BigInt: JavaScript 中任意精度的整数
BigInt 是 JavaScript 中的一种新型数字原始值，可以表示任意精度的整数。通过 BigInt，您可以安全地存储并操作即使超出 Number 安全整数限制的大整数。本文通过对比 JavaScript 中的 BigInt 和 Number，逐步介绍它的一些使用场景，并说明 Chrome 67 中的新功能。
使用场景
任意精度的整数为 JavaScript 解锁了许多新场景。
BigInt 能够正确地执行整数运算而不会溢出。这本身就开启了无数新可能。例如，在金融科技中，大数的数学运算是常见的应用场景。
大整数 ID 和 高精度时间戳 无法在 JavaScript 中安全地表示为 Number。这经常导致现实中的 bug，迫使 JavaScript 开发者用字符串来表示这些数据。有了 BigInt，现在可以将这些数据表示为数值。
BigInt 可以为未来的 BigDecimal 实现奠定基础。这将有助于以小数精度表示金额并准确操作这些金额（即所谓的 0.10 + 0.20 !== 0.30 问题）。
以前，拥有这些使用场景的 JavaScript 应用必须依赖用户空间的库来模拟类似 BigInt 的功能。当 BigInt 广泛可用后，这些应用可以用原生的 BigInt 替代这些运行时依赖。这有助于减少加载时间、解析时间和编译时间，此外还提供显著的运行时性能提升。
当前状况：Number
JavaScript 中的 Number 是以 双精度浮点数 表示的。这意味着它们具有有限的精度。Number.MAX_SAFE_INTEGER 常量表示可以安全递增的最大整数。它的值是 2**53-1。
const max = Number.MAX_SAFE_INTEGER;
// → 9_007_199_254_740_991
注意： 为了便于阅读，我使用下划线作为分隔符，将这个大数字的每千位进行分组。数字文字分隔符提案 使得普通 JavaScript 数字字面量也能实现这一功能。
递增一次会给出预期结果：
max + 1;
// → 9_007_199_254_740_992 ✅
但如果再次递增，结果将不再能准确表示为 JavaScript 的 Number：
max + 2;
// → 9_007_199_254_740_992 ❌
注意，max + 1 的结果与 max + 2 相同。每当我们在 JavaScript 中获得这个特定数值时，无法判断它是否准确。任何超出安全整数范围的整数运算（即从 Number.MIN_SAFE_INTEGER 到 Number.MAX_SAFE_INTEGER 之间）都有可能丢失精度。因此，我们只能依赖安全范围内的数字整数值。
新亮点：BigInt
BigInt 是 JavaScript 中的一种新型数字原始值，可以表示具有 任意精度 的整数。有了 BigInt，您可以安全地存储并操作即使超出 Number 安全整数限制的大整数。
要创建一个 BigInt，只需在任意整数字面量后添加 n 后缀。例如，123 变为 123n。全局函数 BigInt(number) 可用于将一个 Number 转换为 BigInt。换句话说，BigInt(123) === 123n。让我们使用这两种技术来解决之前的问题：
BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2n;
// → 9_007_199_254_740_993n ✅
这是另一个例子，我们正在将两个 Number 相乘：
1234567890123456789 * 123;
// → 151851850485185200000 ❌
观察最低有效位的数字 9 和 3，我们知道乘法的结果应以 7 结尾（因为 9 * 3 === 27）。然而，结果以一串零结尾。这显然不对！让我们改用 BigInt 再试一次：
1234567890123456789n * 123n;
// → 151851850485185185047n ✅
这次我们得到了正确的结果。
Number的安全整数限制不适用于BigInt。因此，使用BigInt我们可以执行正确的整数运算，而不用担心精度丢失。
一个新的原始值类型
BigInt是JavaScript语言中的一种新原始值类型。因此，它有自己的类型，可以使用typeof运算符检测：
typeof 123;
// → 'number'
typeof 123n;
// → 'bigint'
由于BigInt是一个独立的类型，因此BigInt严格来说永远不会等于Number，例如42n !== 42。要比较BigInt与Number，可以将其中一个转换为另一个的类型后再进行比较，或者使用抽象相等==：
42n === BigInt(42);
// → true
42n == 42;
// → true
在转换为布尔值时（例如使用if、&&、||或Boolean(int)），BigInt与Number遵循相同的逻辑。
if (0n) {
console.log('if');
} else {
console.log('else');
}
// → 输出 'else'，因为`0n`为假值。
运算符
BigInt支持最常见的运算符。二元+、-、*和**均如预期工作。/和%也可用，必要时向零舍入。位运算|、&、<<、>>和^进行位算术，假设使用二的补码表示法处理负值，就像Number一样。
(7 + 6 - 5) * 4 ** 3 / 2 % 3;
// → 1
(7n + 6n - 5n) * 4n ** 3n / 2n % 3n;
// → 1n
一元-可用于表示负的BigInt值，例如-42n。但不支持一元+，因为这会破坏asm.js代码，它期望+x要么生成一个Number要么抛出异常。
一个需要注意的是，不允许在BigInt和Number之间混合操作。这是一个好事，因为任何隐式强制转换都可能丢失信息。以下示例展示了这种情况：
BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2.5;
// → ?? 🤔
结果应该是什么？没有好的答案。BigInt无法表示分数，而Number无法表示超出安全整数限制的BigInt。因此，在BigInt和Number之间混合操作会导致TypeError异常。
唯一的例外是比较运算符，例如===（如前所述），<和>=——因为它们返回布尔值，没有精度丢失的风险。
1 + 1n;
// → TypeError
123 < 124n;
// → true
由于BigInt和Number通常不能混合使用，请避免重载或魔法般“升级”现有代码以使用BigInt代替Number。选择其中一个领域进行操作，然后保持一致。对于操作潜在大整数的新API，BigInt是最佳选择。而对于已知在安全整数范围内的整数值，Number仍然是合理的选择。
另一个需要注意的是，>>>运算符，执行无符号右移，对于始终有符号的BigInt来说没有意义。因此，>>>不适用于BigInt。
API
有一些新的BigInt特定API可用。
全局BigInt构造函数类似于Number构造函数：它将其参数转换为BigInt（如前所述）。如果转换失败，则抛出SyntaxError或RangeError异常。
BigInt(123);
// → 123n
BigInt(1.5);
// → RangeError
BigInt('1.5');
// → SyntaxError
第一个示例中将数值字面量传递给BigInt()。这是一个糟糕的做法，因为Number存在精度丢失，可能在转换为BigInt之前就已经丢失了精度：
BigInt(123456789123456789);
// → 123456789123456784n ❌
因此，我们建议要么使用BigInt字面量表示法（带有n后缀），要么传递一个字符串（而不是Number！）给BigInt()：
123456789123456789n;
// → 123456789123456789n ✅
BigInt('123456789123456789');
// → 123456789123456789n ✅
有两个库函数可以将BigInt值封装为、有符号或无符号整数，限制为特定位数。BigInt.asIntN(width, value)将一个BigInt值封装为width位二进制有符号整数，BigInt.asUintN(width, value)将其封装为width位二进制无符号整数。例如，如果进行64位算术运算，可以使用这些API保持在适当范围内：
// 能够表示为64位有符号整数的最大BigInt值。
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
BigInt.asIntN(64, max);
// → 9223372036854775807n
BigInt.asIntN(64, max + 1n);
// → -9223372036854775808n
// ^ 因为溢出变为负数
注意，当我们传递一个超出64位整数范围（即绝对数值为63位+1位符号位）的 BigInt 值时，溢出会立即发生。
BigInt 可以准确表示常用于其他编程语言中的64位有符号和无符号整数。两种新的类型数组形式，BigInt64Array 和 BigUint64Array，使得高效表示和操作此类值的列表变得更容易：
const view = new BigInt64Array(4);
// → [0n, 0n, 0n, 0n]
view.length;
// → 4
view[0];
// → 0n
view[0] = 42n;
view[0];
// → 42n
BigInt64Array 类型确保其值保持在有符号64位限制内。
// 可以表示为有符号64位整数的最高可能的 BigInt 值。
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
view[0] = max;
view[0];
// → 9_223_372_036_854_775_807n
view[0] = max + 1n;
view[0];
// → -9_223_372_036_854_775_808n
// ^ 因为溢出而变为负数
BigUint64Array 类型则使用无符号64位限制来做相同操作。
Polyfill 和转换 BigInt
在撰写本文时，BigInt 仅在 Chrome 中支持。其他浏览器正在积极实现该功能。但是如果你希望 今天 使用 BigInt 功能而不牺牲浏览器兼容性，该怎么办？我很高兴你问了！答案可以说是…相当有趣。
与其他现代 JavaScript 特性不同，BigInt 不可能合理地转换为 ES5。
BigInt 提案 改变了运算符的行为（比如 +, >= 等），以支持 BigInt。这些改变无法直接 Polyfill，也使得在大多数情况下使用 Babel 或类似工具将 BigInt 代码转换为回退代码变得不可行。原因是这样的转换必须替换程序中的 每一个运算符 为调用某个函数以对输入执行类型检查，这会导致无法接受的运行时性能损失。此外，它会极大地增加任何转换后的代码包的文件大小，负面影响下载、解析和编译时间。
一个更可行且具有前瞻性的解决方案是暂时使用 JSBI 库 编写代码。JSBI 是 BigInt 在 V8 和 Chrome 中实现的 JavaScript 移植版 — 它在设计上完全像原生 BigInt 功能一样工作。不同之处在于，它不是依赖语法，而是暴露 API：
import JSBI from './jsbi.mjs';
const max = JSBI.BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
const two = JSBI.BigInt('2');
const result = JSBI.add(max, two);
console.log(result.toString());
// → '9007199254740993'
一旦所有你关心的浏览器原生支持了 BigInt，你可以 使用 babel-plugin-transform-jsbi-to-bigint 将代码转换为原生的 BigInt 代码，然后移除 JSBI 依赖。例如，上述代码可以被转换为：
const max = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
const two = 2n;
const result = max + two;
console.log(result);
// → '9007199254740993'
拓展阅读
如果你对 BigInt 在幕后如何工作（例如，它们在内存中的表示方式，以及如何执行操作）感兴趣，阅读我们关于实现细节的 V8 博客文章。