Les tableaux typés en JavaScript

Les tableaux typés JavaScript sont des objets semblables à des tableaux qui permettent d'accéder à des données binaires brutes. Pour rappel, les objets Array qui représentent des tableaux en JavaScript peuvent être agrandis ou réduits dynamiquement et permettent de stocker n'importe quelle valeur JavaScript. Afin que la manipulation de ces objets soit efficace, le moteur JavaScript applique un certain nombre d'optimisations. Cependant, avec les avancées réalisées (telles que les flux audio et vidéo avec WebRTC et les WebSockets), il devient nécessaire de pouvoir manipuler des données binaires brutes au sein de tableaux typés, c'est pour ça que ces objets ont été introduits.

Ne pas confondre les tableaux typés et les tableaux « classiques » (Array). En effet, la méthode Array.isArray() renverra false lorsqu'elle utilisée sur un tableau typé. De plus, certaines des méthodes des tableaux « classiques » ne sont pas disponibles pour les tableaux typés (par exemple push et pop).

Tampon de mémoire et vue : l'architecture des tableaux typés

Afin de permettre une meilleure efficacité et une meilleure flexibilité, l'implémentation des tableaux typés JavaScript est séparée entre : les tampons de mémoire (buffers) d'une part et les vues (views) d'autre part. Un tampon de mémoire, implémenté avec l'objet ArrayBuffer, est un objet qui représente un fragment de données, il n'a pas de format à proprement parler et n'offre aucune fonctionnalité pour accéder à son contenu. Afin d'accéder à la mémoire contenue dans le tampon, on doit utiliser une vue. Une vue fournit un contexte (c'est-à-dire un type de donnée, un emplacement pour le début de la lecture (offset) et un nombre d'éléments ; c'est ce contexte qui permet de définir le tableau typé.

Typed arrays in an ArrayBuffer

ArrayBuffer

Le type ArrayBuffer est un type de données générique pour représenter un tampon de données de longueur fixe. Le contenu d'un ArrayBuffer ne peut pas être manipulé directement, il faut pour cela créer une vue sous forme d'un tableau typé ou une vue DataView qui représente le tampon dans un format donné et utiliser cet objet pour lire et écrire du contenu dans le tampon de données.

Les vues sous forme de tableaux typés

Les tableaux typés qui sont les vues sur ces tampons de mémoire possèdent des noms explicites correspondant aux types numériques habituels tels que Int8, Uint32, Float64 et ainsi de suite. Il existe un type de tableau typé spécial, Uint8ClampedArray. Ce type permet de ramener (clamp) les valeurs observées entre 0 et 255. Cela peut notamment être utilisé pour traiter les données d'un canvas par exemple.

Les objets TypedArray

Type Taille (exprimée en octets) Description Type Web IDL Type équivalent en C
Int8Array 1 Entier signé en complément à deux sur 8 bits byte int8_t
Uint8Array 1 Entier non signé sur 8 bits octet uint8_t
Uint8ClampedArray 1 Entier non signé sur 8 bits (compris entre 0 et 255) octet uint8_t
Int16Array 2 Entier signé en complément à deux sur 16 bits short int16_t
Uint16Array 2 Entier non signé sur 16 bits unsigned short uint16_t
Int32Array 4 Entier signé en complément à deux sur 32 bits long int32_t
Uint32Array 4 Entier non signé sur 32 bits unsigned long uint32_t
Float32Array 4 Nombre flottant sur 32 bits selon la représentation IEEE unrestricted float float
Float64Array 8 Nombre flottant sur 64 bits selon la représentation IEEE unrestricted double double

DataView

Le type DataView permet de créer des objets qui seront des interfaces (bas niveau) pour lire/écrire des données dans le tampon de mémoire. Cela peut par exemple être utile lorsqu'on souhaite manipuler différents types de données. Les vues sous forme de tableaux typés suivent le même boutisme (endianness) que la plate-forme. Avec un objet DataView, il est possible de définir l'ordre des octets à considérer (qui sera par défaut du grand boutisme (big-endian) mais qui pourra être défini en petit boutisme (little-endian) dans les différentes méthodes d'accès/écriture).

Les API Web utilisant les tableaux typés

FileReader.prototype.readAsArrayBuffer()
La méthode FileReader.prototype.readAsArrayBuffer() permet de lire le contenu d'un Blob ou File donné.
XMLHttpRequest.prototype.send()
XMLHttpRequest et sa méthode send() peuvent désormais être utilisées avec un argument qui est un tableau typé ou un ArrayBuffer.
ImageData.data
Un objet du type Uint8ClampedArray qui représente un tableau unidimensionnel contenant les données de l'image dans l'ordre RGBA, les entiers utilisés sont compris entre 0 et 255 (au sens large).

Exemples

Utiliser les vues et les tampons

Tout d'abord, il faut créer un tampon (buffer). Ici, on crée un buffer de 16 octets :

var buffer = new ArrayBuffer(16);

Grâce à cette instruction, on dispose désormaits d'un fragment de mémoire dont tous les octets sont pré-initialisés à 0. Si c'est déjà une bonne chose de faite, cela n'a pas grande utilité. On peut déjà confirmer que la longueur du tampon est bien celle spécifiée initialement :

if (buffer.byteLength === 16) {
  console.log("Oui, il mesure bien 16 octets.");
} else {
  console.log("Non, ce n'est pas la bonne taille !");
} 

Avant qu'on puisse travailler avec ce tampon, il faut créer une vue. Ici, on crée une vue qui traite le tampon comme un tableau d'entiers signés représentés sur 32 bits :

var int32View = new Int32Array(buffer);

Désormais, on peut accéder aux éléments du tableau typé comme avec un tableau classique :

for (var i = 0; i < int32View.length; i++) {
  int32View[i] = i * 2;
}

Ce fragment de code permet de remplir les 4 éléments du tableau (4 éléments faisant chacun 4 octets, ce qui remplit les 16 octets du tableau) avec les valeurs 0, 2, 4, et 6.

Plusieurs vues sur les mêmes données

On commence à avoir des cas d'utilisation intéressants quand on peut créer plusieurs vues sur les mêmes données. Ainsi, en utilisant le code précédent, on peut continuer avec :

var int16View = new Int16Array(buffer);

for (var i = 0; i < int16View.length; i++) {
  console.log("Élément " + i + " : " + int16View[i]);
}

Ici, on crée une vue pour des éléments sur 16 bits qui partage le même tampon que la vue précédente (qui était une vue avec des éléments sur 32 bits) et on affiche les valeurs contenues dans le tampon sous formes d'entiers représentés sur 16 bits. Le résultat obtenu est ici 0, 0, 2, 0, 4, 0, 6, 0.

On peut aller encore plus loin, par exemple :

int16View[0] = 32;
console.log("L'élément 0 du tableau 32 bits est désormais " + int32View[0]);

Le résultat obtenu sera "L'élément 0 du tableau 32 bits est désormais 32". Autrement dit, les deux tableaux typés construits ne sont que des vues sur le même tampon de données. Ce genre de manipulation peut être effectuée avec n'importe quel type de vue.

Manipuler des structures de données complexes

En combinant un même tampon et plusieurs vue de différents types, chacune commençant à un endroit différent dans le tampon, il est possible d'interagir avec des données qui représentent des objets contenant plusieurs types de données. Cela permet entre autres d'intéragir avec des structures de données complexes telles que WebGL, des fichiers de données, des structures C (notamment avec js-ctypes).

Si on a cette structure C :

struct uneStruct {
  unsigned long id;
  char nom_utilisateur[16];
  float montant;
};

On peut réceptionner les données d'un tampon qui contiendrait des objets de ce type grâce à:

var buffer = new ArrayBuffer(24);

// ... on lit les données dans le tampon ...

var vueId = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
var vueNomUtilisateur = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
var vueMontant = new Float32Array(buffer, 20, 1);

On peut ensuite accéder au montant lié à un utilisateur, par exemple, avec vueMontant[0].

Note : L'alignement des structures de données dans une structure C dépend de la plate-forme. Il est donc nécessaire de prendre des précautions quant au format attendu.

Convertir un tableau typé en un tableau normal

Dans certains cas d'utilisation, après avoir traité un tableau typé, il peut être utile de convertir le tableau typé en un tableau normal (Array) afin de bénificier des propriétés du prototype d'Array. Pour cela, on peut utiliser la méthode Array.from. Si Array.from() n'est pas disponible, on peut effectuer cette conversion de la façon suivante :

var tableauTypé = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]),
    tableauNormal = Array.prototype.slice.call(tableauTypé);
tableauNormal.length === 4;
tableauNormal.constructor === Array;

Spécifications

Spécification Statut Commentaires
Typed Array Specification Obsolete Remplacée par ECMAScript 6.
ECMAScript 2015 (6th Edition, ECMA-262)
La définition de 'TypedArray Objects' dans cette spécification.
Standard Définition initiale au sein d'un standard ECMA.
ECMAScript 2017 Draft (ECMA-262)
La définition de 'TypedArray Objects' dans cette spécification.
Projet  

Compatibilité des navigateurs

Fonctionnalité Chrome Firefox (Gecko) Internet Explorer Opera Safari
Support simple 7.0 4.0 (2) 10 11.6 5.1
Fonctionnalité Android Chrome pour Android Firefox Mobile (Gecko) IE Mobile Opera Mobile Safari Mobile
Support simple 4.0 (Oui) 4.0 (2) 10 11.6 4.2

Voir aussi

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