类型化数组

类型化数组

类型化数组是JavaScript操作二进制数据的一个接口

类型化数组是建立在ArrayBuffer对象的基础上的。它的作用是，分配一段可以存放数据的连续内存区域。
var buf = new ArrayBuffer(32)，这段代码生成了一段32字节的内存区域。ArrayBuffer对象的byteLength属性，返回所分配的区域区域的字节长度。var buffer = new ArrayBuffer(32); buffer.byteLength,如果分配的内存区域很大，有可能分配失败，所以有必要检查是否分配成功。

if(buffer.byteLength===n){
    //success
}else{
    //fail
}

ArrayBuffer对象有一个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。

var buffer = new ArrayBuffer(8);
var newBuffer = buffer.slice(0, 3);

上面代码拷贝buffer对象的前3个字节，生成一个新的ArrayBuffer对象。slice方法包含两步：第一步先分配一段新内存，第二部是将原来那个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，第二个参数表示拷贝截至的字节序号。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取内存的方法，只允许再其上方建立视图，然后通过视图读写。

视图

1. 视图的生成
   ArrayBuffer作为内存区域，可以存放多种类型的数据。不同数据有不同的存取方式，这就叫做”视图”。目前，JavaScript提供以下类型的视图：

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。
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。

每一种视图都有一个BYTE_PER_ELEMENT常数，表示这种数据类型占据的字节数。

Int8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Uint8Array.BYTES_PER_ELEMENT // 1
Int16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Uint16Array.BYTES_PER_ELEMENT // 2
Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT // 4
Float64Array.BYTES_PER_ELEMENT // 8

1. 在ArrayBuffer对象之上生成视图
   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
   var 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
   var 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
   var 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
   var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);

上面代码在一段长度为8个字节的内存之上，生成了三个视图：v1，v2，v3。视图的构造函数可以接受三个参数：

第一个参数：视图对应的底层ArrayBuffer对象，该参数是必需的。
第二个参数：视图开始的字节序号，默认从0开始。
第三个参数：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：v1[0]是一个32位整数，指向字节0～字节3；v2[0]是一个8位无符号整数，指向字节2；v3[0]是一个16位整数，指向字节2～字节3。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。

1. 直接生成
   视图还可以不通过ArrayBuffer对象，直接分配内存而生成。

   var f64a = new Float64Array(8);
   f64a[0] = 10;
   f64a[1] = 20;
   f64a[2] = f64a[0] + f64a[1];

   上面代码生成一个8个成员的Float64Array数组（共64字节），然后依次对每个成员赋值。这时，视图构造函数的参数就是成员的个数。可以看到，视图数组的赋值操作与普通数组的操作毫无两样。

2. 将普通数组转为视图数组
   将一个数据类型符合要求的普通数组，传入构造函数，也能直接生成视图。var typedArray = new Uint8Array( [ 1, 2, 3, 4 ] );，代码将一个普通的数组，赋值给一个新生成的8位无符号整数的视图数组。视图数组也可以转换回普通数组。var normalArray = Array.apply( [], typedArray );

3. 视图的操作
   建立了视图以后，就可以进行各种操作了。这里需要明确的是，视图其实就是普通数组，语法完全没有什么不同，只不过它直接针对内存进行操作，而且每个成员都有确定的数据类型。所以，视图就被叫做“类型化数组”。

   • 数组操作
     普通数组的操作方法和属性，对类型化数组完全适用。

     var buffer = new ArrayBuffer(16);
     var int32View = new Int32Array(buffer);
     for (var i=0; i<int32View.length; i++) {
       int32View[i] = i*2;
     }

     上面代码生成一个16字节的ArrayBuffer对象，然后在它的基础上，建立了一个32位整数的视图。由于每个32位整数占据4个字节，所以一共可以写入4个整数，依次为0，2，4，6。如果在这段数据上接着建立一个16位整数的视图，则可以读出完全不一样的结果。

     var int16View = new Int16Array(buffer);
     for (var i=0; i<int16View.length; i++) {
       console.log("Entry " + i + ": " + int16View[i]);
     }
     // Entry 0: 0
     // Entry 1: 0
     // Entry 2: 2
     // Entry 3: 0
     // Entry 4: 4
     // Entry 5: 0
     // Entry 6: 6
     // Entry 7: 0

     由于每个16位整数占据2个字节，所以整个ArrayBuffer对象现在分成8段。然后，由于x86体系的计算机都采用小端字节序（little endian），相对重要的字节排在后面的内存地址，相对不重要字节排在前面的内存地址，所以就得到了上面的结果。
     比如，一个占据四个字节的16进制数0x12345678，决定其大小的最重要的字节是“12”，最不重要的是“78”。小端字节序将最不重要的字节排在前面，储存顺序就是78563412；大端字节序则完全相反，将最重要的字节排在前面，储存顺序就是12345678。目前，所有个人电脑几乎都是小端字节序，所以类型化数组内部也采用小端字节序读写数据，或者更准确的说，按照本机操作系统设定的字节序读写数据。
     这并不意味大端字节序不重要，事实上，很多网络设备和特定的操作系统采用的是大端字节序。这就带来一个严重的问题：如果一段数据是大端字节序，类型化数组将无法正确解析，因为它只能处理小端字节序！为了解决这个问题，JavaScript引入DataView对象，可以设定字节序，下文会详细介绍。

     下面是另一个例子。

     // 假定某段buffer包含如下字节 [0x02, 0x01, 0x03, 0x07]
     // 计算机采用小端字节序
     var uInt16View = new Uint16Array(buffer);
     // 比较运算 
     if (bufView[0]===258) {
          console.log("ok");
     }
     // 赋值运算
     uInt16View[0] = 255;    // 字节变为[0xFF, 0x00, 0x03, 0x07]
     uInt16View[0] = 0xff05; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x03, 0x07]
     uInt16View[1] = 0x0210; // 字节变为[0x05, 0xFF, 0x10, 0x02]

     总之，与普通数组相比，类型化数组的最大优点就是可以直接操作内存，不需要数据类型转换，所以速度快得多。

   • buffer属性
     类型化数组的buffer属性，返回整段内存区域对应的ArrayBuffer对象。该属性为只读属性。
     var a = new Float32Array(64);
     var b = new Uint8Array(a.buffer);
     上面代码的a对象和b对象，对应同一个ArrayBuffer对象，即同一段内存。

   • byteLength属性和byteOffset属性
     byteLength属性返回类型化数组占据的内存长度，单位为字节。byteOffset属性返回类型化数组从底层ArrayBuffer对象的哪个字节开始。这两个属性都是只读属性。

     var b = new ArrayBuffer(8);
     
     var v1 = new Int32Array(b);
     var v2 = new Uint8Array(b, 2);
     var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);
     
     v1.byteLength // 8
     v2.byteLength // 6
     v3.byteLength // 4
     
     v1.byteOffset // 0
     v2.byteOffset // 2
     v3.byteOffset // 2

   注意将byteLength属性和length属性区分，前者是字节长度，后者是成员长度。

   var a = new Int16Array(8);
   a.length // 8
   a.byteLength // 16

   • set方法
     类型化数组的set方法用于复制数组，也就是将一段内容完全复制到另一段内存。

     var a = new Uint8Array(8);
     var b = new Uint8Array(8);
     b.set(a);

   上面代码复制a数组的内容到b数组，它是整段内存的复制，比一个个拷贝成员的那种复制快得多。set方法还可以接受第二个参数，表示从b对象哪一个成员开始复制a对象。

   var a = new Uint16Array(8);
   var b = new Uint16Array(10);
   b.set(a,2)

   上面代码的b数组比a数组多两个成员，所以从b[2]开始复制。

   • subarray方法
     subarray方法是对于类型化数组的一部分，再建立一个新的视图。

   var a = new Uint16Array(8);
   var b = a.subarray(2,3);
   a.byteLength // 16
   b.byteLength

   subarray方法的第一个参数是起始的成员序号，第二个参数是结束的成员序号（不含该成员），如果省略则包含剩余的全部成员。所以，上面代码的a.subarray(2,3)，意味着b只包含a[2]一个成员，字节长度为2。

   • ArrayBuffer与字符串的互相转换
     ArrayBuffer转为字符串，或者字符串转为ArrayBuffer，有一个前提，即字符串的编码方法是确定的。假定字符串采用UTF-16编码（JavaScript的内部编码方式），可以自己编写转换函数。

     // ArrayBuffer转为字符串，参数为ArrayBuffer对象
     function ab2str(buf) {
        return String.fromCharCode.apply(null, new Uint16Array(buf));
     }
     
     // 字符串转为ArrayBuffer对象，参数为字符串
     function str2ab(str) {
         var buf = new ArrayBuffer(str.length*2); // 每个字符占用2个字节
         var bufView = new Uint16Array(buf);
         for (var i=0, strLen=str.length; i<strLen; i++) {
              bufView[i] = str.charCodeAt(i);
         }
         return buf;
     }

DataView

如果一段数据包括多种类型（比如服务器传来的HTTP数据），这时除了建立ArrayBuffer对象的复合视图以外，还可以通过DataView视图进行操作。
DataView视图提供更多操作选项，而且支持设定字节序。本来，在设计目的上，ArrayBuffer对象的各种类型化视图，是用来向网卡、声卡之类的本机设备传送数据，所以使用本机的字节序就可以了；而DataView的设计目的，是用来处理网络设备传来的数据，所以大端字节序或小端字节序是可以自行设定的。
DataView本身也是构造函数，接受一个ArrayBuffer对象作为参数，生成视图。
DataView(ArrayBuffer buffer [, 字节起始位置 [, 长度]]);

getInt8：读取1个字节，返回一个8位整数。
getUint8：读取1个字节，返回一个无符号的8位整数。
getInt16：读取2个字节，返回一个16位整数。
getUint16：读取2个字节，返回一个无符号的16位整数。
getInt32：读取4个字节，返回一个32位整数。
getUint32：读取4个字节，返回一个无符号的32位整数。
getFloat32：读取4个字节，返回一个32位浮点数。
getFloat64：读取8个字节，返回一个64位浮点数。

这一系列get方法的参数都是一个字节序号，表示从哪个字节开始读取。

var buffer = new ArrayBuffer(24);
var dv = new DataView(buffer);

// 从第1个字节读取一个8位无符号整数
var v1 = dv.getUint8(0);

// 从第2个字节读取一个16位无符号整数
var v2 = dv.getUint16(1); 

// 从第4个字节读取一个16位无符号整数
var v3 = dv.getUint16(3);

上面代码读取了ArrayBuffer对象的前5个字节，其中有一个8位整数和两个十六位整数。
如果一次读取两个或两个以上字节，就必须明确数据的存储方式，到底是小端字节序还是大端字节序。默认情况下，DataView的get方法使用大端字节序解读数据，如果需要使用小端字节序解读，必须在get方法的第二个参数指定true。

// 小端字节序
var v1 = dv.getUint16(1, true);

// 大端字节序
var v2 = dv.getUint16(3, false);

// 大端字节序
var v3 = dv.getUint16(3);

DataView视图提供以下方法写入内存：

setInt8：写入1个字节的8位整数。
setUint8：写入1个字节的8位无符号整数。
setInt16：写入2个字节的16位整数。
setUint16：写入2个字节的16位无符号整数。
setInt32：写入4个字节的32位整数。
setUint32：写入4个字节的32位无符号整数。
setFloat32：写入4个字节的32位浮点数。
setFloat64：写入8个字节的64位浮点数。

这一系列set方法，接受两个参数，第一个参数是字节序号，表示从哪个字节开始写入，第二个参数为写入的数据。对于那些写入两个或两个以上字节的方法，需要指定第三个参数，false或者undefined表示使用大端字节序写入，true表示使用小端字节序写入。

// 在第1个字节，以大端字节序写入值为25的32位整数
dv.setInt32(0, 25, false); 

// 在第5个字节，以大端字节序写入值为25的32位整数
dv.setInt32(4, 25); 

// 在第9个字节，以小端字节序写入值为2.5的32位浮点数
dv.setFloat32(8, 2.5, true);

如果不确定正在使用的计算机的字节序，可以采用下面的判断方式。

var littleEndian = (function() {
  var buffer = new ArrayBuffer(2);
  new DataView(buffer).setInt16(0, 256, true);
  return new Int16Array(buffer)[0] === 256;
})();

如果返回true，就是小端字节序；如果返回false，就是大端字节序。