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WebSocket系列之JavaScript数字数据如何转换为二进制数据

概述

本文主要通过对JavaScript中数字数据与二进制数据之间的转换,让读者能够了解在JavaScript中如何对数字类型(包括但不限于Number类型)进行处理。

二进制数据在日常的JavaScript中很少遇到,但是当你使用WebSocket与后端进行数据交互时,就有可能会用到二进制的数据格式。因此,为了更好的理解本系列中之后发布的关于WebSocket传输二进制相关的内容,我们有必要了解二进制数据在JavaScript中是如何进行操作和存储的。

本文内容主要为:

  • JavaScript中如何操作与存储二进制数据——ArrayBuffer存储结构相关基础知识以及对应的DataView相关数据类型基础知识和和API接口,同时对字节序问题进行介绍。
  • 以Int和Short为例,说明JavaScript中的数字数据如何转换为二进制数据。
  • 以Long类型为例,说明JavaScript中如何表示Long类型并且如何将其转换为二进制数据。
  • 如何将二进制数据中转换为JavaScript中的数字数据。

本文与WebSocket并无太强关联,不过作为在WebSocket中传递二进制数据的基础知识储备,因此放入了此系列当中。

如果读者对WebSocket并不了解,或者说不明白它的使用场景和细节,可以阅读我的前一篇博客——WebSocket系列之基础知识入门篇

如果读者想了解String类型与二进制之间的处理和转换,可以于都WebSocket系列稍后发布的文章(文章发布后会替换此段)。

如果读者想了解在WebSocket中如何进行二进制的传递和解析,可以阅读WebSocket系列稍后发布的文章(文章发布后会替换此段)。

JavaScript中如何存储和操作二进制数据

了解了为什么需要使用二进制数据,我们来看下,在JavaScript中如何存储和操作二进制数据。

ArrayBuffer

首先,我们要介绍下在JavaScript中用来存储二进制数据的ArrayBuffer

ArrayBuffer 对象用来表示通用的、固定长度的原始二进制数据缓冲区。

MDN的文档中,我们能够看到ArrayBuffer的介绍。它是在JavaScript中用来进行二进制数据存储的一种数据对象。

下面我们通过一个示例来简单介绍下ArrayBuffer相关操作。

const buffer = new ArrayBuffer(8);

buffer.byteLength; // 结果为8
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上面的示例通过创建一个长度为8Byte的二进制数据缓冲区。缓冲区只是一个数据存储的空间,如何对这个存储空间进行读取,完全取决于使用者。例如:8个字节可以当成是2个Int类型的数据,也可以是一个Long类型的数据,或者4个Short型的数据。

DataView

看完了存储数据的ArrayBuffer,我们来看下数据读写的DataView

DataView 视图是一个可以从 ArrayBuffer 对象中读写多种数值类型的底层接口,在读写时不用考虑平台字节序问题。

这个是在MDN中关于DataView的介绍。DataView提供了大量的API接口来进行数据的读和写操作,我们在后三章将会举例进行说明。但是,首先我们得先看下说明中提到的字节序问题。

字节序

在现有的计算机体系中,有两种字节序:

  • 大端字节序:高位在前,低位在后。符合人类阅读习惯。
  • 小端字节序:低位在前,高位在后。符合计算机读取习惯。

上面所说的顺序均是针对多字节对象而言,如Int类型,Long类型。以Int类型数据0x1234为例,如果是大端字节序,那么数据从人类对数值的通常写法上来看就是0x1234;如果是小端字节序,那么从人类对数值的通常写法上来看,应该写成0x3412

对于单字节对象如Byte类型数据而言,没有字节序一说。

在不同的平台中,可能使用不同的字节序,这就是所谓的字节序问题。DataView所谓的在读写时不需要考虑平台字节序问题是指:同时使用DataView进行写入和读取的数据保持一致。

JavaScript中的数字数据如何转换为二进制数据

对ArrayBuffer和DataView有了一个大概的了解,下面让我们来看下它是如何进行二进制数据操作的。

本章,我以Short类型和Int类型为例,介绍下相关操作步骤。

let buffer = new ArrayBuffer(6); // 初始化6个Byte的二进制数据缓冲区
let dataView = new DataView(buffer);

dataView.setInt16(0, 3); // 从第0个Byte位置开始,放置一个数字为3的Short类型数据(占2 Byte)
dataView.setInt32(2, 15); // 从第2个Byte位置开始,放置一个数字为15的Short类型数据(占4 Byte)
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通过上面的示例,我们一共初始化了6个Byte的存储空间,使用1个Short类型(占2 Byte)和一个Int类型(占4 Byte)的数据进行填充。

DataView还提供了许多的API接口来进行其他数据类型的处理,如无符号型,浮点数等。他们的使用方法和上面介绍的API相同,我们在这里就不一一进行介绍了,希望了解更多API接口的读者可以查看MDN文档

JavaScript中如何表示Long类型并且如何将其转换为二进制数据

通过DataView提供的API接口,我们知道了如何处理Short类型、Int类型、Float类型和Double类型。那么,如果是对于Long类型这种原生API中没有提供处理函数的数据类型,我们应该如何处理呢?

首先,我们需要理解Long数据类型的结构,它是由一个高位的4个Byte和低位的4个Byte组成的数据类型。因为Long类型表示的范围比Number类型大,所以我们在JavaScript中是使用了两个Number类型(即Int类型)的对象来表示Long类型数据,相关的具体细节可以见我之前的博客Long.js源码分析与学习

理解了JavaScript中如何存储Long类型,我们就知道如果对其进行存储。

import Long from 'long';

let long = Long.fromString('123');
let buffer = new ArrayBuffer(8);
let dataView = new DataView(buffer);

dataView.setInt32(0, long.high); // 采用大端字节序放置
dataView.setInt32(4, long.low);
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通过上面的示例,我们将一个Long类型的数据拆分成了两个Int类型的数据,按照大端字节序放入到了ArrayBuffer中。同理,如果是想按照小端字节序放置,只需要将数据进行部分处理后再放入即可,在此我就不过多介绍了。

如何将二进制数据中转换为JavaScript中的数据类型

当你知道了如何将数据转换为ArrayBuffer中存储的二进制数据后,就能够简单推测出如何进行反向操作——将数据从ArrayBuffer中读取出来,再转换成JavaScript中常用数据类型。

import Long from 'long';

let buffer = new ArrayBuffer(14); // 初始化14个Byte的二进制数据缓冲区
let dataView = new DataView(buffer);
let long = Long.fromString('123');


// 数据写入过程

dataView.setInt16(0, 3); // 从第0个Byte位置开始,放置一个数字为3的Short类型数据(占2 Byte)
dataView.setInt32(2, 15); // 从第2个Byte位置开始,放置一个数字为15的Short类型数据(占4 Byte)

dataView.setInt32(6, long.high); // 采用大端字节序放置
dataView.setInt32(10, long.low);

// 数据读取过程

let shortNumber = dataView.getInt16(0);
let intNumber = dataView.getInt32(2);

let longNumber = Long.fromBits(dataView.getInt32(10), dataView.getInt32(6)); // 根据大端字节序读取,该构造函数入参依次为:低16位,高16位
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通过上面的示例,我们将一串二进制数据转换成为了JavaScript中通用的数据类型。

总结

通过使用ArrayBuffer和DataView,我们能够快速的将数字数据从二进制转换为JavaScript常用数据类型如Int、Short等;同时,我们也可以将这些数据类型转换为二进制数据。有了这些基础知识,我们就能够理解在之后的博客中讲到的关于使用WebSocket进行二进制数据传递的过程和处理逻辑。

下一篇博客我们将介绍String类型相关的二进制处理与转换操作,有兴趣的同学可以关注留意下相关内容。

部分参考资料

阮一峰老师关于字节序的介绍

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