JavaScript 数据类型 —— number 类型详解

Posted 2022-11-11 LeviDing

本号是《现代 javascript 教程》^[1]官方微信公众号

数字类型

在现代 JavaScript 中，数字（number）有两种类型：

1. JavaScript 中的常规数字以 64 位的格式 IEEE-754^[2] 存储，也被称为“双精度浮点数”。这是我们大多数时候所使用的数字，我们将在本章中学习它们。

2. BigInt 用于表示任意长度的整数。有时会需要它们，因为正如我们在前面的章节 数据类型^[3] 中提到的，常规整数不能安全地超过 (253-1) 或小于 -(253-1)。由于仅在少数特殊领域才会用到 BigInt，因此我们在特殊的章节 BigInt^[4] 中对其进行了介绍。

所以，在这里我们将讨论常规数字类型。现在让我们开始学习吧。

编写数字的更多方法

假如我们需要表示 10 亿。显然，我们可以这样写：

let billion = 1000000000;

我们也可以使用下划线 _ 作为分隔符：

let billion = 1_000_000_000;

这里的下划线 _ 扮演了“语法糖^[5]”的角色，使得数字具有更强的可读性。JavaScript 引擎会直接忽略数字之间的 _，所以 上面两个例子其实是一样的。

但在现实生活中，我们通常会尽量避免写带一长串零的数。因为我们比较懒……我们会尝试将 10 亿写成 "1bn"，或将 73 亿写成 "7.3bn"。对于大多数大的数字来说都是如此。

在 JavaScript 中，我们可以通过在数字后面附加字母 "e" 并指定零的个数来缩短数字：

let billion = 1e9;  // 10 亿，字面意思：数字 1 后面跟 9 个 0

alert( 7.3e9 );  // 73 亿（与 7300000000 和 7_300_000_000 相同）

换句话说，e 把数字乘以 1 后面跟着给定数量的 0 的数字。

1e3 === 1 * 1000; // e3 表示 *1000
1.23e6 === 1.23 * 1000000; // e6 表示 *1000000

现在让我们写一些非常小的数字。例如，1 微秒（百万分之一秒）：

let mcs = 0.000001;

就像以前一样，可以使用 "e" 来完成。如果我们想避免显式地写零，我们可以这样写：

let mcs = 1e-6; // 1 的左边有 6 个 0

如果我们数一下 0.000001 中的 0 的个数，是 6 个。所以自然是 1e-6。

换句话说，e 后面的负数表示除以 1 后面跟着给定数量的 0 的数字：

// -3 除以 1 后面跟着 3 个 0 的数字
1e-3 === 1 / 1000; // 0.001

// -6 除以 1 后面跟着 6 个 0 的数字
1.23e-6 === 1.23 / 1000000; // 0.00000123

// 一个更大一点的数字的示例
1234e-2 === 1234 / 100; // 12.34，小数点移动两次

十六进制，二进制和八进制数字

十六进制^[6] 数字在 JavaScript 中被广泛用于表示颜色，编码字符以及其他许多东西。所以自然地，有一种较短的写方法：0x，然后是数字。

例如：

alert( 0xff ); // 255
alert( 0xFF ); // 255（一样，大小写没影响）

二进制和八进制数字系统很少使用，但也支持使用 0b 和 0o 前缀：

let a = 0b11111111; // 二进制形式的 255
let b = 0o377; // 八进制形式的 255

alert( a == b ); // true，两边是相同的数字，都是 255

只有这三种进制支持这种写法。对于其他进制，我们应该使用函数 parseInt（我们将在本章后面看到）。

toString(base)

方法 num.toString(base) 返回在给定 base 进制数字系统中 num 的字符串表示形式。

举个例子：

let num = 255;

alert( num.toString(16) );  // ff
alert( num.toString(2) );   // 11111111

base 的范围可以从 2 到 36。默认情况下是 10。

常见的用例如下：

• base=16 用于十六进制颜色，字符编码等，数字可以是 0..9 或 A..F。

• base=2 主要用于调试按位操作，数字可以是 0 或 1。

• base=36 是最大进制，数字可以是 0..9 或 A..Z。所有拉丁字母都被用于了表示数字。对于 36 进制来说，一个有趣且有用的例子是，当我们需要将一个较长的数字标识符转换成较短的时候，例如做一个短的 URL。可以简单地使用基数为 36 的数字系统表示：

  alert( 123456..toString(36) ); // 2n9c

使用两个点来调用一个方法

请注意 123456..toString(36) 中的两个点不是打错了。如果我们想直接在一个数字上调用一个方法，比如上面例子中的 toString，那么我们需要在它后面放置两个点 ..。

如果我们放置一个点：123456.toString(36)，那么就会出现一个 error，因为 JavaScript 语法隐含了第一个点之后的部分为小数部分。如果我们再放一个点，那么 JavaScript 就知道小数部分为空，现在使用该方法。

也可以写成 (123456).toString(36)。

舍入

舍入（rounding）是使用数字时最常用的操作之一。

这里有几个对数字进行舍入的内建函数：

Math.floor：向下舍入：3.1 变成 3，-1.1 变成 -2。

Math.ceil：向上舍入：3.1 变成 4，-1.1 变成 -1。

Math.round：向最近的整数舍入：3.1 变成 3，3.6 变成 4，中间值 3.5 变成 4。

Math.trunc（IE 浏览器不支持这个方法）：移除小数点后的所有内容而没有舍入：3.1 变成 3，-1.1 变成 -1。

这个是总结它们之间差异的表格：

	Math.floor	Math.ceil	Math.round	Math.trunc
3.1	3	4	3	3
3.6	3	4	4	3
-1.1	-2	-1	-1	-1
-1.6	-2	-1	-2	-1

这些函数涵盖了处理数字小数部分的所有可能方法。但是，如果我们想将数字舍入到小数点后 n 位，该怎么办？

例如，我们有 1.2345，并且想把它舍入到小数点后两位，仅得到 1.23。

有两种方式可以实现这个需求：

1. 乘除法

   例如，要将数字舍入到小数点后两位，我们可以将数字乘以 100，调用舍入函数，然后再将其除回。

   let num = 1.23456;
   
   alert( Math.round(num * 100) / 100 ); // 1.23456 -> 123.456 -> 123 -> 1.23

2. 函数 toFixed(n)^[7] 将数字舍入到小数点后 n 位，并以字符串形式返回结果。

   let num = 12.34;
   alert( num.toFixed(1) ); // "12.3"

   这会向上或向下舍入到最接近的值，类似于 Math.round：

   let num = 12.36;
   alert( num.toFixed(1) ); // "12.4"

   请注意 toFixed 的结果是一个字符串。如果小数部分比所需要的短，则在结尾添加零：

   let num = 12.34;
   alert( num.toFixed(5) ); // "12.34000"，在结尾添加了 0，以达到小数点后五位

   我们可以使用一元加号或 Number() 调用，将其转换为数字，例如 + num.toFixed(5)。

不精确的计算

在内部，数字是以 64 位格式 IEEE-754^[8] 表示的，所以正好有 64 位可以存储一个数字：其中 52 位被用于存储这些数字，其中 11 位用于存储小数点的位置，而 1 位用于符号。

如果一个数字真的很大，则可能会溢出 64 位存储，变成一个特殊的数值 Infinity：

alert( 1e500 ); // Infinity

这可能不那么明显，但经常会发生的是，精度的损失。

考虑下这个（falsy!）相等性测试：

alert( 0.1 + 0.2 == 0.3 ); // *!*false*/!*

没错，如果我们检查 0.1 和 0.2 的总和是否为 0.3，我们会得到 false。

奇了怪了！如果不是 0.3，那能是啥？

alert( 0.1 + 0.2 ); // 0.30000000000000004

我擦！想象一下，你创建了一个电子购物网站，如果访问者将价格为 ¥ 0.10 和 ¥ 0.20 的商品放入了他的购物车。订单总额将是 ¥ 0.30000000000000004。这会让任何人感到惊讶。

但为什么会这样呢？

一个数字以其二进制的形式存储在内存中，一个 1 和 0 的序列。但是在十进制数字系统中看起来很简单的 0.1，0.2 这样的小数，实际上在二进制形式中是无限循环小数。

什么是 0.1？0.1 就是 1 除以 10，1/10，即十分之一。在十进制数字系统中，这样的数字表示起来很容易。将其与三分之一进行比较：1/3。三分之一变成了无限循环小数 0.33333(3)。

在十进制数字系统中，可以保证以 10 的整数次幂作为除数能够正常工作，但是以 3 作为除数则不能。也是同样的原因，在二进制数字系统中，可以保证以 2 的整数次幂作为除数时能够正常工作，但 1/10 就变成了一个无限循环的二进制小数。

使用二进制数字系统无法 精确 存储 0.1 或 0.2，就像没有办法将三分之一存储为十进制小数一样。

IEEE-754 数字格式通过将数字舍入到最接近的可能数字来解决此问题。这些舍入规则通常不允许我们看到“极小的精度损失”，但是它确实存在。

我们可以看到：

alert( 0.1.toFixed(20) ); // 0.10000000000000000555

当我们对两个数字进行求和时，它们的“精度损失”会叠加起来。

这就是为什么 0.1 + 0.2 不等于 0.3。

不仅仅是 JavaScript

许多其他编程语言也存在同样的问题。

php，Java，C，Perl，Ruby 给出的也是完全相同的结果，因为它们基于的是相同的数字格式。

我们能解决这个问题吗？当然，最可靠的方法是借助方法 toFixed(n)^[9] 对结果进行舍入：

let sum = 0.1 + 0.2;
alert( sum.toFixed(2) ); // 0.30

请注意，toFixed 总是返回一个字符串。它确保小数点后有 2 位数字。如果我们有一个电子购物网站，并需要显示 ¥ 0.30，这实际上很方便。对于其他情况，我们可以使用一元加号将其强制转换为一个数字：

let sum = 0.1 + 0.2;
alert( +sum.toFixed(2) ); // "0.30"

我们可以将数字临时乘以 100（或更大的数字），将其转换为整数，进行数学运算，然后再除回。当我们使用整数进行数学运算时，误差会有所减少，但仍然可以在除法中得到：

alert( (0.1 * 10 + 0.2 * 10) / 10 ); // 0.3
alert( (0.28 * 100 + 0.14 * 100) / 100); // 0.4200000000000001

因此，乘/除法可以减少误差，但不能完全消除误差。

有时候我们可以尝试完全避免小数。例如，我们正在创建一个电子购物网站，那么我们可以用角而不是元来存储价格。但是，如果我们要打 30% 的折扣呢？实际上，完全避免小数处理几乎是不可能的。只需要在必要时剪掉其“尾巴”来对其进行舍入即可。

有趣的事儿

尝试运行下面这段代码：

// Hello！我是一个会自我增加的数字！
alert( 9999999999999999 ); // 显示 10000000000000000

出现了同样的问题：精度损失。有 64 位来表示该数字，其中 52 位可用于存储数字，但这还不够。所以最不重要的数字就消失了。

JavaScript 不会在此类事件中触发 error。它会尽最大努力使数字符合所需的格式，但不幸的是，这种格式不够大到满足需求。

两个零

数字内部表示的另一个有趣结果是存在两个零：0 和 -0。

这是因为在存储时，使用一位来存储符号，因此对于包括零在内的任何数字，可以设置这一位或者不设置。

在大多数情况下，这种区别并不明显，因为运算符将它们视为相同的值。

测试：isFinite 和 isNaN

还记得这两个特殊的数值吗？

• Infinity（和 -Infinity）是一个特殊的数值，比任何数值都大（小）。

• NaN 代表一个 error。

它们属于 number 类型，但不是“普通”数字，因此，这里有用于检查它们的特殊函数：

• isNaN(value) 将其参数转换为数字，然后测试它是否为 NaN：

  alert( isNaN(NaN) ); // true
  alert( isNaN("str") ); // true

  但是我们需要这个函数吗？我们不能只使用 === NaN 比较吗？很不幸，这不行。值 "NaN" 是独一无二的，它不等于任何东西，包括它自身：

  alert( NaN === NaN ); // false

• isFinite(value) 将其参数转换为数字，如果是常规数字而不是 NaN/Infinity/-Infinity，则返回 true：

  alert( isFinite("15") ); // true
  alert( isFinite("str") ); // false，因为是一个特殊的值：NaN
  alert( isFinite(Infinity) ); // false，因为是一个特殊的值：Infinity

有时 isFinite 被用于验证字符串值是否为常规数字：

let num = +prompt("Enter a number", '');

// 结果会是 true，除非你输入的是 Infinity、-Infinity 或不是数字
alert( isFinite(num) );

请注意，在所有数字函数中，包括 isFinite，空字符串或仅有空格的字符串均被视为 0。

与 Object.is 进行比较

有一个特殊的内建方法 Object.is，它类似于 === 一样对值进行比较，但它对于两种边缘情况更可靠：

1. 它适用于 NaN：Object.is(NaN，NaN) === true，这是件好事。

2. 值 0 和 -0 是不同的：Object.is(0，-0) === false，从技术上讲这是对的，因为在内部，数字的符号位可能会不同，即使其他所有位均为零。

在所有其他情况下，Object.is(a，b) 与 a === b 相同。

这种比较方式经常被用在 JavaScript 规范中。当内部算法需要比较两个值是否完全相同时，它使用 Object.is（内部称为 SameValue^[10]）。

parseInt 和 parseFloat

使用加号 + 或 Number() 的数字转换是严格的。如果一个值不完全是一个数字，就会失败：

alert( +"100px" ); // NaN

唯一的例外是字符串开头或结尾的空格，因为它们会被忽略。

但在现实生活中，我们经常会有带有单位的值，例如 CSS 中的 "100px" 或 "12pt"。并且，在很多国家，货币符号是紧随金额之后的，所以我们有 "19€"，并希望从中提取出一个数值。

这就是 parseInt 和 parseFloat 的作用。

它们可以从字符串中“读取”数字，直到无法读取为止。如果发生 error，则返回收集到的数字。函数 parseInt 返回一个整数，而 parseFloat 返回一个浮点数：

alert( parseInt('100px') ); // 100
alert( parseFloat('12.5em') ); // 12.5

alert( parseInt('12.3') ); // 12，只有整数部分被返回了
alert( parseFloat('12.3.4') ); // 12.3，在第二个点出停止了读取

某些情况下，parseInt/parseFloat 会返回 NaN。当没有数字可读时会发生这种情况：

alert( parseInt('a123') ); // NaN，第一个符号停止了读取

parseInt(str, radix) 的第二个参数

parseInt() 函数具有可选的第二个参数。它指定了数字系统的基数，因此 parseInt 还可以解析十六进制数字、二进制数字等的字符串：

alert( parseInt('0xff', 16) ); // 255
alert( parseInt('ff', 16) ); // 255，没有 0x 仍然有效

alert( parseInt('2n9c', 36) ); // 123456

其他数学函数

JavaScript 有一个内建的 Math^[11] 对象，它包含了一个小型的数学函数和常量库。

几个例子：

Math.random()：返回一个从 0 到 1 的随机数（不包括 1）。

alert( Math.random() ); // 0.1234567894322
alert( Math.random() ); // 0.5435252343232
alert( Math.random() ); // ... (任何随机数)

Math.max(a, b, c...) 和 Math.min(a, b, c...)：从任意数量的参数中返回最大值和最小值。

alert( Math.max(3, 5, -10, 0, 1) ); // 5
alert( Math.min(1, 2) ); // 1

Math.pow(n, power)：返回 n 的给定（power）次幂。

alert( Math.pow(2, 10) ); // 2 的 10 次幂 = 1024

Math 对象中还有更多函数和常量，包括三角函数，你可以在 Math 对象文档^[12] 中找到这些内容。

总结

要写有很多零的数字：

• 将 "e" 和 0 的数量附加到数字后。就像：123e6 与 123 后面接 6 个 0 相同。

• "e" 后面的负数将使数字除以 1 后面接着给定数量的零的数字。例如 123e-6 表示 0.000123（123 的百万分之一）。

对于不同的数字系统：

• 可以直接在十六进制（0x），八进制（0o）和二进制（0b）系统中写入数字。

• parseInt(str，base) 将字符串 str 解析为在给定的 base 数字系统中的整数，2 ≤ base ≤ 36。

• num.toString(base) 将数字转换为在给定的 base 数字系统中的字符串。

对于常规数字检测：

• isNaN(value) 将其参数转换为数字，然后检测它是否为 NaN

• isFinite(value) 将其参数转换为数字，如果它是常规数字，则返回 true，而不是 NaN/Infinity/-Infinity

要将 12pt 和 100px 之类的值转换为数字：

• 使用 parseInt/parseFloat 进行“软”转换，它从字符串中读取数字，然后返回在发生 error 前可以读取到的值。

小数：

• 使用 Math.floor，Math.ceil，Math.trunc，Math.round 或 num.toFixed(precision) 进行舍入。

• 请确保记住使用小数时会损失精度。

更多数学函数：

• 需要时请查看 Math^[13] 对象。这个库很小，但是可以满足基本的需求。

习题

先自己做题目再看答案。

1. 来自访问者的数字的总和

重要程度：🌟🌟🌟🌟🌟

创建一个脚本，提示访问者输入两个数字，然后显示它们的总和。

P.S. 有一个类型陷阱。

2. 为什么 6.35.toFixed(1) == 6.3？

重要程度：🌟🌟🌟🌟

根据文档，Math.round 和 toFixed 都将数字舍入到最接近的数字：0..4 会被舍去，而 5..9 会进一位。

例如：

alert( 1.35.toFixed(1) ); // 1.4

在下面这个类似的示例中，为什么 6.35 被舍入为 6.3 而不是 6.4？

alert( 6.35.toFixed(1) ); // 6.3

如何以正确的方式来对 6.35 进行舍入？

3. 重复，直到输入的是一个数字

重要程度：🌟🌟🌟🌟🌟

创建一个函数 readNumber，它提示输入一个数字，直到访问者输入一个有效的数字为止。

结果值必须以数字形式返回。

访问者也可以通过输入空行或点击“取消”来停止该过程。在这种情况下，函数应该返回 null。

4. 一个偶发的无限循环

重要程度：🌟🌟🌟🌟

这是一个无限循环。它永远不会结束。为什么？

let i = 0;
while (i != 10) 
  i += 0.2;

5. 从 min 到 max 的随机数

重要程度：🌟🌟

内建函数 Math.random() 会创建一个在 0 到 1 之间（不包括 1）的随机数。

编写一个 random(min, max) 函数，用以生成一个在 min 到 max 之间的随机浮点数（不包括 max)）。

运行示例：

alert( random(1, 5) ); // 1.2345623452
alert( random(1, 5) ); // 3.7894332423
alert( random(1, 5) ); // 4.3435234525

6. 从 min 到 max 的随机整数

重要程度：🌟🌟

创建一个函数 randomInteger(min, max)，该函数会生成一个范围在 min 到 max 中的随机整数，包括 min 和 max。

在 min..max 范围中的所有数字的出现概率必须相同。

运行示例：

alert( randomInteger(1, 5) ); // 1
alert( randomInteger(1, 5) ); // 3
alert( randomInteger(1, 5) ); // 5

你可以使用上一题的解决方案作为基础。

答案

请见：数字类型章节习题和答案

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现代 JavaScript 教程：开源的现代 JavaScript 从入门到进阶的优质教程。React 官方文档推荐，与 MDN 并列的 JavaScript 学习教程^[14]。

在线免费阅读：https://zh.javascript.info

参考资料

[1]

《现代 JavaScript 教程》: https://zh.javascript.info/

[2]

IEEE-754: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754

[3]

数据类型: https://zh.javascript.info/types

[4]

BigInt: https://zh.javascript.info/bigint

[5]

语法糖: https://en.wikipedia.org/wiki/Syntactic_sugar

[6]

十六进制: https://en.wikipedia.org/wiki/Hexadecimal

[7]

toFixed(n): https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Number/toFixed

[8]

IEEE-754: http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_754

[9]

toFixed(n): https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Number/toFixed

[10]

SameValue: https://tc39.github.io/ecma262/#sec-samevalue

[11]

Math: https://developer.mozilla.org/en/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Math

[12]

Math 对象文档: https://developer.mozilla.org/en/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Math

[13]

Math: https://developer.mozilla.org/en/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Math

[14]

React 官方文档推荐，与 MDN 并列的 JavaScript 学习教程: https://zh-hans.reactjs.org/docs/getting-started.html#javascript-resources