JavaScript 数据类型和数据结构

编程语言都具有内建的数据结构,但各种编程语言的数据结构常有不同之处。本文试图列出 JavaScript 语言中内建的数据结构及其属性,它们可以用来构建其他的数据结构。同时尽可能地描述与其他语言的不同之处。

动态类型

JavaScript 是一种弱类型或者说动态语言。这意味着你不用提前声明变量的类型,在程序运行过程中,类型会被自动确定。这也意味着你可以使用同一个变量保存不同类型的数据:

let foo = 42;    // foo 现在是一个数字
foo     = 'bar'; // foo 现在是一个字符串
foo     = true;  // foo 现在是一个布尔值

数据类型

JavaScript 语言中类型集合由原始值对象组成。

原始值

除对象类型(object)以外的其它任何类型定义的不可变的值(值本身无法被改变)。例如(与 C 语言不同),JavaScript 中字符串是不可变的(译注:如,JavaScript 中对字符串的操作一定返回了一个新字符串,原始字符串并没有被改变)。我们称这些类型的值为“原始值”。

布尔类型

布尔表示一个逻辑实体,可以有两个值:truefalse。更多详情可查看 BooleanBoolean

Null 类型

Null 类型只有一个值:null,更多详情可查看 nullNull

Undefined 类型

一个没有被赋值的变量会有个默认值 undefined,更多详情可查看 undefinedUndefined

数字类型

ECMAScript 标准定义了两种内建数值类型:Number(数字类型)和 BigInt(见下方)。

数字类型是一种基于 IEEE 754 标准的双精度 64 位二进制格式的值(从 -(2^53 -1)2^53 - 1 之间的数字)。除了能够表示浮点数外,还有三个带符号的值:+Infinity-InfinityNaN(非数值,Not-a-Number)。

要检查值是否大于或小于 ±Infinity,你可以使用常量 Number.MAX_VALUENumber.MIN_VALUE

备注: 从 ECMAScript 2015 开始,除了 Number.MAX_SAFE_INTEGERNumber.MIN_SAFE_INTEGER,你还可以通过 Number.isSafeInteger() 来检查值是否在双精度浮点数的取值范围内。

超出这个范围,JavaScript 中的整数将不再安全,该值将表示为与该值近似的双精度浮点数。

数字类型中只有一个整数有两种表示方法:0 可表示为 -0+00+0 的简写)。

在实践中,这几乎没有任何影响。例如,+0 === -0 为真。但是,你需要注意除以零的情况:

> 42 / +0
Infinity
> 42 / -0
-Infinity

尽管一个数字通常仅代表它本身的值,但 JavaScript 提供了一些位运算符

备注: 虽然位运算符可通过 掩码 同时表示多个布尔类型的值,但这通常被认为是不好的。JavaScript 提供了其他的方式来表示一组布尔值(如一个布尔值数组或一个布尔值分配给命名属性的对象)。掩码也容易使代码变得难以阅读、理解和维护。

在一些非常受限的情况下,可能需要用到这些技术,比如试图应对本地存储的存储限制,或在一些极端场景下(例如,网络传输的每一比特都尤为重要时)。位操作只应该是用来优化字节数的最后选择。

BigInt 类型

BigInt 类型是 JavaScript 中的一个基础的数值类型,可以表示任意精度的整数。使用 BigInt,您可以安全地存储和操作大整数,甚至可以超过数字类型的安全整数限制。

BigInt 是通过在整数末尾附加字母 n 或调用构造函数来创建的。

通过使用常量 Number.MAX_SAFE_INTEGER,您可以获得可以用数字递增的最安全的值。通过引入 BigInt,您可以操作超过 Number.MAX_SAFE_INTEGER 的数字。

以下示例演示了,递增超过 Number.MAX_SAFE_INTEGER 的值可以返回预期的结果:

// BigInt
> const x = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
9007199254740991n
> x + 1n === x + 2n; // 9007199254740992n === 9007199254740993n
false

// Number
> Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1 === Number.MAX_SAFE_INTEGER + 2; // 9007199254740992 === 9007199254740992
true

可以对 BigInt 使用运算符 +*-**%,就像对数字一样。BigInt 严格来说并不等同于一个数字,但它也同样可以轻松地使用。

在将 BigInt 转换为 Boolean 时(例如:if||&&Boolean!),它的行为类似于一个数字。

BigInt 不能与数字相互运算。否则,将抛出 TypeError

字符串类型

JavaScript 的字符串类型用于表示文本数据。它是一组 16 位的无符号整数值的“元素”。在字符串中的每个元素占据了字符串的位置。第一个元素的索引为 0,下一个是索引 1,依此类推。字符串的长度是它的元素的数量。

不同于一些编程语言(例如,C 语言),JavaScript 的字符串是不可更改的。这意味着字符串一旦被创建,就不能被修改。

但是,可以基于对原始字符串的操作来创建新的字符串。例如:

  • 获取一个字符串的子串可通过选择个别字母或者使用 String.substr()
  • 两个字符串的连接使用连接运算符(+)或者 String.concat()

注意代码中的“字符串类型”!

可以使用字符串来表达复杂的数据。以下是一些很好的性质:

  • 容易通过字符串拼接来构造复杂的字串符
  • 字符串容易被调试(你看到的往往在字符串里)
  • 字符串通常是许多 APIs 的常见标准(input fieldslocal storage 中的值,以及 XMLHttpRequest 使用 responseText 等作为响应)而且这些 APIs 可能只能与字符串一同使用。

使用约定,字符串一般可以用来表示任何数据结构。但这并不总是一个好主意。例如,使用一个分隔符,可以模拟一个列表(而 JavaScript 数组可能更适合)。不幸的是,当分隔符用于列表中的元素时,列表就会被破坏。这时可以选择转义字符,等等。所有这些都需要约定,并造成不必要的维护负担。

表示文本数据时候推荐使用字符串。当需要表示复杂的数据时,使用字符串解析并使用适当的抽象。

符号类型

符号(Symbols)类型是唯一不可修改的原始值,并且可以用来作为对象的键 (key)(如下),在某些语言当中也有与之相似的类型(原子类型,atoms)。

更多详情可查看 SymbolSymbol

对象

在计算机科学中,对象(object)是指内存中的可以被标识符引用的一块区域。

属性

在 JavaScript 中,对象可以被看作是一组属性的集合。用对象字面量语法来定义一个对象时,会自动初始化一组属性。而后,这些属性还可以被添加和移除。属性的值可以是任意类型,包括其它对象。属性使用键(key)来标识,它的键值可以是一个字符串或者符号值(Symbol)。

对象拥有两种属性:数据属性访问器属性

备注: 每个属性(property)都有对应的特性(attributes)。JavaScript 引擎在内部使用了特性(attributes),因此你不能直接访问它们。这就是为什么特性(attributes)被放在两对方括号内,而不是单独列出的原因。

参见 Object.defineProperty()

数据属性

数据属性是键值对,并且每个数据属性拥有下列特性:

数据属性的特性(Attributes of a data property)
特性 数据类型 描述 默认值
[[Value]] 任何 Javascript 类型 包含这个属性的数据值。 undefined
[[Writable]] Boolean 如果该值为 false,则该属性的 [[Value]] 特性不能被修改。 false
[[Enumerable]] Boolean

如果该值为 true,则该属性可以用 for...in 循环来枚举。
参见 属性的可枚举性和所有权

false
[[Configurable]] Boolean 如果该值为 false,则该属性不能被删除(对于访问器属性则不能被修改),并且除了 [[Value]] 和 [[Writable]] 以外的特性都不能被修改。 false
特性 类型 描述
Read-only Boolean ES5 [[Writable]] 属性的反状态 (Reversed state)。
DontEnum Boolean ES5 [[Enumerable]] 属性的反状态。
DontDelete Boolean ES5 [[Configurable]] 属性的反状态。

访问器属性

访问器属性有一个或两个访问器函数(getset)来存取数值。

备注: 它是访问器属性,而非访问器方法。我们可以将函数作为值赋给 JavaScript 对象的访问器(使得对象表现得像一个类)——但这不会使对象变成类。

访问器属性具有以下特性(attributes):

特性 类型 描述 默认值
[[Get]] 函数对象或者 undefined 该函数使用一个空的参数列表,用于在有权访问的情况下读取属性值。参见 get undefined
[[Set]] 函数对象或者 undefined 该函数有一个参数,用于在有权访问的情况下写入属性值。参见 set undefined
[[Enumerable]] Boolean 如果该值为 true,则该属性可以用 for...in 循环来枚举。 false
[[Configurable]] Boolean 如果该值为 false,则该属性不能被删除,且不能被转变成数据属性 false

“标准的”对象和函数

一个 JavaScript 对象就是键和值之间的映射。键是一个字符串(或者 Symbol),值可以是任意类型的。这使得对象非常符合哈希表

函数是一个附带可被调用功能的常规对象。

日期

当你想要显示日期时,毋庸置疑,使用 JavaScript 内建的 Date 对象。

有序集:数组和类型数组

数组是一种使用整数作为键(integer-keyed)属性并与长度(length)属性关联的常规对象。

此外,数组对象还继承了 Array.prototype 的一些操作数组的便捷方法。例如,indexOf()(搜索数组中的一个值)或 push()(向数组中添加一个元素),等等。这使得数组是表示列表或集合的最优选择。

类型数组 (Typed Arrays) 是 ECMAScript 2015 中新定义的 JavaScript 内建对象,提供了一个基本的二进制数据缓冲区的类数组视图。下面的表格能帮助你找到对等的 C 语言数据类型:

类型 取值范围 占用字节数 描述 Web IDL 类型 对等的 C 语言类型
Int8Array -128127 1 8 位有符号整数(补码) byte int8_t
Uint8Array 0255 1 8 位无符号整数 octet uint8_t
Uint8ClampedArray 0255 1 8 位无符号整数(固定数组) octet uint8_t
Int16Array -3276832767 2 16 位有符号整数(补码) short int16_t
Uint16Array 065535 2 16 位无符号整数 unsigned short uint16_t
Int32Array -21474836482147483647 4 32 位有符号整数(补码) long int32_t
Uint32Array 04294967295 4 32 位无符号整数 unsigned long uint32_t
Float32Array 1.2E-383.4E38 4 32 位 IEEE 浮点数(7 位有效数字,例如:1.1234567 unrestricted float float
Float64Array 5E-3241.8E308 8 64 位 IEEE 浮点数(16 位有效数字,例如:1.123...15 unrestricted double double
BigInt64Array -2^632^63 - 1 8 64 位有符号整数(补码) bigint int64_t (signed long long)
BigUint64Array 02^64 - 1 8 64 位无符号整数 bigint uint64_t (unsigned long long)

带键的集合:Maps, Sets, WeakMaps, WeakSets

这些数据结构把对象的引用当作键,其在 ECMAScript 第 6 版中有介绍。当 MapWeakMap 把一个值和对象关联起来的时候,SetWeakSet 表示一组对象。 Map 和 WeakMaps 之间的差别在于,在前者中,对象键是可枚举的。这允许垃圾收集器优化后面的枚举(This allows garbage collection optimizations in the latter case)。

在纯 ECMAScript 5 下可以实现 MapsSets。然而,因为对象并不能进行比较(就对象“小于”示例来讲),所以查询必定是线性的。它们的原生实现(包括 WeakMap)所需要的查询时间则是相对恒定的(呈对数增长)。

通常,可以通过直接在对象上设置属性或使用 data-* 属性,将绑定数据到 DOM 节点。然而缺陷是在任何的脚本内,数据都运行在同样的上下文中。MapWeakMap 能够方便地将数据私密地绑定到一个对象。

结构化数据:JSON

JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式,来源于 JavaScript,同时也被多种语言所使用。JSON 用于构建通用的数据结构。

参见 JSONJSON 以了解更多。

标准库中更多的对象

JavaScript 有一个内置对象的标准库。请查看参考以了解更多对象。

使用 typeof 操作符判断对象类型

typeof 运算符可以帮助你查询变量的类型。要了解更多细节和注意事项请阅读参考页

参见