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HTML5引入的新数组TypedArray介绍

2012-12-24 16:46:52 脚本之家

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：

var array = new Array(10);

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：

// 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);

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：

var array = new Uint8Array(10);

或者：

var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);

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：

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

设置元素可以用：

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

获取一个副本可以用：

var array = new Uint8Array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]);var array2 = array.subarray(0); 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：

var context = document.createElement("canvas").getContext("2d");var imageData = context.createImageData(100, 100);console.log(imageData.data);

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

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

//……
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);
}
//……

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

Test3：顺序写入

//……
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);
}
//……

Test4：复制操作（U8C to U8C 和 Array to U8C）

//……
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);
}
//……

可见U8C复制到U8C，比Array复制到U8C快得多。