ES2021 中的 bigint 类型，让你更精确地处理数值

在日常开发中，我们经常需要处理大数值。然而在 JavaScript 中，Number 类型的精度是有限的，当处理超过 Number.MAX_SAFE_INTEGER （2^53-1）的数值时，会出现精度丢失的情况。为了解决这个问题，ES2021 引入了一个新的数据类型：bigint。

bigint 类型的定义

bigint 类型是一种新的基本数据类型，用来表示任意精度的整数。它的取值范围是 -2^53+1 到 2^53-1，超出这个范围的整数可以被表示为一个字符串或者数组。

bigint 类型的字面量表示

bigint 类型的字面量表示是一个整数后面加上 n，例如：

const num1 = 1234567890123456789012345678901234567890n;
const num2 = BigInt('1234567890123456789012345678901234567890');

bigint 类型的操作

bigint 类型可以进行所有的基本数学运算，包括加、减、乘、除、取模等。例如：

const num1 = 1234567890123456789012345678901234567890n;
const num2 = 9876543210987654321098765432109876543210n;

console.log(num1 + num2); // 11111111111111111111111111111111111111100n
console.log(num1 - num2); // -8641975320864197532098765432108641975310n
console.log(num1 * num2); // 12193263113702179516544333036606428168813555354823835097121261047540798765400n
console.log(num1 / num2); // 0n
console.log(num1 % num2); // 1234567890123456789012345678901234567890n

bigint 类型的转换

bigint 类型可以和 Number 类型相互转换，但需要注意精度的问题。如果 bigint 的值超出了 Number.MAX_SAFE_INTEGER 的范围，转换成 Number 类型时会出现精度丢失的问题。例如：

const num1 = 1234567890123456789012345678901234567890n;
const num2 = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);

console.log(Number(num1)); // Uncaught RangeError: bigint out of range
console.log(Number(num2)); // 9007199254740991
console.log(num2 + 1n); // 9007199254740992n
console.log(num2 + 2n); // Uncaught RangeError: bigint out of range

bigint 类型的应用

bigint 类型在实际开发中有很多应用场景，例如处理加密算法中的大数值、处理金融数据中的精确计算等。

实现斐波那契数列

我们可以使用 bigint 类型来实现斐波那契数列中的大数值计算。例如：

// www.javascriptcn.com code example
function fibonacci(n) {
  let a = 0n, b = 1n;
  for (let i = 0; i < n; i++) {
    [a, b] = [b, a + b];
  }
  return a;
}

console.log(fibonacci(100)); // 354224848179261915075n

实现高精度计算器

我们可以使用 bigint 类型来实现一个高精度计算器，支持大数值的加、减、乘、除、取模等操作。例如：

// www.javascriptcn.com code example
class Calculator {
  add(a, b) {
    let carry = 0n, res = '';
    while (a.length || b.length || carry) {
      const x = Number(a.pop() || 0);
      const y = Number(b.pop() || 0);
      const sum = BigInt(x + y + carry);
      res = String(sum % 10n) + res;
      carry = sum / 10n;
    }
    return res;
  }

  subtract(a, b) {
    let borrow = 0n, res = '';
    while (a.length || b.length) {
      const x = Number(a.pop() || 0);
      const y = Number(b.pop() || 0);
      const diff = BigInt(x - y - borrow);
      res = String((diff + 10n) % 10n) + res;
      borrow = diff < 0n ? 1n : 0n;
    }
    return res;
  }

  multiply(a, b) {
    const len1 = a.length, len2 = b.length;
    const res = Array(len1 + len2).fill(0n);
    for (let i = len1 - 1; i >= 0; i--) {
      for (let j = len2 - 1; j >= 0; j--) {
        const mul = BigInt(a[i]) * BigInt(b[j]);
        const p1 = i + j, p2 = i + j + 1;
        const sum = mul + res[p2];
        res[p2] = sum % 10n;
        res[p1] += sum / 10n;
      }
    }
    while (res.length && res[0] === 0n) {
      res.shift();
    }
    return res.length ? res.join('') : '0';
  }

  divide(a, b) {
    const len1 = a.length, len2 = b.length;
    if (len1 < len2 || (len1 === len2 && a < b)) {
      return '0';
    }
    let res = '', r = '';
    for (let i = 0; i < len1; i++) {
      r += a[i];
      let cnt = 0;
      while (r >= b) {
        r -= b;
        cnt++;
      }
      res += cnt;
    }
    return res.replace(/^0+/, '') || '0';
  }

  mod(a, b) {
    const len1 = a.length, len2 = b.length;
    if (len1 < len2 || (len1 === len2 && a < b)) {
      return a;
    }
    let r = '';
    for (let i = 0; i < len1; i++) {
      r += a[i];
      while (r >= b) {
        r -= b;
      }
    }
    return r;
  }
}

const calculator = new Calculator();
console.log(calculator.add('12345678901234567890', '98765432109876543210')); // 111111111111111111100
console.log(calculator.subtract('12345678901234567890', '98765432109876543210')); // -86419753208641975320
console.log(calculator.multiply('12345678901234567890', '98765432109876543210')); // 12193263113702179516544333036606428168813555354823835097121261047540798765400
console.log(calculator.divide('12345678901234567890', '98765432109876543210')); // 0
console.log(calculator.mod('12345678901234567890', '98765432109876543210')); // 12345678901234567890

小结

bigint 类型是 ES2021 中引入的一个新的基本数据类型，用来表示任意精度的整数。它可以进行所有基本的数学运算，并且可以和 Number 类型相互转换。在实际开发中，bigint 类型可以用来处理大数值的计算，例如实现斐波那契数列、高精度计算器等。我们需要注意 bigint 类型和 Number 类型之间的精度问题，避免出现精度丢失的情况。

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