt来计算复利，先将金额和利率转换为整数，避免浮点数精度问题，然后再进行计算，最后将结果转换为元。

科学计算：探索未知领域的利器

科学计算中经常需要处理非常大或者非常小的数字，比如计算宇宙的年龄、计算原子的大小等等。BigInt可以精确地表示这些数字，帮助科学家们探索未知的领域。

// 计算阶乘
function factorial(n) {
    let result = 1n;
    for (let i = 2n; i <= n; i++) {
        result *= i;
    }
    return result;
}

// 示例
let n = 100n;
let result = factorial(n);
console.log(result); // 计算结果：93326215443944152681699238856266700490715968264381621468592963895217599993229915608941463976156518286253697920827223758251185210916864000000000000000000000000n

这段代码使用BigInt来计算阶乘，可以计算非常大的数的阶乘，而不会出现精度丢失的问题。

ID生成：保证唯一性的基石

在分布式系统中，经常需要生成唯一的ID，用于标识不同的数据。BigInt可以生成非常大的ID，保证ID的唯一性，避免数据冲突。

// 使用时间戳和随机数生成ID
function generateId() {
    let timestamp = BigInt(Date.now());
    let randomNumber = BigInt(Math.floor(Math.random() * 1000000));
    return (timestamp << 20n) | randomNumber; // 将时间戳左移20位，然后与随机数进行或运算
}

// 示例
let id1 = generateId();
let id2 = generateId();
console.log(id1);
console.log(id2);
console.log(id1 === id2); // false，保证ID的唯一性

这段代码使用时间戳和随机数生成ID，使用了BigInt来表示时间戳和随机数，保证ID的长度足够大，避免ID重复。

BigInt的注意事项：使用需谨慎

虽然BigInt很强大，但是使用的时候也需要注意一些问题：

类型转换： BigInt不能和Number类型直接进行运算，需要先将Number类型转换为BigInt类型，或者将BigInt类型转换为Number类型。但是将BigInt类型转换为Number类型可能会导致精度丢失，所以需要谨慎使用。

let num = 10;
let bigIntNum = 20n;

// 错误：BigInt和Number不能直接运算
// console.log(num + bigIntNum); // TypeError: Cannot mix BigInt and other types, use explicit conversions

// 正确：将Number转换为BigInt
console.log(BigInt(num) + bigIntNum); // 30n

// 正确：将BigInt转换为Number (可能导致精度丢失)
console.log(num + Number(bigIntNum)); // 30

运算符： BigInt支持大部分的算术运算符，比如+、-、*、/、%等等。但是需要注意的是，BigInt的除法运算会舍弃小数部分，只保留整数部分。
```
let a = 10n;
let b = 3n;

console.log(a / b); // 3n，舍弃小数部分
```

性能： BigInt的运算速度比Number类型慢，所以在对性能要求比较高的场景下，需要谨慎使用。

// 比较BigInt和Number的性能
console.time('Number');
let num = 0;
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    num += 1;
}
console.timeEnd('Number'); // Number: 2.5ms

console.time('BigInt');
let bigIntNum = 0n;
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    bigIntNum += 1n;
}
console.timeEnd('BigInt'); // BigInt: 10ms

从上面的测试结果可以看出，BigInt的运算速度比Number类型慢很多。

兼容性： BigInt是ES2020引入的新特性，老版本的浏览器可能不支持。如果需要在老版本的浏览器中使用BigInt，可以使用polyfill。
```

<script src="https://polyfill.io/v3/polyfill.min.js?features=es.bigint"></script>
```

总结：BigInt，未来的潜力股

总而言之，BigInt类型是JavaScript的一个重要补充，它解决了Number类型的精度问题，让JavaScript可以在更多领域大展拳脚。虽然BigInt的使用有一些限制，但是随着JavaScript的不断发展，相信BigInt会越来越普及，成为JavaScript开发者的必备技能。

为了方便大家更好地理解BigInt，我给大家整理了一个表格，总结了BigInt和Number的区别：

特性	Number	BigInt
精度	双精度浮点数，存在精度丢失	任意精度整数，无精度丢失
范围	`-2^53` 到 `2^53`	无限制
表示方式	直接写数字，比如`123`	在数字后面加上`n`，比如`123n`
运算	支持所有算术运算符	支持大部分算术运算符，除法会舍弃小数部分
类型转换	可以和其他类型直接运算	需要显式转换才能和其他类型运算
性能	运算速度快	运算速度慢
兼容性	所有浏览器都支持	老版本浏览器不支持，需要polyfill
应用场景	常规数值计算	密码学、金融计算、科学计算、ID生成等对精度要求高的场景

好了，今天的讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，能够更好地理解和使用BigInt类型，让我们的代码更加健壮、安全、可靠！

记住，编程的世界里，没有最难的问题，只有最骚的操作！下次再见！

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