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JavaScript 运算符规则与隐式类型转换详解

在 JavaScript 中,当我们进行比较操作或者加减乘除四则运算操作时,常常会触发 JavaScript 的隐式类型转换机制;而这部分也往往是令人迷惑的地方。

作者:张梓雄|2017-09-13 10:58

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JavaScript 运算符规则与隐式类型转换详解 从属于笔者的现代 JavaScript 开发:语法基础与工程实践系列文章,主要探讨 JavaScript 中令人迷惑的加减乘除与比较等常见运算中的规则与隐式类型转换;本文中涉及的参考资料全部声明在了JavaScript 数据结构学习与实践资料索引

在 JavaScript 中,当我们进行比较操作或者加减乘除四则运算操作时,常常会触发 JavaScript 的隐式类型转换机制;而这部分也往往是令人迷惑的地方。譬如浏览器中的 console.log 操作常常会将任何值都转化为字符串然后展示,而数学运算则会首先将值转化为数值类型(除了 Date 类型对象)然后进行操作。

我们首先来看几组典型的 JavaScript 中运算符操作结果,希望阅读完本部分之后能够对每一个条目都能进行合理解释:

  1. // 比较 
  2. [] == ![] // true 
  3. NaN !== NaN // true 
  4.  
  5. 1 == true // true 
  6. 2 == true // false 
  7. "2" == true // flase 
  8.  
  9. null > 0 // false 
  10. null < 0 // false 
  11. null == 0 // false 
  12. null >= 0 // true 
  13.  
  14. // 加法 
  15. true + 1 // 1 
  16. undefined + 1 // NaN 
  17.  
  18. let obj = {}; 
  19.  
  20. {} + 1 // 1,这里的 {} 被当成了代码块 
  21. { 1 + 1 } + 1 // 1 
  22.  
  23. obj + 1 // [object Object]1 
  24. {} + {} // Chrome 上显示 "[object Object][object Object]",Firefox 显示 NaN 
  25.  
  26. [] + {} // [object Object] 
  27. [] + a // [object Object] 
  28. + [] // 等价于 + "" => 0 
  29. {} + [] // 0 
  30. a + [] // [object Object] 
  31.  
  32. [2,3] + [1,2] // '2,31,2' 
  33. [2] + 1 // '21' 
  34. [2] + (-1) // "2-1" 
  35.  
  36. // 减法或其他操作,无法进行字符串连接,因此在错误的字符串格式下返回 NaN 
  37. [2] - 1 // 1 
  38. [2,3] - 1 // NaN 
  39. {} - 1 // -1 

原始类型间转换

JavaScript 中我们常说的原始类型包括了数值类型、字符串类型、布尔类型与空类型这几种;而我们常用的原始类型之间的转换函数就是 String、Number 与 Boolean:

  1. // String 
  2. let value = true
  3. console.log(typeof value); // boolean 
  4.  
  5. value = String(value); // now value is a string "true" 
  6. console.log(typeof value); // string 
  7.  
  8. // Number 
  9. let str = "123"
  10. console.log(typeof str); // string 
  11.  
  12. let num = Number(str); // becomes a number 123 
  13.  
  14. console.log(typeof num); // number 
  15.  
  16. let age = Number("an arbitrary string instead of a number"); 
  17.  
  18. console.log(age); // NaN, conversion failed 
  19.  
  20. // Boolean 
  21. console.log( Boolean(1) ); // true 
  22. console.log( Boolean(0) ); // false 
  23.  
  24. console.log( Boolean("hello") ); // true 
  25. console.log( Boolean("") ); // false 

最终,我们可以得到如下的 JavaScript 原始类型转换表(包括复合类型向原始类型转换的范例):

ToPrimitive

在比较运算与加法运算中,都会涉及到将运算符两侧的操作对象转化为原始对象的步骤;而 JavaScript 中这种转化实际上都是由 ToPrimitive 函数执行的。实际上,当某个对象出现在了需要原始类型才能进行操作的上下文时,JavaScript 会自动调用 ToPrimitive 函数将对象转化为原始类型;譬如上文介绍的 alert 函数、数学运算符、作为对象的键都是典型场景,该函数的签名如下:

  1. ToPrimitive(input, PreferredType?) 

为了更好地理解其工作原理,我们可以用 JavaScript 进行简单地实现:

  1. var ToPrimitive = function(obj,preferredType){ 
  2.   var APIs = { 
  3.     typeOf: function(obj){ 
  4.       return Object.prototype.toString.call(obj).slice(8,-1); 
  5.     }, 
  6.     isPrimitive: function(obj){ 
  7.       var _this = this, 
  8.           types = ['Null','Undefined','String','Boolean','Number']; 
  9.       return types.indexOf(_this.typeOf(obj)) !== -1;  
  10.     } 
  11.   }; 
  12.   // 如果 obj 本身已经是原始对象,则直接返回 
  13.   if(APIs.isPrimitive(obj)) {return obj;} 
  14.    
  15.   // 对于 Date 类型,会优先使用其 toString 方法;否则优先使用 valueOf 方法 
  16.   preferredType = (preferredType === 'String' || APIs.typeOf(obj) === 'Date' ) ? 'String' : 'Number'
  17.   if(preferredType==='Number'){ 
  18.     if(APIs.isPrimitive(obj.valueOf())) { return obj.valueOf()}; 
  19.     if(APIs.isPrimitive(obj.toString())) { return obj.toString()}; 
  20.   }else
  21.     if(APIs.isPrimitive(obj.toString())) { return obj.toString()}; 
  22.     if(APIs.isPrimitive(obj.valueOf())) { return obj.valueOf()}; 
  23.   } 
  24.   throw new TypeError('TypeError'); 

我们可以简单覆写某个对象的 valueOf 方法,即可以发现其运算结果发生了变化:

  1. let obj = { 
  2.     valueOf:() => { 
  3.         return 0; 
  4.     } 
  5.  
  6. obj + 1 // 1 

如果我们强制将某个对象的 valueOf 与 toString 方法都覆写为返回值为对象的方法,则会直接抛出异常。

  1. obj = { 
  2.         valueOf: function () { 
  3.             console.log("valueOf"); 
  4.             return {}; // not a primitive 
  5.         }, 
  6.         toString: function () { 
  7.             console.log("toString"); 
  8.             return {}; // not a primitive 
  9.         } 
  10.     } 
  11.  
  12. obj + 1 
  13. // error 
  14. Uncaught TypeError: Cannot convert object to primitive value 
  15.     at <anonymous>:1:5 

值得一提的是对于数值类型的 valueOf() 函数的调用结果仍为数组,因此数组类型的隐式类型转换结果是字符串。而在 ES6 中引入 Symbol 类型之后,JavaScript 会优先调用对象的 [Symbol.toPrimitive] 方法来将该对象转化为原始类型,那么方法的调用顺序就变为了:

  • 当 obj[Symbol.toPrimitive](preferredType) 方法存在时,优先调用该方法;
  • 如果 preferredType 参数为 String,则依次尝试 obj.toString() 与 obj.valueOf();
  • 如果 preferredType 参数为 Number 或者默认值,则依次尝试 obj.valueOf() 与 obj.toString()。

而 [Symbol.toPrimitive] 方法的签名为:

  1. obj[Symbol.toPrimitive] = function(hint) { 
  2.   // return a primitive value 
  3.   // hint = one of "string""number""default" 

我们同样可以通过覆写该方法来修改对象的运算表现:

  1. user = { 
  2.   name"John"
  3.   money: 1000, 
  4.  
  5.   [Symbol.toPrimitive](hint) { 
  6.     console.log(`hint: ${hint}`); 
  7.     return hint == "string" ? `{name"${this.name}"}` : this.money; 
  8.   } 
  9. }; 
  10.  
  11. // conversions demo: 
  12. console.log(user); // hint: string -> {name"John"
  13. console.log(+user); // hint: number -> 1000 
  14. console.log(user + 500); // hint: default -> 1500 

比较运算

JavaScript 为我们提供了严格比较与类型转换比较两种模式,严格比较(===)只会在操作符两侧的操作对象类型一致,并且内容一致时才会返回为 true,否则返回 false。而更为广泛使用的 == 操作符则会首先将操作对象转化为相同类型,再进行比较。对于 <= 等运算,则会首先转化为原始对象(Primitives),然后再进行对比。

标准的相等性操作符(== 与 !=)使用了Abstract Equality Comparison Algorithm来比较操作符两侧的操作对象(x == y),该算法流程要点提取如下:

  • 如果 x 或 y 中有一个为 NaN,则返回 false;
  • 如果 x 与 y 皆为 null 或 undefined 中的一种类型,则返回 true(null == undefined // true);否则返回 false(null == 0 // false);
  • 如果 x,y 类型不一致,且 x,y 为 String、Number、Boolean 中的某一类型,则将 x,y 使用 toNumber 函数转化为 Number 类型再进行比较;
  • 如果 x,y 中有一个为 Object,则首先使用 ToPrimitive 函数将其转化为原始类型,再进行比较。

我们再来回顾下文首提出的 [] == ![] 这个比较运算,首先 [] 为对象,则调用 ToPrimitive 函数将其转化为字符串 "";对于右侧的 ![],首先会进行显式类型转换,将其转化为 false。然后在比较运算中,会将运算符两侧的运算对象都转化为数值类型,即都转化为了 0,因此最终的比较结果为 true。在上文中还介绍了 null >= 0 为 true 的这种比较结果,在 ECMAScript 中还规定,如果 <为 false,则 >= 为 true。

加法运算

对于加法运算而言,JavaScript 首先会将操作符两侧的对象转换为 Primitive 类型;然后当适当的隐式类型转换能得出有意义的值的前提下,JavaScript 会先进行隐式类型转换,再进行运算。譬如 value1 + value2 这个表达式,首先会调用 ToPrimitive 函数将两个操作数转化为原始类型:

  1. prim1 := ToPrimitive(value1)  
  2. prim2 := ToPrimitive(value2) 

这里将会优先调用除了 Date 类型之外对象的 valueOf 方法,而因为数组的 valueOf 方法的返回值仍为数组类型,则会返回其字符串表示。而经过转换之后的 prim1 与 prim2 中的任一个为字符串,则会优先进行字符串连接;否则进行加法计算。

【本文是51CTO专栏作者“张梓雄 ”的原创文章,如需转载请通过51CTO与作者联系】

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