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JavaScriptAdvent Calendar 2019

Day 5
@okumurakengoinQiitadonユーザー会

JavaScriptのBigIntを勉強してみた

Last updated at Posted at 2019-12-04

JavaScriptのNumber型で正確に表せる範囲は、最大で 9007199254740991 (2^53 − 1)、最小で −9007199254740991 (−(2^53 − 1))

個人的に読みにくいので日本語で読みやすく書くと、9007兆1992億5474万0991 が最大です

最大値、最小値はそれぞれ、Number.MAX_SAFE_INTEGER、Number.MIN_SAFE_INTEGERで定義されています。

console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER) // 9007199254740991
console.log(Number.MIN_SAFE_INTEGER) // -9007199254740991

この範囲外の数字だとJavaScritptでは正しく扱えない場合があります

参考：Number.MAX_SAFE_INTEGER - JavaScript | MDN

const x = Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1;
const y = Number.MAX_SAFE_INTEGER + 2;
console.log(x === y); // true

console.log(9007199254740992 === 9007199254740993) // true

console.log(9007199254740992 < 9007199254740993) // false

↑のようにNumber.MAX_SAFE_INTEGERより大きい数字はうまく動いてくれません。なのでBigIntを使うことで正しく扱うことができます。

BigIntとは

仕様

2^53より大きい値の整数を表せるデータ型

String、Number、null、undefind、Symbolなどと同じくBigIntもデータ型の一つ

私はあまり詳しくないのですが、こちらのcommitによると、2019の9月に stage 4 となり仕様が確定したJavaScriptの新しい機能です。
https://github.com/tc39/proposal-bigint/commit/771df8ff3516ea5f3397153d17d04e6c6b75a4ce

構文

整数の末尾にnを付けるか、BigInt(数字) とする

// 末尾にnをつける
console.log(9007199254740991n);

// BigIntを呼び出す
console.log(BigInt(9007199254740991));

// 文字列でもOK
console.log(BigInt("9007199254740991"));

// 16進数でもOK
console.log(0x1fffffffffffffn);
console.log(BigInt(0x1fffffffffffff));

// 8進数でもOK
console.log(0o377777777777777777n);
console.log(BigInt(0o377777777777777777));

// 2進数でもOK
console.log(0b11111111111111111111111111111111111111111111111111111n);
console.log(BigInt(0b11111111111111111111111111111111111111111111111111111));

Screen Shot 2019-11-05 at 22.58.11.png

typeofは'bigint'を返す

console.log(typeof 1n); // 'bigint'
console.log(typeof BigInt(1)); // 'bigint'

console.log(typeof 1n === 'bigint'); // true
console.log(typeof BigInt(1) === 'bigint'); // true

Number.MAX_SAFE_INTEGER以上の値で試してみる

// Numberで正確に表せる最大値
console.log(Number.MAX_SAFE_INTEGER) // 9007199254740991

console.log(9007199254740992 === 9007199254740993) // true
console.log(9007199254740992n === 9007199254740993n) // false

console.log(9007199254740992 < 9007199254740993) // false
console.log(9007199254740992n < 9007199254740993n) // true

// 最小より小さい値でも確認
console.log(Number.MIN_SAFE_INTEGER) // -9007199254740991

console.log(-9007199254740992 === -9007199254740993) // true
console.log(-9007199254740992n === -9007199254740993n) // false

console.log(-9007199254740992 > -9007199254740993) // false
console.log(-9007199254740992n > -9007199254740993n) // true

BigIntを使うことで桁が大きい値でも正しく扱うことができました。

四則演算

const previousMaxSafe = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);

console.log(previousMaxSafe + 1n); // 9007199254740992n

console.log(previousMaxSafe * 2n); // 18014398509481982n

console.log(previousMaxSafe - 1n); // 9007199254740990n

console.log(4n / 2n); // 2n
// 結果が小数点となる場合は切り捨てられる
console.log(5n / 2n); // 2n 
// 切り捨ては0に向かって丸め込まれるようです
console.log(-5n / 2n); // -2n 

console.log(100n % 3n); // 1n

console.log(2n ** 3n); // 8n

console.log(+1n); // TypeError: Cannot convert a BigInt value to a number
console.log(-1n); // -1n

let max = Number.MAX_SAFE_INTEGER;
let min = Number.MIN_SAFE_INTEGER;
max++;
min--;
console.log(max) // 9007199254740992
console.log(min) // -9007199254740992

真偽値に変換

Numberと同じように扱える

console.log(Boolean(0n)) // false
console.log(Boolean(1n)) // true

if (1n) {
    // 実行される
}

if (0n) {
    // 実行されない
}

BigIntを===、==で試してみた

console.log(10n === 10) // false
console.log(10n == 10) // true

console.log(10n === "10") // false
console.log(10n == "10") // true

console.log(1n === true) // false
console.log(1n == true) // true

NumberとBigIntで四則演算

1 + 1n // TypeError: Cannot mix BigInt and other types, use explicit conversions

明示的に型変換しないとエラーになってしまう。

NumberとBigIntで比較演算

NumberとBigIntは通常どおりに比較できます

console.log(1n < 2) // true

console.log(2n > 1) // true

console.log(2n > 2) // false

console.log(2n >= 2) // true

sort

NumberとBigIntが混在していてもソートできる

const mixed = [4n, 6, -12n, 10, 4, 0, 0n];

console.log(mixed.sort()); // [-12n, 0, 0n, 10, 4n, 4, 6]

※辞書順比較だと問題ないですが、コールバック関数で四則演算などした場合はエラーになりますので、型変換などしてソートを行うと良いと思います

@le_panda_noir さんからのコメント参考

mixed.sort((a, b) => a - b); // TypeError

Mathオブジェクトのメソッドでも使用できない

Math.round(1n) // TypeError: Cannot convert a BigInt value to a number

Math.max(1n, 10n) // TypeError: Cannot convert a BigInt value to a number

小数点

整数でないとBigIntは使えません

console.log(BigInt(1.5)) // RangeError: The number 1.5 cannot be converted to a BigInt because it is not an integer

console.log(BigInt('1.5')) // SyntaxError: Cannot convert 1.5 to a BigInt

Static methods

BigIntは2つのstatic関数を持っています

BigInt.asIntN(width, bigint)

第２引数で指定したbigintを -2 ** (width - 1) 〜 2 ** (width - 1) - 1 の範囲内で収まる、符号付きのBigIntの値を返します

// 64bitの範囲 -9223372036854775808 〜 9223372036854775807
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n; // 9223372036854775807n
console.log(BigInt.asIntN(64, max)); // 9223372036854775807n

// 溢れた場合
console.log(BigInt.asIntN(64, max + 1n)); // -9223372036854775808n
console.log(BigInt.asIntN(64, max + 2n)); // -9223372036854775807n

BigInt.asUintN(width, bigint)

第２引数で指定したbigintを 0 〜 2 ** width - 1 の範囲内で収まる、符号なしのBigIntの値を返します

// 64bitの範囲(符号なし) 0 〜 18446744073709551615
const max = 2n ** 64n - 1n; // 18446744073709551615n
console.log(BigInt.asUintN(64, max)); // 18446744073709551615n

// 溢れた場合
console.log(BigInt.asUintN(64, max + 1n)); // 0n
console.log(BigInt.asUintN(64, max + 2n)); // 1n

JSON.stringify でうまく使えない

console.log(JSON.stringify({ a: 1n })) // TypeError: Do not know how to serialize a BigInt

toJSON 上書きすると、使えはするそうです

BigInt.prototype.toJSON = function() { return this.toString(); }
console.log(JSON.stringify({ a: 1n })) // '{"a":"1"}'

ブラウザサポート

使えないブラウザもいくつかあります

※2019/11/17確認

Screen Shot 2019-11-17 at 19.45.27.png

ブラウザ対応

JSBIというライブラリを使うのが良いようです。

yarn add jsbi

node 12.12.0 で実行してみたサンプル

index.mjs
import JSBI from 'jsbi';

const max = JSBI.BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
console.log(String(max));
// → '9007199254740991'
const other = JSBI.BigInt('2');
const result = JSBI.add(max, other);
console.log(String(result));
// → '9007199254740993'

$ node --experimental-modules index.mjs 
(node:9580) ExperimentalWarning: The ESM module loader is experimental.
9007199254740991
9007199254740993

JSBIを使っていれば、babel-plugin-transform-jsbi-to-bigint を使うことで
JSBIをBigIntの構文にトランスパイルすることができます。

なのでIEやSafariなどのBigIntがまだサポートされていないブラウザでも使いたい場合は、まずJSBIでBigIntの処理を実装します。
それらのブラウザでBigIntがサポートされる日が来たら、babelでJSBIをネイティブのBigIntにトランスパイルします。
そうすることで書いたコードを変更することなく、ブラウザはネイティブのBigIntを使用してくれます。

yarn add jsbi
yarn add -D @babel/core @babel/cli babel-plugin-transform-jsbi-to-bigint

このように、JSBIのコードをネイティブのBigIntに変換することができました

index.js
import JSBI from 'jsbi';

const max = JSBI.BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
console.log(String(max));
// → '9007199254740991'
const other = JSBI.BigInt('2');
const result = JSBI.add(max, other);
console.log(String(result));
// → '9007199254740993'

$ yarn babel --plugins transform-jsbi-to-bigint index.js 
/* 省略 */
const max = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
console.log(String(max)); // → '9007199254740991'

const other = 2n;
const result = max + other;
console.log(String(result)); // → '9007199254740993'

✨  Done in 0.40s.

参考

最後まで読んでいただいてありがとうございました。m(_ _)m

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