深入理解JavaScript字節(jié)二進制知識以及相關(guān)API
目錄
- 字節(jié)
- 字節(jié)序
- Blob
- File
- 對Blob和File的讀取
- ArrayBuffer
- TypeArray
- DataView
- Blob和ArrayBuffer
當前，前端對二進制數(shù)據(jù)有許多的API可以使用，這豐富了前端對文件數(shù)據(jù)的處理能力，有了這些能力，就能夠?qū)D片等文件的數(shù)據(jù)進行各種處理。
本文將著重介紹一些前端二進制數(shù)據(jù)處理相關(guān)的API知識，如Blob、File、FileReader、ArrayBuffer、TypeArray、DataView等等。
字節(jié)
在介紹各種API之前，我們需要先了解下和字節(jié)有關(guān)的知識。
我們知道，計算機是二進制的世界，而字節(jié)(byte)是計算機技術(shù)中關(guān)于二進制數(shù)據(jù)的一種基本單位，1字節(jié)有8個二進制位，即8比特(bit)。
比特又叫位，一位二進制數(shù)據(jù)要么是0、要么是1，只有兩種狀態(tài)，所以1比特有2種狀態(tài)。
1字節(jié)有8比特，即8個二進制位，那就能表示 2**8 = 256 種狀態(tài)，取值從 00000000 到 11111111。
字節(jié)作為基本單位，在很多地方都被使用，如字符編碼知識，見前文前端需要搞懂的字符編碼：ASCII、Unicode、UTF8、UTF16等。
二進制數(shù)據(jù)在存儲的時候，以字節(jié)為單位，這里還涉及到一個關(guān)于字節(jié)序的知識。
字節(jié)序
字節(jié)序描述的是計算機如何存儲字節(jié)。
因為我們知道，內(nèi)存存儲都有索引地址，每個字節(jié)對應(yīng)一個索引地址。一個字節(jié)存儲8位二進制，即0到255之間，但需要存儲大于255的數(shù)值的時候，就需要多個字節(jié)，多個字節(jié)就涉及到排序問題。
所以字節(jié)序就是：當需要多個字節(jié)表示一個值的時候，這多個字節(jié)使用什么樣的排序方式在內(nèi)存中進行存儲。
而排序方式主要是兩種：大端存儲(big-endian)和小端存儲(little-endian)。
大端存儲和小端存儲
大端存儲又稱大字節(jié)序、高字節(jié)序，方式是低位字節(jié)排在內(nèi)存中的高地址端，高字節(jié)位排放在內(nèi)存中的低地址端。圖片文件 png、jpg都是這種方式。
小端存儲又稱為小字節(jié)序、低字節(jié)序，方式是低位字節(jié)排在內(nèi)存中的低地址端，高位字節(jié)排在內(nèi)存中的高地址端。圖片文件gif是小端序。
示例
當我們使用不同的字節(jié)序存儲數(shù)字 0x12345678 (這里是16進制表示，對應(yīng)的十進制：305419896。進制相關(guān)知識可見前文Javascript中的進制和進制轉(zhuǎn)換)：
大端存儲在內(nèi)存中的存儲地址：
小端存儲在內(nèi)存中的存儲地址：
這里數(shù)字字節(jié)的高-低位是從左到右，最高位是 12，最低位是 78；而內(nèi)存中存儲時從左到右是低地址——高地址。
所以在大端序中高位字節(jié)的 12 在內(nèi)存最左邊的低地址位，而低字節(jié)位 78 則在內(nèi)存最右邊的高地址位；而小端序則正好相反。
從視覺習慣上，大端存儲似乎更順眼，但無論哪種方式，計算的結(jié)果都是一樣的，只是在計算的時候需要處理這個排序方式，下文會涉及到。
Blob
Blob，即 Binary large Object，本質(zhì)上是一個二進制對象，該對象表示的是一個不可變、原始數(shù)據(jù)的類文件對象。
它的不可變，代表它是只讀的，不可被改變。
Blob對象的構(gòu)造函數(shù)語法：new Blob(array, options)。
參數(shù)array：是一個數(shù)據(jù)數(shù)組，可以是多種對象的數(shù)據(jù)，包含 ArrayBuffer、Blob、String 等等。
參數(shù)options：可選對象，指定兩個屬性：
type表示Blob對象數(shù)據(jù)的MIME類型；endings指定包含行結(jié)束符\n的字符串如何寫入。
我們可以使用構(gòu)造函數(shù)直接創(chuàng)建一個新的 Blob 對象：
const blob = new Blob(["123456789"], {type : "text/plain"});新創(chuàng)建的對象實例，結(jié)構(gòu)如下：
從以上示例，我們就可以看到Blob對象的方法和屬性：
實例屬性
- size：Blob對象中數(shù)據(jù)的字節(jié)大小
- type：字符串，表示Blob對象數(shù)據(jù)的MIME類型
示例方法
1.arrayBuffer()：返回包含Blob所有內(nèi)容的二進制格式的ArrayBuffer的一個promise對象
2.stream()：返回能讀取Blob的ReadableStream對象
3.text()：返回包含Blob所有內(nèi)容的字符串(UTF-8編碼)的一個promise對象
4.slice([start [, end [, contentType]]])：
- 該方法有三個可選參數(shù)，可用于分割Blob數(shù)據(jù)
- 它根據(jù)指定的起始和結(jié)束位置，返回原Blob在該范圍的數(shù)據(jù)，得到一個新的Blob對象
- 第三個參數(shù)
contentType可以為新Blob對象指定自己的MIME類型
可以針對上面的 blob 實例進行操作：
blob.slice(0, 3).text().then(res => { console.log(res)})// 結(jié)果：123以上代碼，使用slice()方法獲取原blob的前三位的數(shù)據(jù)，生成新的Blob實例后，通過text()方法打印出文本內(nèi)容。
下面可以看看Blob在接口請求中的應(yīng)用，F(xiàn)etch API中的 Response 對象，擁有一個blob方法，能夠得到Blob對象。
const imgRequst = new Request("11.jpg")fetch(imgRequst).then((response) => { return response.blob()}).then((mBlob) => { console.log(mBlob)})通過以上代碼，請求一個jpg圖片文件，響應(yīng)對象通過 blob() 方法轉(zhuǎn)為Blob對象：
File
File對象繼承了Blob對象，是一種特殊類型的Blob，它擴展了對系統(tǒng)文件的支持能力。
File提供文件信息，并能夠在javascript中進行訪問，一般在使用 <input> 標簽選擇文件時返回，因為 <input> 標簽允許選擇多個文件，這里返回的是文件列表 files。
除了 <input> 標簽以外，還有兩種方式返回File對象：
- 自由拖放操作生成的
DataTransfer對象。 - 文件系統(tǒng)訪問API中的
FileSystemFileHandle對象的getFile()方法。
File的構(gòu)造函數(shù)：new File(bits, name[, options])。 有三個參數(shù)：
bits：是一個數(shù)據(jù)數(shù)組，可以是多種對象的數(shù)據(jù)，與Blob對象類似
name：文件名稱
options：可選屬性對象，包含兩個選項
- type：MIME類型字符串
- lastModified：時間戳，表示文件的最后修改時間
下面代碼，通過 <input> 標簽讀取文件：
<input id="input-file" type="file" accept="image/*" />
document.getElementById("input-file").onchange = (e) => { const file = e.target.files[0] console.log(file) // ...}這是一個簡單的圖片上傳，獲取到的file實例，控制臺打印出來：
通過上圖(chrome瀏覽器下)，可以看到File繼承了Blob的素有屬性和方法：
屬性除了size和type以外，F(xiàn)ile還有自己的幾個屬性
- lastModified：只讀，時間戳，文件最后修改時間
- name：只讀，文件名 lastModifiedDate：只讀，文件最后修改時間的 Date 對象，該對象已廢棄
- webkitRelativePath：非標準屬性，返回path或URL
File沒有自己的實例方法，都繼承自Blob
對Blob和File的讀取
File繼承自Blob，都是只讀對象，除了使用slice分片以外，并沒有其他操作能力，所以如果對它們進行處理需要借助其他的API。
主要用于操作Blob的API有：FileReader、URL.createObjectURL()、createImageBitmap()和XMLHttpRequest.send()。下面將介紹這幾種方式。
Blob和File都是 WebAPI，是由瀏覽器環(huán)境提供的，而上面提到這四種對象也同樣是WebAPI。
FileReader
FileReader是用于異步讀取文件類型（或原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）的內(nèi)容，指定Blob或File對象為需要讀取的文件數(shù)據(jù)。
FileReader 不能在文件系統(tǒng)中用路徑名的方式讀取文件。
構(gòu)造函數(shù)：new FileReader()。
如果對文件處理功能開發(fā)較多，對FileReader對象應(yīng)該較熟，我們先看一個示例：
document.getElementById("input-file").onchange = (e) => { const file = e.target.files[0] const reader = new FileReader() reader.onload = async (event) => { const img = new Image() img.src = event.target.result } reader.readAsDataURL(file)}以上代碼，就是很常用的，使用FileReader讀取一個圖片文件的Base64數(shù)據(jù)，然后使用圖片對象加載。Base64知識，可參考前文深入理解Base64編碼字符串。
這段代碼也涉及到FileReader對像的屬性、事件、方法。
FileReader的屬性 事件和方法
屬性(皆只讀)
error：在讀取文件時發(fā)生的錯誤
readyState：表示當前讀取狀態(tài)
result：文件內(nèi)容，讀取狀態(tài)完成時才有效
方法
- abort()：中止讀取操作。在返回時，readyState屬性為DONE
- readAsArrayBuffer()：以ArrayBuffer類型讀取Blob中的內(nèi)容
- readAsBinaryString()：以原始二進制數(shù)據(jù)類型讀取Blob中的內(nèi)容
- readAsDataURL()：以Base64字符串類型讀取Blob中的內(nèi)容
- readAsText()：以文本字符串類型讀取Blob中的內(nèi)容
事件
- onabort：讀取操作被中斷時觸發(fā)
- onerror：讀取操作發(fā)生錯誤時觸發(fā)
- onload：讀取操作完成時觸發(fā)
- onloadstart：讀取操作開始時觸發(fā)
- onloadend：讀取操作結(jié)束時觸發(fā)
- onprogress：讀取Blob時觸發(fā)
URL.createObjectURL()
URL是瀏覽器環(huán)境提供的，用于處理url鏈接的一個接口對象?？梢酝ㄟ^它，解析、構(gòu)造、規(guī)范和編碼各種url鏈接。
而URL提供的一個靜態(tài)方法 createObjectURL()，可以用來處理Blob和File文件對象。
先看一個例子：
document.getElementById("input-file").onchange = (e) => { const file = e.target.files[0] const url = URL.createObjectURL(file) const img = new Image() img.onload = () => { document.body.append(img) } img.src = url}頁面展示：
這段代碼就實現(xiàn)了上傳圖片，通過 URL.createObjectURL 讀取后生成一個本地映射的url，再使用Image對象加載圖片。
通過查看頁面元素，可以看到新添加的圖片元素，它的src是一個類似鏈接的字符串：blob:http://localhost:8088/29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c，通過這個字符串，圖片就能加載顯示出來。
再來看 createObjectURL()，它返回一個包含給定的Blob或File對象的url，就可以當做文件資源被加載。而這個url的生命周期和它的窗口同步，窗口關(guān)閉這個url就自動釋放了。
這個url就是被稱為偽協(xié)議的Objct URL。
Object URL
Object URL 又被稱為Blob URL，一般使用Blob或File對象生成，通過 URL.createObjectURL() 方法創(chuàng)建一個唯一的URL。
Object URL的格式為：blob:origin/唯一標識(uuid)。
上面生成的URL字符串就符合這個格式：blob:http://localhost:8088/29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c。
- origin 對應(yīng)的
http://localhost:8088/，如果直接打開本地html文件，則origin為null。 - uuid 對應(yīng)
29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c。
瀏覽器內(nèi)部會為生成Object URL保持一個 URL 到 Blob 的映射，Blob是留存在內(nèi)存中，瀏覽器只有在卸載當前窗口文檔時才會釋放。
如果要手動釋放，則需要URL的另外一個靜態(tài)方法：URL.revokeObjectURL()，它用于銷毀之前創(chuàng)建的URL實例，在合適的時機調(diào)用即可銷毀Object URL。
URL.revokeObjectURL(url)
XMLHttpRequest.send()
XMLHttpRequest.send(body)：用于在XHR的HTTP請求中，發(fā)送數(shù)據(jù)體。
這里的body參數(shù)，可以是多種數(shù)據(jù)類型，包括Blob對象。
const xhr = new XMLHttpRequest()xhr.send(new Blob())
createImageBitmap()
createImageBitmap(): 主要處理圖片資源，接受不同的圖片資源對象為參數(shù)，并生成一個ImageBitmap對象。
這些參數(shù)就就可以是Blob和File對象。
ImageBitmap表示可以繪制在canvas上的位圖圖像。
createImageBitmap(file).then(imageBitmap => { const canvas = document.createElement("canvas") canvas.width = imageBitmap.width canvas.height = imageBitmap.height const ctx = canvas.getContext("2d") ctx.drawImage(imageBitmap, 0, 0) document.body.append(canvas)})如上代碼，即可讀取圖片文件，使用canvas繪制。
ArrayBuffer
ArrayBuffer 對象表示通用的、固定長度的原始二進制緩沖區(qū)，它是一個字節(jié)數(shù)組，但不能直接操作它的內(nèi)容，而需要通過其他方式(如TypeArray或DataView等)進行處理。
構(gòu)造函數(shù)：new ArrayBuffer(length)，返回一個指定大小的ArrayBuffer對象。
參數(shù)length：要創(chuàng)建的 ArrayBuffer 的字節(jié)大小。大于Number.MAX_SAFE_INTEGER（>= 2 ** 53）或為負數(shù)，則拋出一個RangeError異常。
下面我們先使用前面介紹的 FileReader 讀取一個文件的ArrayBuffer內(nèi)容：
document.getElementById("input-file").onchange = (e) => { const file = e.target.files[0] const reader = new FileReader() reader.onload = async (event) => { console.log(event.target.result) } reader.readAsArrayBuffer(file)}控制臺日志打印輸出：
從上圖，可以看到ArrayBuffer的實例屬性和方法：
- byteLength：表示字節(jié)大小，不可改變
- slice(begin[, end])：根據(jù)指定位置范圍返回一個新的ArrayBuffer，可以分割A(yù)rrayBuffer。
ArrayBuffer還有靜態(tài)屬性和方法：
- ArrayBuffer.length：構(gòu)造函數(shù)的length屬性，值為1
- ArrayBuffer.isView(arg)：如果參數(shù)是ArrayBuffer的視圖實例則返回true。
由于我們無法直接操作ArrayBuffer，所以需要使用其他對象來處理，下面將介紹其中兩種。
TypeArray
TypeArray，即類型化數(shù)組，它描述了二進制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的一個類數(shù)組。TypeArray本身不是一個可用的對象，只是一個輔助的數(shù)據(jù)類型，作為所有類型數(shù)組的構(gòu)造原型，真正可用的類型數(shù)組包含了多種，如Int8Array、Uint8Array等。
常用的類型數(shù)組如下表所示：
類型化數(shù)組與普通數(shù)據(jù)也較相似，同樣擁有一系列的方法和屬性，但不支持 push、pop、shift、unshift、splice 等可以改變原數(shù)組的增刪改方法。
類型化數(shù)組由于定義了數(shù)據(jù)類型，則各元素必須是同類型的數(shù)據(jù)，不能像普通數(shù)據(jù)那樣元素可以是不同類型；當元素數(shù)據(jù)類型固定統(tǒng)一時，處理效率更優(yōu)。
各類型數(shù)組在構(gòu)造函數(shù)、屬性、方法等語法上相同，本節(jié)就以 Uint8Array 為例。
語法
Uint8Array構(gòu)造函數(shù)：
new Uint8Array()new Uint8Array(length)new Uint8Array(typedArray)new Uint8Array(object)new Uint8Array(buffer [, byteOffset [, length]])
靜態(tài)屬性和方法：
- BYTES_PER_ELEMENT：返回數(shù)組元素所占字節(jié)數(shù)，Uint8Array中的值是1，Uint32Array中的值是4，見上表
- length：固定長度，Uint8Array中的值是1，Uint32Array中的值是3，基本沒用
- name：類型數(shù)組返回自己的構(gòu)造名，Uint8Array類型返回
Uint8Array，Uint32Array類型返回Uint32Array等等 - from(source[, mapFn[, thisArg]])：從源類型數(shù)組中返回一個新的數(shù)組
- of(element0[, element1[, ...[, elementN]]])：創(chuàng)建一個具有可變數(shù)量參數(shù)的新類型數(shù)組
實例屬性和方法
介紹完靜態(tài)屬性和方法，下面通過一個示例，來查看下Uint8Array的實例屬性和方法，代碼如下。
const reader = new FileReader()reader.onload = async (event) => { const aBuffer = event.target.result const uint8Array = new Uint8Array(aBuffer) console.log(uint8Array)}reader.readAsArrayBuffer(file)以上代碼，直接讀取文件的ArrayBuffer數(shù)據(jù)，然后通過 Uint8Array 構(gòu)造函數(shù)，得到Uint8Array實例，控制臺查看：
通過加載一張png圖片，得到它的Uint8Array數(shù)組數(shù)據(jù)，可以看到類型數(shù)組大部分的屬性和方法都和普通數(shù)組類似，除了前文提到的增刪改數(shù)組的方法以外。因此，對類型數(shù)組使用下標、循環(huán)等等方式進行讀取，和普通函數(shù)沒什么兩樣。
而類型數(shù)組也自己的特殊屬性(都只讀)和方法，如下：
- buffer：返回類型數(shù)組引用的ArrayBuffer
- byteLength：字節(jié)數(shù)長度
- byteOffset：相對源ArrayBuffer的偏移字節(jié)數(shù)
- length：數(shù)組長度
- set(array[, offset])：從給定數(shù)組中讀取元素值，并存儲在類型數(shù)組中
- subarray(begin, end)：給定開始和結(jié)尾索引，返回一個新的類型數(shù)組
類型數(shù)組間的關(guān)系
要了解常見類型數(shù)組間的關(guān)系，我們先看下面這張圖：
圖上所示，是一張png圖片的ArrayBuffer數(shù)據(jù)，可以看到，ArrayBuffer的字節(jié)長度屬性默認取8位整型數(shù)組的長度，即與Int8Array和Uint8Array的長度一致。
而Int8Array的長度29848，正好是Int16Array的長度14924的兩倍，是Int32Array的長度7462的四倍，可知，這里就是對字節(jié)的合并計算：
- Int8Array(Uint8Array) 轉(zhuǎn) Int16Array(Uint16Array)，需要依序合并兩個字節(jié)后計算數(shù)值。
- Int8Array(Uint8Array) 轉(zhuǎn) Int32Array(Uint32Array)，需要依序合并四個字節(jié)后計算數(shù)值。
- Int16Array(Uint16Array) 轉(zhuǎn) Int32Array(Uint32Array)，需要依序合并兩個字節(jié)后計算數(shù)值。
讀取GIF文件示例
類型數(shù)組通過數(shù)組的方式對ArrayBuffer的內(nèi)容進行讀取操作，可以方便我們處理文件的二進制數(shù)據(jù)。 但使用類型數(shù)組的時候，碰到多字節(jié)的數(shù)據(jù)時，需要考慮字節(jié)序的問題。
下面，我們以讀取小端存儲的GIF圖片為例。
GIF圖片的Uint8Array數(shù)組數(shù)據(jù)中，寬高數(shù)據(jù)的存儲就是使用了兩個字節(jié)，第7-8位存儲圖片的寬度，9-10位存儲圖片的高度。
我們加載的GIF圖片寬高皆為600，需要處理字節(jié)序，代碼如下：
const uint8Array = new Uint8Array(aBuffer)let bufferIndex = 6// 獲取GIF寬度的兩個字節(jié)的值const width1 = uint8Array[bufferIndex]// width1 結(jié)果：88const width2 = uint8Array[bufferIndex + 1]// width2 結(jié)果：2// 得到各自的16進制數(shù)據(jù)const width1hex = width1.toString(16)const width2hex = width2.toString(16)// 轉(zhuǎn)換成實際的寬度大小，注意這里把兩個字節(jié)的順序做了調(diào)整，符合小端序const width = parseInt(width2hex + width1hex, 16)// width 結(jié)果：600
使用小端序處理后，寬度結(jié)果等于600，符合圖片實際寬度。
自己手動處理字節(jié)序會稍顯麻煩，如果不想手動去處理字節(jié)序的問題，可以使用另外一個對象：DataView。
DataView
DataView 是一個從 ArrayBuffer 中讀取多種類型數(shù)值并且不用考慮字節(jié)序的接口對象。它的使用簡單方便，擁有一系列的 get- 和 set- 實例方法操作數(shù)據(jù)。
DataView的構(gòu)造函數(shù)：new DataView(buffer [, byteOffset [, byteLength]])。 參數(shù)：
- buffer：源ArrayBuffer
- byteOffset：buffer中的字節(jié)偏移量
- byteLength：字節(jié)長度
DataView不用考慮字節(jié)序，同樣是讀取GIF的寬度時，代碼可簡化：
const fileDataView = new DataView(arrBuffer)let bufferIndex = 6const width = fileDataView.getUint16(bufferIndex, true)// 結(jié)果：600bufferIndex += 2const height = fileDataView.getUint16(bufferIndex, true)// 結(jié)果：600
以上代碼，很方便就得到GIF圖片的寬高數(shù)據(jù)(600)，因為使用了 DataView 和它的 getUint16 方法，不需要手動處理字節(jié)序。
getUint16方法有兩個參數(shù)：第一個參數(shù)代表字節(jié)索引；第二參數(shù)表示字節(jié)序，默認大端序，為true則是小端序，GIF是小端，所以上面代碼為true。
除了getUint16以外，DataView 還有十多個類似的實例方法。
DataView的get和set系列方法
get系列方法通過字節(jié)偏移索引獲取對應(yīng)的數(shù)值，其中多字節(jié)的數(shù)據(jù)，需要兩個參數(shù)：
- byteOffset：讀取時的字節(jié)偏移量
- littleEndian：字節(jié)序，默認大端，設(shè)為true則是小端
set系列方法是和get方法對應(yīng)的，處理相應(yīng)字節(jié)偏移索引位置的數(shù)值，參數(shù)如下：
- byteOffset：讀取時的字節(jié)偏移量
- value：設(shè)置相應(yīng)類型的數(shù)值
- littleEndian：字節(jié)序，默認大端，設(shè)為true則是小端
Blob和ArrayBuffer
對于Blob和ArrayBuffer兩個對象，我們可以稍做總結(jié)：
- Blob是Web API，瀏覽器環(huán)境提供，讀取它可以使用FileReader、URL.createObjectURL等WebAPI；ArrayBuffer是JS語言內(nèi)置對象，處理它則需要使用TypeArray、DataView等JS-API。
- Blob表示不可變的類文件數(shù)據(jù)；ArrayBuffer則表示原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
- Blob用于讀取類文件數(shù)據(jù)，不對應(yīng)內(nèi)存；ArrayBuffer用于讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)。
- Blob和ArrayBuffer都需要通過其他對象才能操作數(shù)據(jù)。
- Blob和ArrayBuffer可以使用不同方式進行相互之間的轉(zhuǎn)換。
- 要操作字節(jié)二進制數(shù)據(jù)，得依賴ArrayBuffer和輔助它的操作對象。
Blob和ArrayBuffer之間的轉(zhuǎn)換：
- 使用Blob構(gòu)造函數(shù)可以讀取ArrayBuffer，生成一個新的Blob。
- 通過Blob實例的arrayBuffer()方法，可以獲取到對應(yīng)的ArrayBuffer。
- 通過FileReader對象的readAsArrayBuffer()方法，將Blob讀取為ArrayBuffer。
如下代碼，進行二者之間的轉(zhuǎn)換：
const aBuffer = new ArrayBuffer(4)// 使用Blob構(gòu)造函數(shù)const blob = new Blob([aBuffer])// Blob的arrayBuffer()方法（promise）blob.arrayBuffer()// FileReaderconst reader = new FileReader()reader.readAsArrayBuffer(blob)
以上就是深入理解JavaScript字節(jié)二進制知識以及相關(guān)API的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于JavaScript字節(jié)二進制的資料請關(guān)注其它相關(guān)文章！
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