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JavaScript 的 BigInt 类型：处理大整数计算

JavaScript 的 BigInt 类型：让你的代码不再“捉襟见肘” 🤪

各位亲爱的码农、攻城狮、程序猿、代码艺术家们，欢迎来到本期的“JavaScript 大讲堂”！今天，我们要聊聊一个让 JavaScript 在处理大整数时不再“捉襟见肘”的神奇武器——BigInt。

想象一下，你正在编写一个金融系统，需要处理天文数字般的交易额；或者你正在做一个密码学项目，需要进行复杂的素数运算。如果你的 JavaScript 代码还在用 Number 类型勉强支撑，那么恭喜你，你离“精度丢失”的大坑已经不远了！ 😱

别怕，BigInt 就是来拯救你的！它就像一位身经百战的将军，带着强大的兵力，专门解决大整数计算的问题。准备好了吗？让我们一起深入了解这位“大整数将军”吧！

一、JavaScript 的“小心脏”：Number 类型的局限性

在深入 BigInt 之前，我们先来回顾一下 JavaScript 中“默默付出”的 Number 类型。它就像 JavaScript 的“小心脏”，负责存储和处理数值。但是，这颗“小心脏”并非完美无缺，它有一个致命的弱点——精度限制。

Number 类型使用 IEEE 754 双精度浮点数格式来表示数值。这意味着，它只能精确表示 -(253 – 1) 到 253 – 1 之间的整数。超出这个范围，就会发生精度丢失。

举个栗子：

console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER); // 9007199254740991
console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1); // 9007199254740992
console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER + 2); // 9007199254740992  // 精度丢失！

console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER + 3); // 9007199254740994
console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER + 4); // 9007199254740996

看到没？当数字超过 Number.MAX_SAFE_INTEGER 时，加 2 的结果竟然和加 1 的结果一样！这简直是数值界的“障眼法”！ 😵

总结一下 Number 类型的局限性：

特性 描述
存储格式 IEEE 754 双精度浮点数
安全整数范围 -(253 – 1) 到 253 – 1
问题 超过安全整数范围，会发生精度丢失，导致计算结果不准确。
应用场景 适用于一般数值计算，但对于需要高精度的大整数计算则力不从心。

二、BigInt：大整数计算的“救星”来了！

正所谓“哪里有需求，哪里就有解决方案”。为了解决 Number 类型的精度限制问题，ES2020 引入了 BigInt 类型。它就像一位“救星”，专门用来处理任意精度的整数。

BigInt 可以表示任意大小的整数，再也不用担心精度丢失的问题了！ 🎉

BigInt 的特点：

  • 任意精度： 可以表示任意大小的整数，不受 Number 类型的精度限制。
  • 不可变性： BigInt 对象一旦创建，就不能被修改。
  • 只能表示整数： BigInt 只能表示整数，不能表示小数。
  • 不能与 Number 类型混合运算： BigInt 和 Number 类型不能直接进行混合运算，需要进行类型转换。

如何创建 BigInt 对象？

有两种方法可以创建 BigInt 对象：

  1. 使用 BigInt() 构造函数：

    const bigInt1 = BigInt(12345678901234567890); // 从 Number 类型创建 BigInt
const bigInt2 = BigInt("98765432109876543210"); // 从字符串类型创建 BigInt

  2. 在整数后面添加 "n"：

    const bigInt3 = 12345678901234567890n; // 直接创建 BigInt

注意： 使用 BigInt() 构造函数时，如果传入的是小数，会报错。

// BigInt(1.5); // TypeError: Cannot convert a float to a BigInt

三、BigInt 的基本操作：加减乘除，样样精通！

BigInt 不仅可以表示大整数，还可以进行各种算术运算。它的基本操作和 Number 类型类似，包括加、减、乘、除、取余等。

BigInt 的算术运算符：

运算符 描述 示例
+ 加法 bigInt1 + bigInt2
– 减法 bigInt1 - bigInt2
* 乘法 bigInt1 * bigInt2
/ 除法 bigInt1 / bigInt2
% 取余 bigInt1 % bigInt2
** 幂运算 bigInt1 ** bigInt2

注意：

  • BigInt 的除法运算会舍去小数部分，只保留整数部分。
  • BigInt 不能和 Number 类型直接进行混合运算。

举个栗子：

const bigInt1 = 12345678901234567890n;
const bigInt2 = 98765432109876543210n;

console.log(bigInt1 + bigInt2); // 111111111011111111100n
console.log(bigInt1 - bigInt2); // -86419753208641975320n
console.log(bigInt1 * bigInt2); // 121932631137021795628048762131913452900n
console.log(bigInt1 / 3n); // 4115226300411522630n
console.log(bigInt1 % 3n); // 0n
console.log(bigInt1 ** 2n); // 1524157875323883675019051990344693452100n

类型转换：

如果需要将 BigInt 和 Number 类型进行混合运算，需要进行类型转换。

  • BigInt 转 Number： 可以使用 Number() 函数将 BigInt 转换为 Number 类型。但是，如果 BigInt 的值超出了 Number 类型的安全整数范围，会发生精度丢失。

    const bigInt = 9007199254740992n;
const number = Number(bigInt);
console.log(number); // 9007199254740992

  • Number 转 BigInt： 可以使用 BigInt() 构造函数将 Number 类型转换为 BigInt 类型。

    const number = 1234567890123456;
const bigInt = BigInt(number);
console.log(bigInt); // 1234567890123456n

比较运算符：

BigInt 也可以使用比较运算符进行比较，包括：

运算符 描述 示例
== 等于 bigInt1 == bigInt2
!= 不等于 bigInt1 != bigInt2
> 大于 bigInt1 > bigInt2
< 小于 bigInt1 < bigInt2
>= 大于等于 bigInt1 >= bigInt2
<= 小于等于 bigInt1 <= bigInt2

注意：

  • BigInt 和 Number 类型可以使用 == 运算符进行比较，但是建议使用 === 运算符进行严格比较，以避免类型转换带来的意外结果。

    console.log(1n == 1); // true
console.log(1n === 1); // false

四、BigInt 的应用场景：让你的代码更强大！

BigInt 在很多场景下都能发挥重要作用，让你的代码更加强大。

1. 金融系统：

在金融系统中，需要处理大量的资金交易数据，精度要求非常高。使用 BigInt 可以避免精度丢失，保证交易数据的准确性。

2. 密码学：

在密码学中，经常需要进行大素数运算，例如 RSA 算法。BigInt 可以轻松处理这些大素数，保证密码的安全性。

3. 科学计算：

在科学计算中，经常需要处理非常大的数值，例如天文数字、物理常数等。BigInt 可以满足这些需求，保证计算结果的准确性。

4. 处理 ID：

在一些系统中，需要使用 64 位的 ID 来标识数据。使用 BigInt 可以存储这些 ID，避免精度丢失。

举个栗子：计算阶乘

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

console.log(factorial(20n)); // 2432902008176640000n

使用 BigInt 计算阶乘，可以避免 Number 类型的溢出问题。

五、BigInt 的兼容性：并非所有浏览器都支持！

虽然 BigInt 功能强大，但并非所有浏览器都支持。在使用 BigInt 之前，需要检查浏览器的兼容性。

BigInt 的兼容性：

浏览器 支持情况
Chrome 支持
Firefox 支持
Safari 支持
Edge 支持
IE 不支持

如果需要在不支持 BigInt 的浏览器中使用 BigInt，可以使用一些 polyfill 库，例如 big-integer。

六、BigInt 的性能：需要注意的地方！

BigInt 虽然可以处理大整数计算，但是它的性能比 Number 类型要差。在使用 BigInt 时，需要注意性能问题。

BigInt 的性能：

  • BigInt 的算术运算比 Number 类型慢。
  • BigInt 的内存占用比 Number 类型大。

因此，在使用 BigInt 时，需要权衡精度和性能，选择合适的类型。只有在需要高精度的大整数计算时，才应该使用 BigInt。

七、BigInt 的“注意事项”：别踩坑！

在使用 BigInt 的过程中，有一些需要注意的地方，避免踩坑。

  1. 不能和 Number 类型混合运算： BigInt 和 Number 类型不能直接进行混合运算，需要进行类型转换。

  2. 除法运算会舍去小数部分： BigInt 的除法运算会舍去小数部分，只保留整数部分。

  3. 位运算符的使用： BigInt 可以使用位运算符，但是需要注意，位运算符会将 BigInt 转换为 Number 类型，可能会导致精度丢失。

  4. JSON 序列化： BigInt 不能直接被 JSON 序列化，需要先转换为字符串类型。

    const bigInt = 12345678901234567890n;
const json = JSON.stringify({ value: bigInt.toString() });
console.log(json); // {"value":"12345678901234567890"}

  5. 避免过度使用： BigInt 的性能比 Number 类型差，应该避免过度使用。只有在需要高精度的大整数计算时，才应该使用 BigInt。

八、总结：BigInt，你的代码“升级”利器！

通过今天的讲解，相信大家对 BigInt 类型有了更深入的了解。BigInt 就像一位“大整数将军”，可以帮助我们解决大整数计算的精度问题，让我们的代码更加强大。

BigInt 的优点：

  • 可以表示任意大小的整数，避免精度丢失。
  • 适用于金融系统、密码学、科学计算等需要高精度计算的场景。

BigInt 的缺点：

  • 性能比 Number 类型差。
  • 兼容性有限。
  • 需要注意类型转换和 JSON 序列化等问题。

总而言之，BigInt 是 JavaScript 中一个非常有用的类型，可以帮助我们解决大整数计算的问题。但是，在使用 BigInt 时，需要权衡精度和性能，选择合适的类型。

希望今天的讲解对大家有所帮助！ 让我们一起用好 BigInt，让我们的代码更加“精致”，更加“靠谱”！ 💪

下次再见！ 👋

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