ArrayBuffer

ArrayBuffer对象、TypedArray视图和DataView视图是 JavaScript 操作二进制数据的一个接口。它们都是以数组的语法处理二进制数据，所以统称为二进制数组。

二进制数组由三类对象组成。

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（1）ArrayBuffer对象：

代表内存之中的一段二进制数据，可以通过“视图”进行操作。“视图”部署了数组接口，这意味着，可以用数组的方法操作内存。

（2）TypedArray视图：

共包括 9 种类型的视图，比如Uint8Array（无符号 8 位整数）数组视图, Int16Array（16 位整数）数组视图, Float32Array（32 位浮点数）数组视图等等。

（3）DataView视图：

可以自定义复合格式的视图，比如第一个字节是 Uint8（无符号 8 位整数）、第二、三个字节是 Int16（16 位整数）、第四个字节开始是 Float32（32 位浮点数）等等，此外还可以自定义字节序。

简单说，ArrayBuffer对象代表原始的二进制数据，TypedArray视图用来读写简单类型的二进制数据，DataView视图用来读写复杂类型的二进制数据。

TypedArray视图支持的数据类型一共有 9 种（DataView视图支持除Uint8C以外的其他 8 种）。

数据类型 字节长度 含义 对应的 C 语言类型
Int8 1 8 位带符号整数 signed char
Uint8 1 8 位不带符号整数 unsigned char
Uint8C 1 8 位不带符号整数（自动过滤溢出） unsigned char
Int16 2 16 位带符号整数 short
Uint16 2 16 位不带符号整数 unsigned short
Int32 4 32 位带符号整数 int
Uint32 4 32 位不带符号的整数 unsigned int
Float32 4 32 位浮点数 float
Float64 8 64 位浮点数 double

注意，二进制数组并不是真正的数组，而是类似数组的对象。

很多浏览器操作的 API，用到了二进制数组操作二进制数据，下面是其中的几个。

  • File API
  • XMLHttpRequest
  • Fetch API
  • Canvas
  • WebSockets

1.ArrayBuffer 对象

概述

ArrayBuffer对象代表储存二进制数据的一段内存，它不能直接读写，只能通过视图（TypedArray视图和DataView视图)来读写，视图的作用是以指定格式解读二进制数据。

ArrayBuffer也是一个构造函数，可以分配一段可以存放数据的连续内存区域。

const buf = new ArrayBuffer(32);

上面代码生成了一段 32 字节的内存区域，每个字节的值默认都是 0。可以看到，ArrayBuffer构造函数的参数是所需要的内存大小（单位字节）。

为了读写这段内容，需要为它指定视图。DataView视图的创建，需要提供ArrayBuffer对象实例作为参数。

const buf = new ArrayBuffer(32);
const dataView = new DataView(buf);
dataView.getUint8(0) // 0, 参数表示读取的起始位置

上面代码对一段 32 字节的内存，建立DataView视图，然后以不带符号的 8 位整数格式，从头读取 8 位二进制数据，结果得到 0，因为原始内存的ArrayBuffer对象，默认所有位都是 0。

另一种TypedArray视图，与DataView视图的一个区别是，它不是一个构造函数，而是一组构造函数，代表不同的数据格式。

const buffer = new ArrayBuffer(12);

const x1 = new Int32Array(buffer);
x1[0] = 1;
const x2 = new Uint8Array(buffer);
x2[0] = 2;

console.log(x1[0]); //2

上面代码对同一段内存，分别建立两种视图：32 位带符号整数（Int32Array构造函数）和 8 位不带符号整数（Uint8Array构造函数）。由于两个视图对应的是同一段内存，一个视图修改底层内存，会影响到另一个视图。

TypedArray视图的构造函数，除了接受ArrayBuffer实例作为参数，还可以接受普通数组作为参数，直接分配内存生成底层的ArrayBuffer实例，并同时完成对这段内存的赋值。

const typedArray = new Uint8Array([0,1,2]);
console.log(typedArray.length);//3

typedArray[0] = 5;
console.log(typedArray);//Uint8Array [ 5, 1, 2 ]

上面代码使用TypedArray视图的Uint8Array构造函数，新建一个不带符号的 8 位整数视图。可以看到，Uint8Array直接使用普通数组作为参数，对底层内存的赋值同时完成。

ArrayBuffer.prototype.byteLength 

ArrayBuffer实例的byteLength属性，返回所分配的内存区域的字节长度。

const buff = new ArrayBuffer(32);
console.log(buff.byteLength);//32

如果要分配的内存区域很大，有可能分配失败（因为没有那么多的连续空余内存），所以有必要检查是否分配成功。

if (buffer.byteLength === n) {
  // 成功
} else {
  // 失败
}

ArrayBuffer.prototype.slice() 

ArrayBuffer实例有一个slice方法，允许将内存区域的一部分，拷贝生成一个新的ArrayBuffer对象。

const buff = new ArrayBuffer(32);
console.log(buff.byteLength);//32
const newBuffer = buff.slice(0, 3);

上面代码拷贝buffer对象的前 3 个字节（从 0 开始，到第 3 个字节前面结束），生成一个新的ArrayBuffer对象。

slice方法其实包含两步，第一步是先分配一段新内存，第二步是将原来那个ArrayBuffer对象拷贝过去。

slice方法接受两个参数，第一个参数表示拷贝开始的字节序号（含该字节），第二个参数表示拷贝截止的字节序号（不含该字节）。如果省略第二个参数，则默认到原ArrayBuffer对象的结尾。

除了slice方法，ArrayBuffer对象不提供任何直接读写内存的方法，只允许在其上方建立视图，然后通过视图读写。

ArrayBuffer.isView()

ArrayBuffer有一个静态方法isView，返回一个布尔值，表示参数是否为ArrayBuffer的视图实例。这个方法大致相当于判断参数，是否为TypedArray实例或DataView实例。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
ArrayBuffer.isView(buffer) // false

const v = new Int32Array(buffer);
ArrayBuffer.isView(v) // true

2.TypedArray 视图

概述

ArrayBuffer对象作为内存区域，可以存放多种类型的数据。同一段内存，不同数据有不同的解读方式，这就叫做“视图”（view）。

ArrayBuffer有两种视图，一种是TypedArray视图，另一种是DataView视图。前者的数组成员都是同一个数据类型，后者的数组成员可以是不同的数据类型。

目前，TypedArray视图一共包括 9 种类型，每一种视图都是一种构造函数。

  • Int8Array：8 位有符号整数，长度 1 个字节。
  • Uint8Array：8 位无符号整数，长度 1 个字节。
  • Uint8ClampedArray：8 位无符号整数，长度 1 个字节，溢出处理不同。
  • Int16Array：16 位有符号整数，长度 2 个字节。
  • Uint16Array：16 位无符号整数，长度 2 个字节。
  • Int32Array：32 位有符号整数，长度 4 个字节。
  • Uint32Array：32 位无符号整数，长度 4 个字节。
  • Float32Array：32 位浮点数，长度 4 个字节。
  • Float64Array：64 位浮点数，长度 8 个字节。

这 9 个构造函数生成的数组，统称为TypedArray视图。

它们很像普通数组，都有length属性，都能用方括号运算符（[]）获取单个元素，所有数组的方法，在它们上面都能使用。

普通数组与 TypedArray 数组的差异主要在以下方面。

  • TypedArray 数组的所有成员，都是同一种类型。
  • TypedArray 数组的成员是连续的，不会有空位。
  • TypedArray 数组成员的默认值为 0。比如，new Array(10)返回一个普通数组，里面没有任何成员，只是 10 个空位；new Uint8Array(10)返回一个 TypedArray 数组，里面 10 个成员都是 0。
  • TypedArray 数组只是一层视图，本身不储存数据，它的数据都储存在底层的ArrayBuffer对象之中，要获取底层对象必须使用buffer属性。

前三条像Java的int类型数组，同种类型，连续无空位，默认为0，第四条是说视图是一种操作的封装。

构造函数 

TypedArray 数组提供 9 种构造函数，用来生成相应类型的数组实例。

构造函数有多种用法。

（1）TypedArray(buffer, byteOffset=0, length?)

同一个ArrayBuffer对象之上，可以根据不同的数据类型，建立多个视图。

// 创建一个8字节的ArrayBuffer
const b = new ArrayBuffer(8);

// 创建一个指向b的Int32视图，开始于字节0，直到缓冲区的末尾
const v1 = new Int32Array(b);

// 创建一个指向b的Uint8视图，开始于字节2，直到缓冲区的末尾
const v2 = new Uint8Array(b, 2);

// 创建一个指向b的Int16视图，开始于字节2，长度为2
const v3 = new Int16Array(b, 2, 2);

上面代码在一段长度为 8 个字节的内存（b）之上，生成了三个视图：v1、v2和v3。三个视图表示对同一段内存数据的不同操作方式。

视图的构造函数可以接受三个参数：

  • 第一个参数（必需）：视图对应的底层ArrayBuffer对象。
  • 第二个参数（可选）：视图开始的字节序号，默认从 0 开始。
  • 第三个参数（可选）：视图包含的数据个数，默认直到本段内存区域结束。

因此，v1、v2和v3是重叠的：

v1[0]是一个 32 位整数，指向字节 0 ～字节 3（32位整数占4字节，8字节被存到里面只有前二分之一，即0~3）；

v2[0]是一个 8 位无符号整数（占1字节，8字节从第2个被存到里面只有八分之一，即第2个字节），指向字节 2；

v3[0]是一个 16 位整数（占2字节，只能存8字节的四分之一，从第2个字节开始存2字节，即字节2和3），指向字节 2 ～字节 3。

所以，只要任何一个视图对内存有所修改，就会在另外两个视图上反应出来。

注意，byteOffset必须与所要建立的数据类型一致，否则会报错。

const buffer = new ArrayBuffer(8);
const i16 = new Int16Array(buffer, 1);
// Uncaught RangeError: start offset of Int16Array should be a multiple of 2

上面代码中，新生成一个 8 个字节的ArrayBuffer对象，然后在这个对象的第一个字节，建立带符号的 16 位整数视图，结果报错。因为，带符号的 16 位整数需要两个字节，所以byteOffset参数必须能够被 2 整除。（也就是说TypedArray视图数组操作的对象不能小于本身最小长度？）

如果想从任意字节开始解读ArrayBuffer对象，必须使用DataView视图，因为TypedArray视图只提供 9 种固定的解读格式。

 

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