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HTML5 中的新数组

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May 17, 2016 am 09:08 AM

Javascript中的数组是个强大的家伙：

你可以创建的时候不规定长度，而是动态的去改变长度。

你可以把他当成普通的数组去读取，也可以当他是堆栈来使用。

你可以改变数组中每个元素的值甚至是类型。

好吧，其实他是一个对象，比如我们可以这样去创建数组：

<font size="3">var array = new Array(10);</font>

Javascript的数组的强大以及全能，给我们带来了便捷性。但一般而言：

全能的东西能在各种环境下使用，但却不一定适用于各种环境。

而TypedArray正是为了解决Javascript中数组“干太多事”而出现的。

起源

TypedArray是一种通用的固定长度缓冲区类型，允许读取缓冲区中的二进制数据。

其在WEBGL规范中被引入用于解决Javascript处理二进制数据的问题。

TypedArray已经被大部分现代浏览器支持，例如可以用下面方法创建TypedArray：

<font size="3">    // 创建一个8-byte的ArrayBuffer
    var b = new ArrayBuffer(8);

    // 创建一个b的引用，类型是Int32，起始位置在0，结束位置为缓冲区尾部
    var v1 = new Int32Array(b);

    // 创建一个b的引用，类型是Uint8，起始位置在2，结束位置为缓冲区尾部
    var v2 = new Uint8Array(b, 2);

    // 创建一个b的引用，类型是Int16，起始位置在2，总长度为2
    var v3 = new Int16Array(b, 2, 2);</font>

则缓冲和创建的引用布局为：

变量	索引
	字节数
b =	0	1	2	3	4	5	6	7
	索引数
v1 =	0				1
v2 =			0	1	2	3	4	5
v3 =			0		1

这表示Int32类型的v1数组的第0个元素是ArrayBuffer类型的b的第0-3个字节，如此等等。

构造函数

上面我们通过ArrayBuffer来创建TypedArray，而实际上，TypedArray提供了3个构造函数来创建他的实例。

构造函数
TypedArray(unsigned long length) 创建一个新的TypedArray，length是其固定长度。
TypedArray(TypedArray array) TypedArray(type[] array) 创建一个新的TypedArray，其每个元素根据array进行初始化，元素进行了相应的类型转换。
TypedArray(ArrayBuffer buffer, optional unsigned long byteOffset, optional unsigned long length) 创建一个新的TypedArray，使其作为buffer的一个引用，byteOffset为其起始的偏移量，length为其长度。

所以通常我们用下面的方式创建TypedArray：

<font size="3">var array = new Uint8Array(10);</font>

或者：

<font size="3">var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);</font>

数据操作

TypedArray提供了setter、getter、set和subarray四个方法进行数据操作。

方法
getter type get(unsigned long index) 返回指定索引的元素。
setter void set(unsigned long index, type value) 设置指定索引的元素为指定值。
void set(TypedArray array, optional unsigned long offset) void set(type[] array, optional unsigned long offset) 根据array设置值，offset为偏移位置。
TypedArray subarray(long begin, optional long end) 返回一个新的TypedArray，起始位为begin，结束位为end。

例如读取元素可以用：

<font size="3">var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);
alert(array[4]);    //5</font>

设置元素可以用：

<font size="3">var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);
alert(array[4]);    //5
array[4] = 12;
alert(array[4]);    //12</font>

获取一个副本可以用：

<font size="3">var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);
var array2 = array.subarray(0);</font>

数组类型

类型	大小	描述	Web IDL类型	C 类型
`Int8Array`	1	8位有符号整数	`byte`	`signed char`
`Uint8Array`	1	8位无符号整数	`octet`	`unsigned char`
`Uint8ClampedArray`	1	8位无符号整数 (clamped)	`octet`	`unsigned char`
`Int16Array`	2	16位有符号整数	`short`	`short`
`Uint16Array`	2	16位无符号整数	`unsigned short`	`unsigned short`
`Int32Array`	4	32位有符号整数	`long`	`int`
`Uint32Array`	4	32位无符号整数	`unsigned long`	`unsigned int`
`Float32Array`	4	32位IEEE浮点数	`unrestricted float`	`float`
`Float64Array`	8	64位IEEE浮点数	`unrestricted double`	`double`

玩过canvas的可能会觉得很眼熟。

因为ImageData中用于存储图像数据的数组便是Uint8ClampedArray类型的。

例如：

<font size="3">var context = document.createElement("canvas").getContext("2d");

var imageData = context.createImageData(100, 100);

console.log(imageData.data);</font>

其在FireBug中显示为：

Uint8ClampedArray { 0=0, 1=0, 2=0, 更多...}

为什么要用TypedArray

我们知道Javascript中数字是64位浮点数。则对于一个二进制图片（图片每个像素点是以8位无符号整数存储的），如果要将其数据在Javascript数组中使用，相当于使用了图片8倍的内存来存储一个图片的数据，这显然是不科学的。而TypedArray能帮助我们只使用原来1/8的内存来存储图片数据。

或者对于WebSocket，如果用base64进行传输也是一个花费较高的方式，转而使用二进制传送可能是更好的方式。

当然，TypedArray还有更多好处，比如具有更好的性能，下面我们进行一些小测试来验证这一点。

参与测试的浏览器为：

FireFox 17.0.1 和 Chrome 23.0.1271.97m

Test1：顺序读取速读

<font size="3">var timeArray1 = [];
var timeArray2 = [];

function check1(){
    var array = new Uint8ClampedArray(5000000);
    for(var i = array.length; i--;){
        array[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var time1 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array.length; i--;){
        temp = array[i];
    }
    var time2 = (new Date()).getTime();
    console.log(time2 - time1);
    timeArray1.push(time2 - time1);
}

function check2(){
    var array2 = new Array(5000000);
    for(var i = array2.length; i--;){
        array2[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var time3 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array2.length; i--;){
        temp = array2[i];
    }
    var time4 = (new Date()).getTime();
    console.log(time4 - time3);
    timeArray2.push(time4 - time3);
}

function timer(__fun, __time, __callback){
    var now = 0;
    function begin(){
        var timeout = setTimeout(function(){
            if(now !== __time){
                now++;
                __fun();
                begin();
            }else{
                if(timeArray1.length && timeArray2.length){
                    console.log("timeArray1 == " + timeArray1 + ", average == " + average(timeArray1));
                    console.log("timeArray2 == " + timeArray2 + ", average == " + average(timeArray2));
                }
                __callback && __callback();
            }
        }, 100);
    }
    begin();
}

function average(__array){
    var total = 0;
    for(var i = __array.length; i--;){
        total += __array[i];
    }
    return (total / __array.length);
}

timer(check1, 10, function(){
    timer(check2, 10);
});</font>

可见Uint8ClampedArray的读取速度明显比Array要快（条状柱越长，代表花费时间越多）。

Test2：随机读取

<font size="3">//……

function check1(){
    var array = new Uint8ClampedArray(5000000);
    for(var i = array.length; i--;){
        array[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var time1 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array.length; i--;){
        temp = array[Math.floor(Math.random() * 5000000)];
    }
    var time2 = (new Date()).getTime();
    console.log(time2 - time1);
    timeArray1.push(time2 - time1);
}

function check2(){
    var array2 = new Array(5000000);
    for(var i = array2.length; i--;){
        array2[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var time3 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array2.length; i--;){
        temp = array2[Math.floor(Math.random() * 5000000)];
    }
    var time4 = (new Date()).getTime();
    console.log(time4 - time3);
    timeArray2.push(time4 - time3);
}

//……</font>

随即读取中Uint8ClampedArray的读取速度也是比Array要快的。

Test3：顺序写入

<font size="3">//……

function check1(){
    var array = new Uint8ClampedArray(5000000);
    var time1 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array.length; i--;){
        array[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var time2 = (new Date()).getTime();
    console.log(time2 - time1);
    timeArray1.push(time2 - time1);
}

function check2(){
    var array2 = new Array(5000000);
    var time3 = (new Date()).getTime();
    for(var i = array2.length; i--;){
        array2[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var time4 = (new Date()).getTime();
    console.log(time4 - time3);
    timeArray2.push(time4 - time3);
}

//……</font>

Test4：复制操作（U8C to U8C 和 Array to U8C）

<font size="3">//……

function check1(){
    var array = new Uint8ClampedArray(5000000);
    for(var i = array.length; i--;){
        array[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var array2 = new Uint8ClampedArray(5000000);
    var time1 = (new Date()).getTime();
    array2.set(array);
    var time2 = (new Date()).getTime();
    console.log(time2 - time1);
    timeArray2.push(time2 - time1);
}

function check2(){
    var array = new Array(5000000);
    for(var i = array.length; i--;){
        array[i] = Math.floor(Math.random() * 100);
    }
    var temp;
    var array2 = new Uint8ClampedArray(5000000);
    var time1 = (new Date()).getTime();
    array2.set(array);
    var time2 = (new Date()).getTime();
    console.log(time2 - time1);
    timeArray2.push(time2 - time1);
}

//……</font>

可见U8C复制到U8C，比Array复制到U8C快得多。

参考文献

Typed Array Specification

陳述

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