詳細談談JS中的內存與變量存儲

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前言

在前端領域，因為大部分在跟UI打交道，內存管理是最容易被忽略的部分。如果不懂內存，就看不清很多問題的本質，也難以寫出更合格的代碼，本次帶大傢走進內存的世界。

JS神奇的Number

案例一：金額的計算與傳遞

18.9 * 100
=1889.9999999999998

案例二：違背的數學定律

0.1 + 0.2 === 0.3
// false

(function (a, b, c) {
    return a + b + c === a + ( b + c )
})(0.1, 0.2, 0.3)
// false

案例三：無限循環的加法

(function (num) {
    while(true) {
        if (++num % 13 === 0) {
            return num
        }
    }
})(2 ** 53)

案例四：JSON.parse

JSON.parse('{"a":180143985094813214124}')
//{a: 180143985094813220000}

通過上面的四個案例我們可以看出，數字在計算機中運算往往會給人帶來一些“驚喜”，要想防止這些意想不到的結果，我們首先要瞭解Number在Javascript中到底是怎麼存儲的？

存儲數字

計算機是用二進制來存儲數據的，所以數字也需要轉換成相應二進制： 000 或者 111 的不同組合序列。

二進制如何轉換

如何將一個數字轉換成二進制，這裡舉個例子說明一下：

把十進制小數 106.6953125106.6953125106.6953125 轉換成二進制

遇到小數轉換時，需要把整數和小數兩部分分別進行處理，整數 106106106 除以 222 直到商是 000 為止，取每次除 222 得到的餘數結果

106 / 2 = 53  ...... 0
53  / 2 = 26  ...... 1
26  / 2 = 13  ...... 0
13  / 2 = 6   ...... 1
6   / 2 = 3   ...... 0
3   / 2 = 1   ...... 1
1   / 2 = 0   ...... 1
結果為得到的餘數按照從右往左排列   1101010

小數 0.69531250.69531250.6953125 乘以 222 直到不存在小數位為止，並計下每次乘後的整數位結果，

0.6953125 x 2 = 1.390625  ...... 1
0.390625  x 2 = 0.78125   ...... 0
0.78125   x 2 = 1.5625    ...... 1
0.5625    x 2 = 1.125     ...... 1
0.125     x 2 = 0.25      ...... 0
0.25      x 2 = 0.5       ...... 0
0.5       x 2 = 1         ...... 1
結果為得到的整數位按照從左往右排列   1011001

將計算後的 000 111 序列拼在一起就得到轉換的二進制 1101010.10110011101010.10110011101010.1011001，用科學計數法表示為1.1010101011001∗261.1010101011001*2^61.1010101011001∗26，算出瞭二進制，接下來需要將它存進計算機中，在Javascript中不區分整數和小數，數字統一按照雙精度浮點數的要求來存儲，主要包含下面規則：

  • 使用 8bytes(64bits)8bytes(64bits)8bytes(64bits) 存儲雙精度浮點數
  • 存儲小數用科學計數法表示的數據
  • 第一位表示符號，後 111111 位表示指數，指數按照補位運算，即直接 102310231023 加指數位
  • 剩餘 525252 位表示小數點後的尾數，超過 525252 位的部分 000 舍 111 進

由於指數位的 11 位不包括符號位，那麼為瞭達到正負指數的效果，就引入瞭指數的偏移值。

用圖表示如下：

我們將轉換好的二進制數按規則放進內存中，首先 106.6953125106.6953125106.6953125 是正數，所以符號位應該為 111， 000 表示正號， 111 表示負號（圖片應該為顯示 000，筆誤瞭）

二進制 1.1010101011001∗261.1010101011001*2^61.1010101011001∗26 指數是 666（這裡需要加上偏移量1023），轉成二進制為 100000001011000000010110000000101，指數位要求放置二進制的補碼，而補碼的計算規則是：

  • 正數的補碼就是其本身
  • 負數的補碼是在其原碼的基礎上, 符號位不變, 其餘各位取反, 最後+1. (即在反碼的基礎上+1)
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反

所以圖片指數位應該填

尾數位部分直接將小數轉換後的二進制填入即可

數字最後就是以這樣的形式存入計算機中

why 0.1 + 0.2 !== 0.3?

在理解數字存儲的原理後，我們再來分析下為什麼 0.1+0.2!==0.30.1 + 0.2 !== 0.30.1+0.2!==0.3

首先將 0.10.10.1 0.20.20.2 0.30.30.3 分別轉換成二進制

0.1 x 2 = 0.2  ...... 0
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
得到的整數位按照從左往右排列   000110011...

0.1→0.00011(0011)∞

0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
得到的整數位按照從左往右排列   001100110...

0.2→0.00110(0110)∞

0.3 x 2 = 0.6  ...... 0
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
0.6 x 2 = 1.2  ...... 1
0.2 x 2 = 0.4  ...... 0
0.4 x 2 = 0.8  ...... 0
0.8 x 2 = 1.6  ...... 1
得到的整數位按照從左往右排列   010011001...

0.3→0.01001(1001)∞

統一用科學計數法表示為

0.1→0.00011(0011)∞→1.(1001)∞∗2−4

0.2→0.00110(0110)∞→1.(1001)∞∗2−3

0.3→0.01001(1001)∞→1.(0011)∞∗2−2

放入計算機中雙精度浮點數存儲，最後的紅色表示超過尾數位的二進制，即需要做舍0進1處理

則經過64位雙精度存儲後，二進制如下表示
0.1→0−01111111011−(1001)121010

0.2→0−01111111100−(1001)121010

0.3→0−01111111101−(0011)120011

此時 0.1+0.20.1 + 0.20.1+0.2 可以看出與 0.30.30.3 不相等

這就是數字在計算機中運算往往會給人帶來一些“驚喜”！

總結

到此這篇關於JS中內存與變量存儲的文章就介紹到這瞭,更多相關JS內存與變量存儲內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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