JavaScript字节二进制及相关API有哪些

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字节

在介绍各种API之前，我们需要先了解下和字节有关的知识。

我们知道，计算机是二进制的世界，而字节(byte)是计算机技术中关于二进制数据的一种基本单位，1字节有8个二进制位，即8比特(bit)。

比特又叫位，一位二进制数据要么是0、要么是1，只有两种状态，所以1比特有2种状态。

1字节有8比特，即8个二进制位，那就能表示 2**8 = 256 种状态，取值从 00000000 到 11111111。

字节作为基本单位，在很多地方都被使用，如字符编码知识，见前文前端需要搞懂的字符编码：ASCII、Unicode、UTF8、UTF16等。

二进制数据在存储的时候，以字节为单位，这里还涉及到一个关于字节序的知识。

字节序

字节序描述的是计算机如何存储字节。

因为我们知道，内存存储都有索引地址，每个字节对应一个索引地址。一个字节存储8位二进制，即0到255之间，但需要存储大于255的数值的时候，就需要多个字节，多个字节就涉及到排序问题。

所以字节序就是：当需要多个字节表示一个值的时候，这多个字节使用什么样的排序方式在内存中进行存储。

而排序方式主要是两种：大端存储(big-endian)和小端存储(little-endian)。

大端存储和小端存储

大端存储又称大字节序、高字节序，方式是低位字节排在内存中的高地址端，高字节位排放在内存中的低地址端。图片文件 png、jpg都是这种方式。

小端存储又称为小字节序、低字节序，方式是低位字节排在内存中的低地址端，高位字节排在内存中的高地址端。图片文件gif是小端序。

示例

当我们使用不同的字节序存储数字 0x12345678 (这里是16进制表示，对应的十进制：305419896。进制相关知识可见前文Javascript中的进制和进制转换)：

大端存储在内存中的存储地址：

小端存储在内存中的存储地址：

这里数字字节的高-低位是从左到右，最高位是 12，最低位是 78；而内存中存储时从左到右是低地址——高地址。

所以在大端序中高位字节的 12 在内存最左边的低地址位，而低字节位 78 则在内存最右边的高地址位；而小端序则正好相反。

从视觉习惯上，大端存储似乎更顺眼，但无论哪种方式，计算的结果都是一样的，只是在计算的时候需要处理这个排序方式，下文会涉及到。

Blob

Blob，即 Binary large Object，本质上是一个二进制对象，该对象表示的是一个不可变、原始数据的类文件对象。

它的不可变，代表它是只读的，不可被改变。

Blob对象的构造函数语法：new Blob(array, options)。

参数array：是一个数据数组，可以是多种对象的数据，包含 ArrayBuffer、Blob、String 等等。

参数options：可选对象，指定两个属性：

• type表示Blob对象数据的MIME类型；

• endings指定包含行结束符\n的字符串如何写入。

我们可以使用构造函数直接创建一个新的 Blob 对象：

const blob = new Blob(['123456789'], {type : 'text/plain'});

新创建的对象实例，结构如下：

从以上示例，我们就可以看到Blob对象的方法和属性：

实例属性

• size：Blob对象中数据的字节大小

• type：字符串，表示Blob对象数据的MIME类型

示例方法

arrayBuffer()：返回包含Blob所有内容的二进制格式的ArrayBuffer的一个promise对象

stream()：返回能读取Blob的ReadableStream对象

text()：返回包含Blob所有内容的字符串(UTF-8编码)的一个promise对象

slice([start [, end [, contentType]]])：

• 该方法有三个可选参数，可用于分割Blob数据

• 它根据指定的起始和结束位置，返回原Blob在该范围的数据，得到一个新的Blob对象

• 第三个参数 contentType 可以为新Blob对象指定自己的MIME类型

可以针对上面的 blob 实例进行操作：

blob.slice(0, 3).text().then(res => {  console.log(res)})// 结果：123

以上代码，使用slice()方法获取原blob的前三位的数据，生成新的Blob实例后，通过text()方法打印出文本内容。

下面可以看看Blob在接口请求中的应用，Fetch API中的 Response 对象，拥有一个blob方法，能够得到Blob对象。

const imgRequst = new Request('11.jpg')fetch(imgRequst).then((response) => {  return response.blob()}).then((mBlob) => {  console.log(mBlob)})

通过以上代码，请求一个jpg图片文件，响应对象通过 blob() 方法转为Blob对象：

File

File对象继承了Blob对象，是一种特殊类型的Blob，它扩展了对系统文件的支持能力。
File提供文件信息，并能够在javascript中进行访问，一般在使用 <input> 标签选择文件时返回，因为 <input> 标签允许选择多个文件，这里返回的是文件列表 files。

除了 <input> 标签以外，还有两种方式返回File对象：

• 自由拖放操作生成的 DataTransfer 对象。

• 文件系统访问API中的 FileSystemFileHandle 对象的 getFile() 方法。

File的构造函数：new File(bits, name[, options])。 有三个参数：

bits：是一个数据数组，可以是多种对象的数据，与Blob对象类似

name：文件名称

options：可选属性对象，包含两个选项

• type：MIME类型字符串

• lastModified：时间戳，表示文件的最后修改时间

下面代码，通过 <input> 标签读取文件：

<input id="input-file" type="file" accept="image/*" />

document.getElementById('input-file').onchange = (e) => {  const file = e.target.files[0]  console.log(file)  // ...}

这是一个简单的图片上传，获取到的file实例，控制台打印出来：

通过上图(chrome浏览器下)，可以看到File继承了Blob的素有属性和方法：

属性除了size和type以外，File还有自己的几个属性

• lastModified：只读，时间戳，文件最后修改时间

• name：只读，文件名 lastModifiedDate：只读，文件最后修改时间的 Date 对象，该对象已废弃

• WEBkitRelativePath：非标准属性，返回path或URL

File没有自己的实例方法，都继承自Blob

对Blob和File的读取

File继承自Blob，都是只读对象，除了使用slice分片以外，并没有其他操作能力，所以如果对它们进行处理需要借助其他的API。

主要用于操作Blob的API有：FileReader、URL.createObjectURL()、createImageBitmap()和XMLHttpRequest.send()。下面将介绍这几种方式。

Blob和File都是 webapi，是由浏览器环境提供的，而上面提到这四种对象也同样是WebAPI。

FileReader

FileReader是用于异步读取文件类型（或原始数据缓冲区）的内容，指定Blob或File对象为需要读取的文件数据。

FileReader 不能在文件系统中用路径名的方式读取文件。

构造函数：new FileReader()。

如果对文件处理功能开发较多，对FileReader对象应该较熟，我们先看一个示例：

document.getElementById('input-file').onchange = (e) => {  const file = e.target.files[0]  const reader = new FileReader()  reader.onload = async (event) => {    const img = new Image()    img.src = event.target.result  }  reader.readAsDataURL(file)}

以上代码，就是很常用的，使用FileReader读取一个图片文件的Base64数据，然后使用图片对象加载。Base64知识，可参考前文深入理解Base64编码字符串。

这段代码也涉及到FileReader对像的属性、事件、方法。

FileReader的属性 事件和方法

属性(皆只读)

error：在读取文件时发生的错误

readyState：表示当前读取状态

result：文件内容，读取状态完成时才有效

方法

• abort()：中止读取操作。在返回时，readyState属性为DONE

• readAsArrayBuffer()：以ArrayBuffer类型读取Blob中的内容

• readAsBinaryString()：以原始二进制数据类型读取Blob中的内容

• readAsDataURL()：以Base64字符串类型读取Blob中的内容

• readAsText()：以文本字符串类型读取Blob中的内容

事件

• onabort：读取操作被中断时触发

• onerror：读取操作发生错误时触发

• onload：读取操作完成时触发

• onloadstart：读取操作开始时触发

• onloadend：读取操作结束时触发

• onprogress：读取Blob时触发

URL.createObjectURL()

URL是浏览器环境提供的，用于处理url链接的一个接口对象。可以通过它，解析、构造、规范和编码各种url链接。

而URL提供的一个静态方法 createObjectURL()，可以用来处理Blob和File文件对象。

先看一个例子：

document.getElementById('input-file').onchange = (e) => {  const file = e.target.files[0]  const url = URL.createObjectURL(file)  const img = new Image()  img.onload = () => {    document.body.append(img)  }  img.src = url}

页面展示：

这段代码就实现了上传图片，通过 URL.createObjectURL 读取后生成一个本地映射的url，再使用Image对象加载图片。

通过查看页面元素，可以看到新添加的图片元素，它的src是一个类似链接的字符串：blob:http://localhost:8088/29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c，通过这个字符串，图片就能加载显示出来。

再来看 createObjectURL()，它返回一个包含给定的Blob或File对象的url，就可以当做文件资源被加载。而这个url的生命周期和它的窗口同步，窗口关闭这个url就自动释放了。

这个url就是被称为伪协议的Objct URL。

Object URL

Object URL 又被称为Blob URL，一般使用Blob或File对象生成，通过 URL.createObjectURL() 方法创建一个唯一的URL。

Object URL的格式为：blob:origin/唯一标识(uuid)。

上面生成的URL字符串就符合这个格式：blob:http://localhost:8088/29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c。

• origin 对应的 http://localhost:8088/，如果直接打开本地html文件，则origin为null。

• uuid 对应 29c8f4a5-9b47-436f-8983-03643c917f1c。

浏览器内部会为生成Object URL保持一个 URL 到 Blob 的映射，Blob是留存在内存中，浏览器只有在卸载当前窗口文档时才会释放。

如果要手动释放，则需要URL的另外一个静态方法：URL.revokeObjectURL()，它用于销毁之前创建的URL实例，在合适的时机调用即可销毁Object URL。

URL.revokeObjectURL(url)

XMLHttpRequest.send()

XMLHttpRequest.send(body)：用于在XHR的HTTP请求中，发送数据体。

这里的body参数，可以是多种数据类型，包括Blob对象。

const xhr = new XMLHttpRequest()xhr.send(new Blob())

createImageBitmap()

createImageBitmap(): 主要处理图片资源，接受不同的图片资源对象为参数，并生成一个ImageBitmap对象。

这些参数就就可以是Blob和File对象。

ImageBitmap表示可以绘制在canvas上的位图图像。

createImageBitmap(file).then(imageBitmap => {  const canvas = document.createElement('canvas')  canvas.width = imageBitmap.width  canvas.height = imageBitmap.height  const ctx = canvas.getContext('2d')  ctx.drawImage(imageBitmap, 0, 0)  document.body.append(canvas)})

如上代码，即可读取图片文件，使用canvas绘制。

ArrayBuffer

ArrayBuffer 对象表示通用的、固定长度的原始二进制缓冲区，它是一个字节数组，但不能直接操作它的内容，而需要通过其他方式(如TypeArray或DataView等)进行处理。

构造函数：new ArrayBuffer(length)，返回一个指定大小的ArrayBuffer对象。

参数length：要创建的 ArrayBuffer 的字节大小。大于Number.MAX_SAFE_INTEGER（>= 2 ** 53）或为负数，则抛出一个RangeError异常。

下面我们先使用前面介绍的 FileReader 读取一个文件的ArrayBuffer内容：

document.getElementById('input-file').onchange = (e) => {  const file = e.target.files[0]  const reader = new FileReader()  reader.onload = async (event) => {    console.log(event.target.result)  }  reader.readAsArrayBuffer(file)}

控制台日志打印输出：

从上图，可以看到ArrayBuffer的实例属性和方法：

• byteLength：表示字节大小，不可改变

• slice(begin[, end])：根据指定位置范围返回一个新的ArrayBuffer，可以分割ArrayBuffer。

ArrayBuffer还有静态属性和方法：

• ArrayBuffer.length：构造函数的length属性，值为1

• ArrayBuffer.isView(arg)：如果参数是ArrayBuffer的视图实例则返回true。

由于我们无法直接操作ArrayBuffer，所以需要使用其他对象来处理，下面将介绍其中两种。

TypeArray

TypeArray，即类型化数组，它描述了二进制数据缓冲区的一个类数组。TypeArray本身不是一个可用的对象，只是一个辅助的数据类型，作为所有类型数组的构造原型，真正可用的类型数组包含了多种，如Int8Array、Uint8Array等。

常用的类型数组如下表所示：

类型化数组与普通数据也较相似，同样拥有一系列的方法和属性，但不支持 push、pop、shift、unshift、splice 等可以改变原数组的增删改方法。

类型化数组由于定义了数据类型，则各元素必须是同类型的数据，不能像普通数据那样元素可以是不同类型；当元素数据类型固定统一时，处理效率更优。

各类型数组在构造函数、属性、方法等语法上相同，本节就以 Uint8Array 为例。

语法

Uint8Array构造函数：

new Uint8Array()new Uint8Array(length)new Uint8Array(typedArray)new Uint8Array(object)new Uint8Array(buffer [, byteOffset [, length]])

静态属性和方法：

• BYTES_PER_ELEMENT：返回数组元素所占字节数，Uint8Array中的值是1，Uint32Array中的值是4，见上表

• length：固定长度，Uint8Array中的值是1，Uint32Array中的值是3，基本没用

• name：类型数组返回自己的构造名，Uint8Array类型返回 Uint8Array，Uint32Array类型返回 Uint32Array 等等

• from(source[, mapFn[, thisArg]])：从源类型数组中返回一个新的数组

• of(element0[, element1[, ...[, elementN]]])：创建一个具有可变数量参数的新类型数组

实例属性和方法

介绍完静态属性和方法，下面通过一个示例，来查看下Uint8Array的实例属性和方法，代码如下。

const reader = new FileReader()reader.onload = async (event) => {  const aBuffer = event.target.result  const uint8Array = new Uint8Array(aBuffer)  console.log(uint8Array)}reader.readAsArrayBuffer(file)

以上代码，直接读取文件的ArrayBuffer数据，然后通过 Uint8Array 构造函数，得到Uint8Array实例，控制台查看：

通过加载一张png图片，得到它的Uint8Array数组数据，可以看到类型数组大部分的属性和方法都和普通数组类似，除了前文提到的增删改数组的方法以外。因此，对类型数组使用下标、循环等等方式进行读取，和普通函数没什么两样。

而类型数组也自己的特殊属性(都只读)和方法，如下：

• buffer：返回类型数组引用的ArrayBuffer

• byteLength：字节数长度

• byteOffset：相对源ArrayBuffer的偏移字节数

• length：数组长度

• set(array[, offset])：从给定数组中读取元素值，并存储在类型数组中

• subarray(begin, end)：给定开始和结尾索引，返回一个新的类型数组

类型数组间的关系

要了解常见类型数组间的关系，我们先看下面这张图：

图上所示，是一张png图片的ArrayBuffer数据，可以看到，ArrayBuffer的字节长度属性默认取8位整型数组的长度，即与Int8Array和Uint8Array的长度一致。
而Int8Array的长度29848，正好是Int16Array的长度14924的两倍，是Int32Array的长度7462的四倍，可知，这里就是对字节的合并计算：

• Int8Array(Uint8Array) 转 Int16Array(Uint16Array)，需要依序合并两个字节后计算数值。

• Int8Array(Uint8Array) 转 Int32Array(Uint32Array)，需要依序合并四个字节后计算数值。

• Int16Array(Uint16Array) 转 Int32Array(Uint32Array)，需要依序合并两个字节后计算数值。

读取GIF文件示例

类型数组通过数组的方式对ArrayBuffer的内容进行读取操作，可以方便我们处理文件的二进制数据。 但使用类型数组的时候，碰到多字节的数据时，需要考虑字节序的问题。

下面，我们以读取小端存储的GIF图片为例。

GIF图片的Uint8Array数组数据中，宽高数据的存储就是使用了两个字节，第7-8位存储图片的宽度，9-10位存储图片的高度。

我们加载的GIF图片宽高皆为600，需要处理字节序，代码如下：

const uint8Array = new Uint8Array(aBuffer)let bufferIndex = 6// 获取GIF宽度的两个字节的值const width2 = uint8Array[bufferIndex]// width2 结果：88const width3 = uint8Array[bufferIndex + 1]// width3 结果：2// 得到各自的16进制数据const width2hex = width2.toString(16)const width3hex = width3.toString(16)// 转换成实际的宽度大小，注意这里把两个字节的顺序做了调整，符合小端序const width = parseInt(width3hex + width2hex, 16)// width 结果：600

使用小端序处理后，宽度结果等于600，符合图片实际宽度。

自己手动处理字节序会稍显麻烦，如果不想手动去处理字节序的问题，可以使用另外一个对象：DataView。

DataView

DataView 是一个从 ArrayBuffer 中读取多种类型数值并且不用考虑字节序的接口对象。它的使用简单方便，拥有一系列的 get- 和 set- 实例方法操作数据。

DataView的构造函数：new DataView(buffer [, byteOffset [, byteLength]])。 参数：

• buffer：源ArrayBuffer

• byteOffset：buffer中的字节偏移量

• byteLength：字节长度

DataView不用考虑字节序，同样是读取GIF的宽度时，代码可简化：

const fileDataView = new DataView(arrBuffer)let bufferIndex = 6const width = fileDataView.getUint16(bufferIndex, true)// 结果：600bufferIndex += 2const height = fileDataView.getUint16(bufferIndex, true)// 结果：600

以上代码，很方便就得到GIF图片的宽高数据(600)，因为使用了 DataView 和它的 getUint16 方法，不需要手动处理字节序。

getUint16方法有两个参数：第一个参数代表字节索引；第二参数表示字节序，默认大端序，为true则是小端序，GIF是小端，所以上面代码为true。

除了getUint16以外，DataView 还有十多个类似的实例方法。

DataView的get和set系列方法

get系列方法通过字节偏移索引获取对应的数值，其中多字节的数据，需要两个参数：

• byteOffset：读取时的字节偏移量

• littleEndian：字节序，默认大端，设为true则是小端

set系列方法是和get方法对应的，处理相应字节偏移索引位置的数值，参数如下：

• byteOffset：读取时的字节偏移量

• value：设置相应类型的数值

• littleEndian：字节序，默认大端，设为true则是小端

Blob和ArrayBuffer

对于Blob和ArrayBuffer两个对象，我们可以稍做总结：

• Blob是Web API，浏览器环境提供，读取它可以使用FileReader、URL.createObjectURL等WebAPI；ArrayBuffer是js语言内置对象，处理它则需要使用TypeArray、DataView等JS-API。

• Blob表示不可变的类文件数据；ArrayBuffer则表示原始数据缓冲区。

• Blob用于读取类文件数据，不对应内存；ArrayBuffer用于读取内存数据。

• Blob和ArrayBuffer都需要通过其他对象才能操作数据。

• Blob和ArrayBuffer可以使用不同方式进行相互之间的转换。

• 要操作字节二进制数据，得依赖ArrayBuffer和辅助它的操作对象。

Blob和ArrayBuffer之间的转换：

• 使用Blob构造函数可以读取ArrayBuffer，生成一个新的Blob。

• 通过Blob实例的arrayBuffer()方法，可以获取到对应的ArrayBuffer。

• 通过FileReader对象的readAsArrayBuffer()方法，将Blob读取为ArrayBuffer。

如下代码，进行二者之间的转换：

const aBuffer = new ArrayBuffer(4)// 使用Blob构造函数const blob = new Blob([aBuffer])// Blob的arrayBuffer()方法（promise）blob.arrayBuffer()// FileReaderconst reader = new FileReader()reader.readAsArrayBuffer(blob)

读到这里，这篇“JavaScript字节二进制及相关API有哪些”文章已经介绍完毕，想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会，如果想了解更多相关内容的文章，欢迎关注编程网精选频道。