Типизированные массивы JavaScript
Типизированные массивы в JavaScript являются массивоподобными объектами, предоставляющими механизм доступа к сырым двоичным данным. Как вы уже можете знать, массив Array
растёт и обрезается динамически, и может содержать элементы любого типа JavaScript. Благодаря оптимизациям JavaScript движков, массивы остаются быстрыми. Однако, со временем, веб-приложения становятся все более и более мощными, появляется необходимость работы с аудио- и видео-данными, требуется доступ к сырым данным WebSocket, и так далее. Становится очевидным, что возможность быстрой и эффективной работы с двоичными данными в JavaScript будет очень полезной, для чего типизированные массивы и предназначены.
Не следует путать типизированные массивы с обычными массивами: так, например, вызов Array.isArray()
для типизированного массива вернёт false
. Более того, не все методы, доступные для обычных массивов поддерживаются типизированными массивами (например, push и pop).
Буферы и представления: архитектура типизированных массивов
Для достижения максимальной гибкости и производительности, реализация типизированных массивов в JavaScript разделена на буферы и представления. Буфер (ArrayBuffer
) –– это объект, представляющий из себя набор данных. Он не имеет формата и не предоставляет возможности доступа к своему содержимому. Для доступа к памяти буфера вам нужно использовать представление. Представление предоставляет контекст: тип данных, начальную позицию в буфере и количество элементов. Это позволяет представить данные в виде типизированного массива.
ArrayBuffer
Объект ArrayBuffer
–– это набор бинарных данных с фиксированной длиной. Вы не можете манипулировать содержимым ArrayBuffer
напрямую. Вместо этого, необходимо создать типизированное представление DataView
, которое будет отображать буфер в определённом формате, и даст доступ на запись и чтение его содержимого.
Типизированные представления
Название типизированного представления массива говорит само за себя. Оно представляет массив в распространённых числовых форматах, таких как Int8
, Uint32
, Float64
и так далее. Среди прочих, существует специальное представление Uint8ClampedArray
. Оно ограничивает значения интервалом от 0 до 255. Это полезно, например, при Обработке данных изображения в Canvas.
DataView
Объект DataView
–– это низкоуровневый интерфейс, предоставляющий API для записи/чтения произвольных данных в буфер. Это полезно при работе с различными типами данных, например. В то время как типизированные представления всегда имеют порядок байт (смотрите Endianness) соответствующий используемому в вашей операционной системе, DataView
позволяет контроллировать порядок байт (byte-order). По умолчанию это big-endian, но через API можно установить little-endian.
Веб API, использующие типизированные массивы
FileReader.prototype.readAsArrayBuffer()
-
Метод
FileReader.prototype.readAsArrayBuffer()
читает содержимое заданногоBlob
илиFile
. XMLHttpRequest.prototype.send()
-
Метод
send()
экземпляраXMLHttpRequest
теперь поддерживает в качестве аргументаArrayBuffer
. ImageData.data
-
Имеет тип
Uint8ClampedArray
и представляет изображение в виде одномерного массива, где цветовые компоненты расположены в порядке RGBA, и их значения принудительно ограничены диапазоном от 0 до 255.
Примеры
Использование представлений с буферами
Прежде всего, необходимо создать буфер с фиксированной длиной 16 байт:
var buffer = new ArrayBuffer(16);
На данном этапе мы имеем область памяти в 16 байт, инициализированной нулевыми значениями. Всё, что мы можем сделать сейчас, это убедиться, что длина буфера действительно 16 байт:
if (buffer.byteLength === 16) {
console.log("Да, это 16 байт.");
} else {
console.log("О нет, размер не наш!");
}
Прежде чем мы сможем приступить к полноценной работе с памятью, нам нужно создать представление. Давайте создадим представление, которое отображает буфер как массив из 32-битных целочисленных значений со знаком:
var int32View = new Int32Array(buffer);
Теперь мы можем получить доступ к элементам представления как к элементам обычного массива:
for (var i = 0; i < int32View.length; i++) {
int32View[i] = i * 2;
}
Этот код поместит 4 элемента в буфер (4 элемента по 4 байта даст 16 байт) со следующими значениям: 0
, 2
, 4
и 6
.
Множество представлений для одних и тех же данных
Всё становится намного интереснее, если создать несколько разных представлений для одного и того же буфера. Например, приведённый выше код можно дополнить следующим образом:
var int16View = new Int16Array(buffer);
for (var i = 0; i < int16View.length; i++) {
console.log("Entry " + i + ": " + int16View[i]);
}
Здесь мы создаём 16-битное целочисленное представление, которое ссылается на тот же самый буфер, что и 32-битное представление, и затем выводим все 16-битные элементы этого представления. Мы получим следующий вывод: 0, 0, 2, 0, 4, 0, 6, 0.
Можно пойти дальше. Оцените этот код:
int16View[0] = 32;
console.log("Элемент 0 в 32-битном представлении теперь равен " + int32View[0]);
Результатом выполнения станет текст: "Элемент 0 в 32-битном представлении теперь равен 32". Другими словами, два массива на самом деле являются лишь разными представлениями одного и того же буфера данных в разных форматах. Вы можете повторить это с представлениями любого типа.
Работа со сложными структурами данных
Комбинируя буфер и множество представлений разного формата, имеющих разные смещения относительно начала буфера, можно управляться с объектами содержащими разнородные данные. Это позволяет, к примеру, взаимодействовать со сложными структурам из WebGL, файлами данных или структурами языка C (сопоставление данных JS и C).
Рассмотрим следующую структуру из языка C:
struct someStruct {
unsigned long id;
char username[16];
float amountDue;
};
Получить доступ к полям этой структуры можно следующим образом:
var buffer = new ArrayBuffer(24);
// ... поместить данные структуры в буфер ...
var idView = new Uint32Array(buffer, 0, 1);
var usernameView = new Uint8Array(buffer, 4, 16);
var amountDueView = new Float32Array(buffer, 20, 1);
Теперь получить или изменить значение поля amountDue
, к примеру, можно путём обращения к amountDueView[0]
.
Примечание: Выравнивание данных в языке C является платформозависимым. Принимайте меры по вычислению правильных отступов в данных с учётом выравнивания.
Преобразование в обычные массивы
Иногда после обработки типизированного массива бывает полезно конвертировать его в обычный массив, чтобы получить доступ к методам прототипа Array
. Для этих целей существует метод Array.from
. А в тех случаях, когда Array.from
не поддерживается, используйте следующий код:
var typedArray = new Uint8Array([1, 2, 3, 4]),
normalArray = Array.prototype.slice.call(typedArray);
normalArray.length === 4;
normalArray.constructor === Array;