Типизированные массивы JavaScript

Типизированные массивы в JavaScript являются массива-подобными объектами, предоставляющими механизм доступа к сырым двоичным данным. Как вы уже можете знать, массив Array растёт и обрезается динамически, и может содержать элементы любого типа JavaScript. Благодаря оптимизациям JavaScript движков, массивы остаются быстрыми. Однако, со временем, веб-приложения становятся все более и более мощными, появляется необходимость работы с аудио- и видео-данными, требуется доступ к сырым данным WebSocket, и так далее. Становится очевидным, что возможность быстрой и эффективной работы с двоичными данными в JavaScript будет очень полезной, для чего типизированные массивы и предназначены.

Не следует путать типизированные массивы с обычными массивами: так, например, вызов Array.isArray() для типизированного массива вернёт false. Более того, не все методы, доступные для обычных массивов поддерживаются типизированными массивами (например, push и pop).

Буферы и представления: архитектура типизированных массивов

Для достижения максимальной гибкости и производительности, реализация типизированных массивов в JavaScript разделена на буферы и представления. Буфер (ArrayBuffer) –– это объект, представляющий из себя набор данных. Он не имеет формата и не предоставляет возможности доступа к своему содержимому. Для доступа к памяти буфера вам нужно использовать представление. Представление предоставляет контекст: тип данных, начальную позицию в буфере и количество элементов. Это позволяет представить данные в виде типизированного массива.

Typed arrays in an ArrayBuffer

ArrayBuffer

Объект ArrayBuffer –– это набор бинарных данных с фиксированной длинной. Вы не можете манипулировать содержимым ArrayBuffer напрямую. Вместо этого, необходимо создать типизированное представление DataView, которое будет отображать буфер в определённом формате, и даст доступ на запись и чтение его содержимого.

Типизированные представления

Название типизированного представления массива говорит само за себя. Оно представляет массив в распространённых числовых форматах, таких как  Int8Uint32Float64 и так далее. Среди прочих, существует специальное представление Uint8ClampedArray. Оно ограничивает значения интервалом от 0 до 255. Это полезно, например, при Обработке данных изображения в Canvas.

{{page("/ru/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/TypedArray", "Объект TypedArray")}}

DataView

Объект DataView –– это низкоуровневый интерфейс, предоставляющий API для записи/чтения произвольных данных в буфер. Это полезно при работе с различными типами данных, например. В то время как типизированные представления всегда имеют порядок байт (смотрите Endianness (en-US)) соответствующий используемому в вашей операционной системе, DataView позволяет контроллировать порядок байт (byte-order). По умолчанию это big-endian, но через API можно установить little-endian.

Веб API, использующие типизированные массивы

FileReader.prototype.readAsArrayBuffer()
Метод FileReader.prototype.readAsArrayBuffer() читает содержимое заданного Blob или File.
XMLHttpRequest.prototype.send()
Метод send() экземпляра XMLHttpRequest теперь поддерживает в качестве аргумента ArrayBuffer.
ImageData.data
Имеет тип Uint8ClampedArray и представляет изображение в виде одномерного массива, где цветовые компоненты расположены в порядке RGBA, и их значения принудительно ограничены диапазоном от 0 до 255.

Примеры

Использование представлений с буферами

Прежде всего, необходимо создать буфер с фиксированной длиной 16 байт:

var buffer = new ArrayBuffer(16);

На данном этапе мы имеем область памяти в 16 байт, инициализированной нулевыми значениями. Всё, что мы можем сделать сейчас, это убедиться, что длина буфера действительно 16 байт:

if (buffer.byteLength === 16) {
  console.log("Да, это 16 байт.");
} else {
  console.log("О нет, размер не наш!");
}

Прежде чем мы сможем приступить к полноценной работе с памятью, нам нужно создать представление. Давайте создадим представление, которое отображает буфер как массив из 32-битных целочисленных значений со знаком:

var int32View = new Int32Array(buffer);

Теперь мы можем получить доступ к элементам представления как к элементам обычного массива:

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

Этот код поместит 4 элемента в буфер (4 элемента по 4 байта даст 16 байт) со следующими значениям: 0, 2, 4 и 6.

Множество представлений для одних и тех же данных

Всё становится намного интереснее, если создать несколько разных представлений для одного и того же буфера. Например, приведённый выше код можно дополнить следующим образом:

var int16View = new Int16Array(buffer);

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

Здесь мы создаём 16-битное целочисленное представление, которое ссылается на тот же самый буфер, что и 32-битное представление, и затем выводим все 16-битные элементы этого представления. Мы получим следующий вывод: 0, 0, 2, 0, 4, 0, 6, 0.

Можно пойти дальше. Оцените этот код:

int16View[0] = 32;
console.log('Элемент 0 в 32-битном представлении теперь равен ' + int32View[0]);

Результатом выполнения станет текст: "Элемент 0 в 32-битном представлении теперь равен 32". Другими словами, два массива на самом деле являются лишь разными представлениями одного и того же буфера данных в разных форматах. Вы можете повторить это с представлениями любого типа.

Работа со сложными структурами данных

Комбинируя буфер и множество представлений разного формата, имеющих разные смещения относительно начала буфера, можно управляться с объектами содержащими разнородные данные. Это позволяет, к примеру, взаимодействовать со сложными структурам из WebGL, файлами данных или структурами языка C (сопоставление данных JS и C).

Рассмотрим следующую структуру из языка C:

struct someStruct {
  unsigned long id;
  char username[16];
  float amountDue;
};

Получить доступ к полям этой структуры можно следующим образом:

var buffer = new ArrayBuffer(24);

// ... поместить данные структуры в буфер ...

var idView = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
var usernameView = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
var amountDueView = new Float32Array(buffer, 20, 1);

Теперь получить или изменить значение поля amountDue, к примеру, можно путём обращения к amountDueView[0].

Примечание: Выравнивание данных в языке C является платформозависимым. Принимайте меры по вычислению правильных отступов в данных с учётом выравнивания.

Преобразование в обычные массивы

Иногда после обработки типизированного массива бывает полезно конвертировать его в обычный массив, чтобы получить доступ к методам прототипа Array. Для этих целей существует метод Array.from. А в тех случаях, когда Array.from не поддерживается, используйте следующий код:

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

Спецификации

Спецификация Статус Комментарий
Typed Array Specification Устаревшая Вытеснено стандартом ECMAScript 2015.
ECMAScript 2015 (6th Edition, ECMA-262)
Определение 'TypedArray Objects' в этой спецификации.
Стандарт Начальное определение в стандарте ECMA.
ECMAScript (ECMA-262)
Определение 'TypedArray Objects' в этой спецификации.
Живой стандарт

Смотрите также