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JS如何实现BigInt?大整数的运算

幻夢星雲

幻夢星雲

发布时间:2025-08-16 09:07:01

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来源于php中文网

原创

JavaScript引入BigInt类型以解决Number类型在处理超过2^53-1的大整数时精度丢失的问题,通过n后缀或BigInt()构造函数创建,支持常规算术与位运算,但不可与Number直接混合运算,需显式转换。BigInt除法向下取整,不支持JSON序列化,建议使用字符串转换处理;推荐在处理大整数ID、加密计算等场景使用,避免精度丢失,提升代码可靠性。

js如何实现bigint?大整数的运算

JavaScript引入了原生的

BigInt
类型,它允许我们直接处理任意精度的整数,解决了传统
Number
类型在表示和计算超过
2^53-1
或小于
-(2^53-1)
的大整数时精度丢失的问题。这意味着,那些曾经需要借助第三方库才能完成的超大数字运算,现在可以被语言本身直接支持了,大大提升了开发效率和代码的简洁性。

解决方案

使用

BigInt
进行大整数运算,核心在于理解它的创建方式和与传统
Number
类型的交互规则。

你可以通过在整数后面添加

n
后缀来创建一个
BigInt
字面量,比如
123n
。或者,使用
BigInt()
构造函数将
Number
类型的值(或字符串)转换为
BigInt
,例如
BigInt(123)
BigInt("9007199254740991")

const bigNumberLiteral = 9007199254740991n; // 直接使用n后缀
const bigNumberFromNumber = BigInt(9007199254740991); // 从Number转换
const bigNumberFromString = BigInt("900719925474099123456789"); // 从字符串转换,推荐用于超大数字

console.log(bigNumberLiteral); // 9007199254740991n
console.log(bigNumberFromNumber); // 9007199254740991n
console.log(bigNumberFromString); // 900719925474099123456789n

BigInt
支持所有常规的算术运算符:
+
-
*
/
%
**
(幂)。比较运算符如
==
===
<
>
等也同样适用。需要特别注意的是,
BigInt
Number
类型不能直接进行混合运算。例如,
1n + 1
会抛出
TypeError
。如果你需要混合使用,必须显式地进行类型转换。

const a = 10n;
const b = 3n;

console.log(a + b); // 13n
console.log(a - b); // 7n
console.log(a * b); // 30n
console.log(a / b); // 3n (注意:BigInt的除法会向下取整,没有小数部分)
console.log(a % b); // 1n
console.log(a ** b); // 1000n

// 类型转换示例
const num = 5;
// console.log(a + num); // TypeError: Cannot mix BigInt and other types, use explicit conversions
console.log(a + BigInt(num)); // 15n
console.log(Number(a) + num); // 15 (注意:如果BigInt太大,转换为Number可能导致精度丢失)

BigInt
的除法操作会直接截断小数部分,这与
Number
类型不同。比如
5n / 2n
的结果是
2n
,而不是
2.5
。这符合整数除法的语义。此外,
BigInt
也支持位运算符,如
&
|
^
~
<<
>>
>>>
typeof
运算符对
BigInt
值返回
"bigint"

BigInt与传统Number类型有何不同?为何需要BigInt?

JavaScript的

Number
类型是基于IEEE 754标准的双精度浮点数实现的。这意味着它能精确表示的整数范围是有限的,具体来说,是从
-(2^53 - 1)
2^53 - 1
(即
-9007199254740991
9007199254740991
)。超过这个范围的整数,
Number
类型就无法精确表示了,会发生精度丢失,导致一些大整数在内存中被“四舍五入”成一个近似值。

我记得以前在处理一些后端返回的ID,或者像区块链加密货币这类场景的数值时,经常会遇到这种问题。一个看起来很长的数字,一到前端用

Number
一解析,结果就变了,这简直是灾难。

const maxSafeInteger = Number.MAX_SAFE_INTEGER; // 9007199254740991
console.log(maxSafeInteger + 1); // 9007199254740992
console.log(maxSafeInteger + 2); // 9007199254740992 (这里已经开始丢失精度了!)

BigInt
的出现正是为了解决这个痛点。它不限制整数的位数,只要内存允许,理论上可以表示任意大的整数。这意味着,无论你的数字有多长,
BigInt
都能精确地存储和计算,不会有任何精度问题。这对于需要处理大额资金、加密哈希值、高精度计算或者大型数据库ID等场景来说,简直是雪中送炭。它让JavaScript在处理这些特定领域的问题时,变得更加可靠和强大。

如何在JavaScript中高效地使用BigInt进行大整数运算?

高效使用

BigInt
,除了掌握其基本运算,更重要的是理解其与
Number
类型的交互规范,以及一些潜在的“坑”。

最关键的一点,也是我个人觉得最容易犯错的地方,就是

BigInt
Number
不能直接混用。语言设计者这样做的目的很明确:避免隐式的类型转换导致开发者在不知情的情况下丢失精度。如果允许
1n + 1
这种操作,那么结果是
2n
还是
2
?如果结果是
2
,那么
1n
的任意精度优势就没了;如果结果是
2n
,那么
1
这个
Number
就被强制提升了,这也不符合直觉。所以,强制要求显式转换,虽然初次接触会觉得有点麻烦,但从长期来看,它能帮助我们写出更健壮、更不容易出错的代码。

// 错误示范:TypeError
// const result = 5n + 2;

// 正确示范:显式转换
const result1 = 5n + BigInt(2); // 7n
const result2 = Number(5n) + 2; // 7 (注意:这里如果5n的值超出了Number的安全范围,就会丢失精度)

在实际应用中,如果你的数据源(比如从后端API获取的JSON)中包含超出

Number
安全范围的大整数,它们通常会被序列化为字符串。这时,你应该使用
BigInt(string)
来创建
BigInt
,而不是先解析成
Number
再转换,因为那样就已经晚了,精度可能已经丢失。

const largeIdString = "123456789012345678901234567890n"; // 假设这是从API得到的字符串
// const wrongId = Number(largeIdString); // 这会出错或者精度丢失
const correctId = BigInt(largeIdString.slice(0, -1)); // 如果字符串带'n',需要处理一下
// 或者如果后端直接返回纯数字字符串,更直接
const pureNumberString = "123456789012345678901234567890";
const correctId2 = BigInt(pureNumberString);

处理BigInt时常见的陷阱与最佳实践有哪些?

尽管

BigInt
带来了巨大的便利,但在使用过程中确实有一些需要注意的“陷阱”,以及一些可以提升代码质量的最佳实践。

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陷阱1:JSON序列化问题

BigInt
类型的值不能直接被
JSON.stringify()
序列化。尝试这样做会抛出
TypeError: Do not know how to serialize a BigInt
。这是因为JSON标准本身没有定义
BigInt
这种数据类型。

const data = {
  id: 12345678901234567890n,
  name: "Test"
};
// JSON.stringify(data); // TypeError

解决方案: 通常的做法是提供一个自定义的

replacer
函数给
JSON.stringify
,将
BigInt
转换为字符串,或者在需要时转换为
Number
(如果确定不会丢失精度)。

const data = {
  id: 12345678901234567890n,
  name: "Test"
};

const jsonString = JSON.stringify(data, (key, value) =>
  typeof value === 'bigint' ? value.toString() : value
);
console.log(jsonString); // {"id":"12345678901234567890","name":"Test"}

在接收端,你可能需要一个

reviver
函数将这些字符串再转换回
BigInt

陷阱2:除法结果的截断

前面也提到了,

BigInt
的除法会直接截断小数部分。如果你期望得到一个浮点数结果,你需要进行显式的类型转换,或者在计算前将数字放大。

console.log(7n / 2n); // 3n
// 如果需要浮点数结果
console.log(Number(7n) / Number(2n)); // 3.5

陷阱3:宽松相等(==)与严格相等(===)

BigInt
Number
在宽松相等比较时可能表现出你意想不到的行为:
1n == 1
true
。但严格相等
1n === 1
false
,因为它们的类型不同。在大多数情况下,坚持使用严格相等
===
是更好的实践,这能避免很多潜在的类型转换带来的混淆。

最佳实践:

  • 明确意图: 在代码中,当你看到一个数字后面跟着
    n
    ,你就知道它是一个
    BigInt
    。这比使用一个普通的
    Number
    然后依赖注释来表示它是一个大整数要清晰得多。
  • 避免不必要的转换: 尽量在整个运算链中保持
    BigInt
    类型,直到最后需要与
    Number
    交互(比如显示给用户或者发送给只接受
    Number
    的API)时再进行转换。这样可以最大限度地保留精度。
  • 性能考量:
    BigInt
    运算通常比
    Number
    运算慢,因为它需要处理任意精度的逻辑。对于大多数应用来说,这种性能差异可以忽略不计。但如果你在做大量、高频率的大整数计算,并且对性能有极致要求,那么需要进行性能测试,甚至考虑使用WebAssembly或其他优化方案。不过,这通常是极少数情况,对于日常开发,
    BigInt
    的性能已经足够。
  • 兼容性:
    BigInt
    是相对较新的特性(ES2020),虽然现代浏览器和Node.js都已支持,但如果需要支持老旧环境,可能需要Babel等工具进行转译,或者使用Polyfill(虽然
    BigInt
    的Polyfill通常是通过引入第三方库实现的,这又回到了最初的问题)。

总的来说,

BigInt
的引入是JavaScript语言在处理数字方面的一个重要里程碑,它让开发者能够更自信、更直接地处理那些曾经令人头疼的超大数字。理解它的特性、规避其陷阱,就能让你的代码在处理复杂数值计算时如虎添翼。

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