JavaScript中怎么对二进制进行操作

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二进制数据在JS程序里的表达

现今世界上几乎所有的计算机体系结构都是以字节(byte)为二进制数据的基本单位(注：不是说最小单位)，所以二进制常常以字节数组的形式存在于程序当中。例如在C#里面，就用byte[]，标准C里面没有byte类型，但可以通过typedef把byte定义为unsigned  char的别名，效果是一样的。

JS设计之初似乎根本没想过要处理二进制的东西，加上对类型的极度弱化，对于字节的概念可以说是非常非常的模糊。如果要表达字节数组，那么似乎只能用一个普通数组来表示。

HTML5体系引入了一大堆新的东西，比如XHR2，是可以上传或下载二进制内容的，与之配套的东西就是JS里的ArrayBuffer和Typed  Array了。

ArrayBuffer是一个固定长度的字节序列，你可以通过new  ArrayBuffer(length)来得到一片空间，或者用下文将会介绍的方法从XHR2等途径获取。由于内部实现与数组不一样，ArrayBuffer通常都是连续内存(注意，这只是经验之谈，并不是规范也不是文档所明确的)，因此对于高密度的访问操作而言它比JS中的Array速度会快很多(但并不要用它来简单地代替Array)。如果用Chrome的Profile工具查看Heap  Snapshot，会发现ArrayBuffer会被单独列为一类，也许它的内存分配和布局与Array以及其他JS对象有一些差别吧。

ArrayBuffer是不能直接被访问的，因此需要借助Typed Array。Typed  Array是一组具体数据类型的Array-Like类型的统称，包括

• Int8Array 8位有符号整数，类似于C里面的char

• Uint8Array 8位无符号整数，类似于C里面的unsigned char

• Uint8ClampedArray 8位无符号整数，跟Uint8类似，但在溢出处理上不大一样

• Int16Array 后面这些类型就不罗嗦了

• Uint16Array

• Int32Array

• Uint32Array

• Float32Array

• Float64Array

Typed Array的背后是一个ArrayBuffer，也就是说，事实上的数据是存在ArrayBuffer里面的，而Typed  Array只是给你提供了一个某种类型的读写接口，用MDN的话说，叫做

Multiple views on the same data

举个栗子，如果我们有一个ArrayBuffer名为buffer(先不考虑怎么构造这个测试数据)，内容如下：

01 02 03 04 05 06 07 08

也就是说它有8个字节，我们分别用它来构造Uint8Array, Uint16Array, Uint32Array，则可以得到

var u8 = new Uint8Array(buffer); // length为8  var u16 = new Uint16Array(buffer); // length为4  var u32 = new Uint32Array(buffer); // length为2

它们的内容分别为

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]  [513, 1027, 1541, 2055]  [67305985, 134678021]

这不难理解。

可以看出，如果要手工构造上面的测试数据ArrayBuffer，用Uint8Array就会很方便(呃事实上这是我个人最常用的一种Typed  Array)。

而如果用同样的ArrayBuffer构建带符号整数类型，则可能因为整数溢出而得到不同的结果，上面的例子并没有碰到，有兴趣的话可以自己试试。因此使用Typed  Array也可以用来做有符号数和无符号数的转换。

如果你用过canvas的getImageData/putImageData的话，会发现它给你的就是一个Uint8ClampedArray，这东西访问起来速度比JS的原生Array快很多，使得对canvas进行高速的像素操作成为可能。

然而最最重要的一个概念还是：Typed Array不直接存放任何数据，所有对Typed  Array进行读写的操作，最终都会落实到它背后所持有的ArrayBuffer的身上。ArrayBuffer才是真正的raw bytes，而Typed  Array只是一个操作窗口/操作视图(View)。

获取二进制数据

nodejs那边先按住不表，这里谈谈在网页里如何获取二进制数据?常见的办法有3种，1是通过XMLHttpRequest  2，2是通过File和Blob一套相关接口。

通过XMLHttpRequest 2

XHR2的接口跟XHR几乎是一样的，当制定xhr.responseType =  'arraybuffer'以后，在成功获取数据的回调里就可以通过xhr.response来得到请求结果的ArrayBuffer了，然后就可以按照你的意愿来构造各种Typed  Array进行访问。

responseType还可以有blob取值，可以用xhr.response获得Blob对象。

通过File和Blob

在HTML5中提供了对表单的文件控件更丰富的操作，可以通过inputDOM对象的.files来获取一个FileList，当然通常浏览器都只提供了单选的文件控件，于是这里都只会有一个File对象。另外，通过拖拽、剪贴板等方式也能获取到File或者Blob。

File继承了Blob，并提供了name, lastModifiedDate等基础元数据，但是依然是一个深度封装，不能直接获取到它的二进制。

Blob是Binary large object的缩写，它与ArrayBuffer的区别是除了raw bytes以外它还提供了mime  type作为元数据。但它依然是无法直接被读写的。

这时候需要借助FileReader的帮忙。FileReader提供了一组用来将Blob读取为更为实用的类型的方法

readAsArrayBuffer()  readAsBinaryString()  readAsDataURL()  readAsText()

例如

var file = get_file_some_how();  var fr = new FileReader();  fr.onload = function(e) {  e.target.result; // 读取的结果  };  fr.readAsDataUrl(file); // readAsArrayBuffer

可以干什么呢?例如图片上传之前的本地预览(甚至基于canvas的编辑)等等都可以实现了。

Blob的其他构造方法多而杂，这里就先不到处搬运文档了。

消费二进制数据

何谓消费?最常见的方式也许就是通过XHR2直接把二进制数据以文件方式POST到服务端去。

这里我比较推荐使用FormData来构造POST数据。因为在服务端收的时候会比较容易一些，具体有兴趣可以去找找别人的例子。

虽然直接提交ArrayBuffer也是可以的，但是这种时候服务端收到的POST  body会是一大团，用起来不方便。如果要使用FormData来提交ArrayBuffer，需要先将其构造成Blob。

对Typed Array的构造留个心眼

当使用new xxxxxArray(arrayBuffer)这个重载进行构造的时候，它会默认基于此ArrayBuffer进行构造。但当使用new  xxxxArray(another_typed_array)这个重载的时候，则是进行“拷贝构造”，这样两个Typed  Array会指向不同的buffer，需要注意这是否符合预期。

如果需要基于同一个ArrayBuffer来构造Typed Array，可以使用Typed Array的buffer,  byteLength,byteOffset来获取它背后的ArrayBuffer。

Tips(坑)

对内存对齐留个心眼

当使用ArrayBuffer来构造Typed Array的时候，可以指定byteOffset参数，例如

var buffer = get_array_buffer_some_how();  var i16 = new Int16Array(buffer, 10);

上面的代码就能以buffer向后偏移10字节处为起点来构造Int16Array，但是如果将10设置为一个奇数，会发现如下错误：

RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2

这是因为Typed  Array对内存对齐有要求，它不能在非对齐的位置建立，同理，Uint32Array和Int32Array则要求偏移量是4字节对齐的。

因此如果你希望在非对齐的位置进行读写，则需要借助DataView的帮忙。

对字节序留个心眼

我们日常中所写的程序，几乎都不需要关心字节序，因此这个问题没那么严重，知道自己的程序会有字节序问题的人，开发到这里也肯定会知道问题的存在，但这里还是稍微提一下。

按照MDN的说法，Typed  Array只会使用当前平台的字节序，例如我们现在用的桌面电脑不论PC还是Mac都是x86/x64的，也就是little-endian了。

使用DataView，不仅可以解决上面说到的内存对齐的问题，还可以指定读写时的字节序，具体参数都在文档里面了，就不搬运了。

使用DataView配合Typed Array也可以做到一个检测当前平台字节序的技巧：

function isLittleEndian() {  var buf = new ArrayBuffer(2);  var view = new DataView(buf);  view.setInt16(0, 256, true);//显式以little endian写入数据  // 此时buf里的内存布局应该是 00 01   var i16 = new Int16Array(buf);  // 如果以little endian读取，它就是256；以big endian读取，则是1  return (i16[0] === 256);  }

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