JavaScript-Datentypen und Datenstrukturen

JavaScript ist eine dynamische Sprache mit dynamischen Typen. Variablen in JavaScript sind nicht direkt mit einem bestimmten Wertetyp verbunden, und jede Variable kann Werte aller Typen zugewiesen (und neu zugewiesen) bekommen:

let foo = 42; // foo is now a number
foo = "bar"; // foo is now a string
foo = true; // foo is now a boolean

JavaScript ist auch eine schwach typisierte Sprache, was bedeutet, dass es implizite Typkonvertierungen zulässt, wenn eine Operation nicht übereinstimmende Typen beinhaltet, anstatt Typfehler zu werfen.

const foo = 42; // foo is a number
const result = foo + "1"; // JavaScript coerces foo to a string, so it can be concatenated with the other operand
console.log(result); // 421

Implizite Umwandlungen sind sehr praktisch, können jedoch subtile Fehler erzeugen, wenn Umwandlungen dort stattfinden, wo sie nicht erwartet werden, oder wo sie in die andere Richtung erwartet werden (zum Beispiel von String zu Zahl anstatt von Zahl zu String). Für Symbole und BigInts hat JavaScript bestimmte implizite Typkonvertierungen absichtlich untersagt.

Alle Typen außer Object definieren unveränderliche Werte, die direkt auf der niedrigsten Ebene der Sprache dargestellt werden. Wir bezeichnen Werte dieser Typen als primitive Werte.

Alle primitiven Typen außer null können mit dem typeof-Operator getestet werden. typeof null gibt "object" zurück, daher muss man === null verwenden, um auf null zu testen.

Alle primitiven Typen außer null und undefined haben ihre entsprechenden Objekt-Wrapper-Typen, die nützliche Methoden zur Arbeit mit den primitiven Werten bieten. Zum Beispiel bietet das Number-Objekt Methoden wie toExponential(). Wenn auf eine Eigenschaft eines primitiven Werts zugegriffen wird, umwickelt JavaScript den Wert automatisch mit dem entsprechenden Wrapper-Objekt und greift stattdessen auf die Eigenschaft des Objekts zu. Allerdings wirft der Zugriff auf eine Eigenschaft von null oder undefined eine TypeError-Ausnahme, was die Einführung des Optional Chaining-Operators nötig machte.

Die Referenzseiten der Objekt-Wrapper-Klassen enthalten mehr Informationen über die Methoden und Eigenschaften, die für jeden Typ verfügbar sind, sowie detaillierte Beschreibungen der Semantik der primitiven Typen selbst.

Der Null-Typ wird genau durch einen Wert bewohnt: null.

Der Undefined-Typ wird genau durch einen Wert bewohnt: undefined.

Konzepionell zeigt undefined das Fehlen eines Wertes an, während null das Fehlen eines Objekts anzeigt (was auch als Ausrede für typeof null === "object" verwendet werden könnte). Die Sprache verwendet in der Regel undefined, wenn etwas keinen Wert hat:

• Eine return-Anweisung ohne Wert (return;) gibt implizit undefined zurück.
• Der Zugriff auf eine nicht vorhandene Objekt-Eigenschaft (obj.iDontExist) gibt undefined zurück.
• Eine Variablendeklaration ohne Initialisierung (let x;) initialisiert die Variable implizit mit undefined.
• Viele Methoden, wie z.B. Array.prototype.find() und Map.prototype.get(), geben undefined zurück, wenn kein Element gefunden wird.

null wird viel seltener in der Kernsprache verwendet. Der wichtigste Ort ist das Ende der Prototypkette — in der Folge akzeptieren oder geben Methoden, die mit Prototypen interagieren, wie Object.getPrototypeOf(), Object.create(), etc., null anstelle von undefined zurück.

null ist ein Schlüsselwort, aber undefined ist ein normales Kennzeichen, das zufälligerweise eine globale Eigenschaft ist. In der Praxis ist der Unterschied gering, da undefined nicht neu definiert oder überschattet werden sollte.

Der Boolean-Typ repräsentiert eine logische Entität und wird durch zwei Werte bewohnt: true und false.

Boolean-Werte werden in der Regel für bedingte Operationen verwendet, einschließlich ternäre Operatoren, if...else, while, etc.

Der Number-Typ ist ein double-precision 64-bit binary format IEEE 754-Wert. Er ist in der Lage, positive Fließkommazahlen zwischen 2^-1074 (Number.MIN_VALUE) und 2¹⁰²³ × (2 - 2^-52) (Number.MAX_VALUE) sowie negative Fließkommazahlen derselben Größenordnung zu speichern, kann aber nur ganze Zahlen im Bereich von -(2⁵³ − 1) (Number.MIN_SAFE_INTEGER) bis 2⁵³ − 1 (Number.MAX_SAFE_INTEGER) sicher speichern. Außerhalb dieses Bereichs kann JavaScript ganze Zahlen nicht mehr sicher darstellen; sie werden stattdessen durch eine Doppelpräzisions-Fließkommadarstellung approximiert. Sie können überprüfen, ob eine Zahl innerhalb des Bereichs sicherer Ganzzahlen liegt, indem Sie Number.isSafeInteger() verwenden.

Werte außerhalb des darstellbaren Bereichs werden automatisch umgewandelt:

• Positive Werte größer als Number.MAX_VALUE werden in +Infinity umgewandelt.
• Positive Werte kleiner als Number.MIN_VALUE werden in +0 umgewandelt.
• Negative Werte kleiner als -Number.MAX_VALUE werden in -Infinity umgewandelt.
• Negative Werte größer als -Number.MIN_VALUE werden in -0 umgewandelt.

+Infinity und -Infinity verhalten sich ähnlich wie die mathematische Unendlichkeit, jedoch mit einigen leichten Unterschieden; siehe Number.POSITIVE_INFINITY und Number.NEGATIVE_INFINITY für Details.

Der Number-Typ hat nur einen Wert mit mehreren Darstellungen: 0 wird sowohl als -0 als auch als +0 dargestellt (wobei 0 ein Alias für +0 ist). In der Praxis gibt es fast keinen Unterschied zwischen den verschiedenen Darstellungen; zum Beispiel ist +0 === -0 true. Sie können dies jedoch bemerken, wenn Sie durch null teilen:

console.log(42 / +0); // Infinity
console.log(42 / -0); // -Infinity

NaN ("Not a Number") ist eine spezielle Art von Zahlenwert, die typischerweise auftritt, wenn das Ergebnis einer arithmetischen Operation nicht als Zahl ausgedrückt werden kann. Es ist auch der einzige Wert in JavaScript, der nicht gleich sich selbst ist.

Obwohl eine Zahl konzeptuell ein "mathematischer Wert" ist und immer implizit fließkomma-kodiert ist, bietet JavaScript bitweise Operatoren. Bei der Anwendung von bitweisen Operatoren wird die Zahl zuerst in eine 32-Bit-Ganzzahl umgewandelt.

Es kann notwendig sein, solche Techniken in sehr eingeschränkten Umgebungen zu verwenden, wie z.B. beim Versuch, mit den Einschränkungen des lokalen Speichers umzugehen, oder in extremen Fällen (wie wenn jedes Bit über das Netzwerk zählt). Diese Technik sollte nur in Betracht gezogen werden, wenn sie die letzte Maßnahme ist, die zur Optimierung der Größe ergriffen werden kann.

Der BigInt-Typ ist ein numerisches primitves in JavaScript, das ganze Zahlen mit beliebiger Größe darstellen kann. Mit BigInts können Sie große Ganzzahlen sicher speichern und mit ihnen arbeiten, selbst über das sichere Ganzzahllimit (Number.MAX_SAFE_INTEGER) hinaus, das für Zahlen gilt.

Ein BigInt wird erstellt, indem n an das Ende einer Ganzzahl angehängt oder die BigInt()-Funktion aufgerufen wird.

Dieses Beispiel zeigt, wo das Erhöhen von Number.MAX_SAFE_INTEGER das erwartete Ergebnis zurückgibt:

// BigInt
const x = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER); // 9007199254740991n
x + 1n === x + 2n; // false because 9007199254740992n and 9007199254740993n are unequal

// Number
Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1 === Number.MAX_SAFE_INTEGER + 2; // true because both are 9007199254740992

Sie können die meisten Operatoren verwenden, um mit BigInts zu arbeiten, einschließlich +, *, -, ** und % — der einzige verbotene ist >>>. Ein BigInt ist nicht strikt gleich einer Zahl mit demselben mathematischen Wert, aber es ist locker so.

BigInt-Werte sind weder immer genauer noch immer ungenauer als Zahlen, da BigInts keine gebrochenen Zahlen darstellen können, große Ganzzahlen jedoch genauer darstellen können. Keiner der beiden Typen umfasst den anderen, und sie sind nicht untereinander austauschbar. Ein TypeError wird ausgelöst, wenn BigInt-Werte in arithmetischen Ausdrücken mit regulären Zahlen gemischt oder wenn sie implizit in die anderen umgewandelt werden.

Der String-Typ repräsentiert Textdaten und wird als eine Sequenz von 16-Bit-Unsigned-Integer-Werten kodiert, die UTF-16 Code-Einheiten darstellen. Jedes Element in der Zeichenkette belegt eine Position in der Zeichenkette. Das erste Element befindet sich an Index 0, das nächste an Index 1 und so weiter. Die Länge einer Zeichenkette ist die Anzahl der UTF-16-Code-Einheiten in ihr, die möglicherweise nicht der tatsächlichen Anzahl von Unicode-Zeichen entspricht; siehe die String-Referenzseite für weitere Details.

JavaScript-Zeichenketten sind unveränderlich. Dies bedeutet, dass einmal eine Zeichenkette erstellt wurde, sie nicht mehr geändert werden kann. Zeichenkettenmethoden erzeugen neue Zeichenketten basierend auf dem Inhalt der aktuellen Zeichenkette — zum Beispiel:

• Ein Teilstring des Originals mit Hilfe von substring().
• Eine Verkettung von zwei Zeichenketten mit Hilfe des Verkettungsoperators (+) oder concat().

Vorsicht vor "stringly-typing" Ihrem Code!

Es kann verlockend sein, Zeichenketten zu verwenden, um komplexe Daten darzustellen. Dies bringt kurzfristige Vorteile:

• Es ist einfach, komplexe Zeichenketten mit Verkettung zu erstellen.
• Zeichenketten sind leicht zu debuggen (was Sie sehen, wenn Sie es ausdrucken, ist immer das, was in der Zeichenkette ist).
• Zeichenketten sind das gemeinsame Element einer Vielzahl von APIs (Eingabefelder, lokaler Speicher-Werte, fetch()-Antworten bei Verwendung von Response.text() usw.), und es kann verlockend sein, nur mit Zeichenketten zu arbeiten.

Mit Konventionen ist es möglich, jede Datenstruktur in einer Zeichenkette darzustellen. Dies macht es jedoch nicht zu einer guten Idee. Beispielsweise könnte man mit einem Trennzeichen eine Liste emulieren (während ein JavaScript-Array besser geeignet wäre). Leider, wenn der Trennzeichen in einem der "Listen"-Elemente verwendet wird, dann ist die Liste beschädigt. Ein Escape-Zeichen kann gewählt werden usw. All dies erfordert Konventionen und schafft eine unnötige Wartungslast.

Verwenden Sie Zeichenketten für Textdaten. Wenn Sie komplexe Daten darstellen, parsen Sie Zeichenketten und verwenden Sie die geeignete Abstraktion.

Ein Symbol ist ein einzigartiger und unveränderlicher primitiver Wert und kann als Schlüssel eines Objekteigenschafts (siehe unten) verwendet werden. In einigen Programmiersprachen werden Symbole als "Atome" bezeichnet. Der Zweck der Symbole ist es, eindeutige Eigenschaftsschlüssel zu erstellen, die garantiert nicht mit Schlüsseln aus anderem Code kollidieren.

In der Informatik ist ein Objekt ein Wert im Speicher, der möglicherweise durch einen Bezeichner referenziert wird. In JavaScript sind Objekte die einzigen veränderlichen Werte. Funktionen sind, in der Tat, ebenfalls Objekte mit der zusätzlichen Fähigkeit, aufrufbar zu sein.

In JavaScript können Objekte als eine Sammlung von Eigenschaften angesehen werden. Mit der Objektliteral-Syntax wird eine begrenzte Anzahl von Eigenschaften initialisiert; dann können Eigenschaften hinzugefügt und entfernt werden. Objekteigenschaften sind gleichbedeutend mit Schlüssel-Wert-Paaren. Eigenschaftsschlüssel sind entweder Zeichenketten oder Symbole. Wenn andere Typen (wie Zahlen) verwendet werden, um Objekte zu indexieren, werden die Werte implizit in Zeichenketten umgewandelt. Eigenschaftenwerte können Werte beliebigen Typs sein, einschließlich anderer Objekte, was es ermöglicht, komplexe Datenstrukturen zu erstellen.

Es gibt zwei Arten von Objekteigenschaften: Die Daten-Eigenschaft und die Zugriffs-Eigenschaft. Jede Eigenschaft hat entsprechende Attribute. Jedem Attribut wird intern von der JavaScript-Engine zugegriffen, aber man kann sie durch Object.defineProperty() setzen oder durch Object.getOwnPropertyDescriptor() lesen. Sie können mehr über die verschiedenen Feinheiten auf der Object.defineProperty()-Seite lesen.

Daten-Eigenschaft

Daten-Eigenschaften verbinden einen Schlüssel mit einem Wert. Sie kann durch die folgenden Attribute beschrieben werden:

value

Der Wert, der durch einen Lesezugriff auf die Eigenschaft abgerufen wird. Kann jeder JavaScript-Wert sein.

writable

Ein boolescher Wert, der angibt, ob die Eigenschaft mit einer Zuweisung geändert werden kann.

enumerable

Ein boolescher Wert, der angibt, ob die Eigenschaft durch eine for...in-Schleife aufgezählt werden kann. Siehe auch Aufzählbarkeit und Eigentum von Eigenschaften für Informationen über die Interaktion der Aufzählbarkeit mit anderen Funktionen und Syntaxen.

configurable

Ein boolescher Wert, der angibt, ob die Eigenschaft gelöscht werden kann, in eine Zugriffseigenschaft geändert werden kann und ihre Attribute geändert werden können.

Zugriffs-Eigenschaft

Verbindet einen Schlüssel mit einer von zwei Zugriffs-Funktionen (get und set), um einen Wert zu erhalten oder zu speichern.

Eine Zugriffs-Eigenschaft hat die folgenden Attribute:

get

Eine Funktion, die mit einer leeren Argumentliste aufgerufen wird, um den Eigenschaftswert abzurufen, wann immer ein Lesezugriff auf den Wert erfolgt. Siehe auch Getter. Kann undefined sein.

set

Eine Funktion, die mit einem Argument aufgerufen wird, das den zugewiesenen Wert enthält. Wird aufgerufen, wann immer eine spezielle Eigenschaft geändert werden soll. Siehe auch Setter. Kann undefined sein.

enumerable

Ein boolescher Wert, der angibt, ob die Eigenschaft durch eine for...in-Schleife aufgezählt werden kann. Siehe auch Aufzählbarkeit und Eigentum von Eigenschaften für Informationen über die Interaktion der Aufzählbarkeit mit anderen Funktionen und Syntaxen.

configurable

Ein boolescher Wert, der angibt, ob die Eigenschaft gelöscht, in eine Daten-Eigenschaft geändert werden kann und ihre Attribute geändert werden können.

Das Prototyp eines Objekts verweist auf ein anderes Objekt oder auf null — es ist konzeptionell eine versteckte Eigenschaft des Objekts, die allgemein als [[Prototype]] dargestellt wird. Eigenschaften des [[Prototype]] eines Objekts können auch auf dem Objekt selbst abgerufen werden.

Objekte sind Ad-hoc-Schlüssel-Wert-Paare und werden daher oft als Maps verwendet. Es kann jedoch ergonomische, sicherheitstechnische und Leistungsprobleme geben. Verwenden Sie stattdessen ein Map für das Speichern beliebiger Daten. Der Map-Referenz enthält eine detailliertere Diskussion über die Vor- und Nachteile zwischen einfachen Objekten und Maps für die Speicherung von Schlüssel-Wert-Zuordnungen.

Beim Darstellen von Daten ist es die beste Wahl, das eingebaute Date-Dienstprogramm in JavaScript zu verwenden.

Arrays sind reguläre Objekte, bei denen es eine besondere Beziehung zwischen ganzzahlig indizierten Eigenschaften und der length-Eigenschaft gibt.

Zusätzlich erben Arrays von Array.prototype, das eine Handvoll praktischer Methoden zur Manipulation von Arrays bereitstellt. Zum Beispiel durchsucht indexOf() einen Wert im Array und push() hängt ein Element an das Array an. Dies macht Arrays zu einer perfekten Wahl, um geordnete Listen darzustellen.

Typisierte Arrays bieten eine arrayartige Ansicht eines zugrunde liegenden binären Datenpuffers und bieten viele Methoden, die eine ähnliche Semantik wie die Array-Gegenstücke haben. "Typisiertes Array" ist ein Überbegriff für eine Reihe von Datenstrukturen, einschließlich Int8Array, Float32Array, etc. Überprüfen Sie die typisierten Array-Seite für mehr Informationen. Typisierte Arrays werden oft in Verbindung mit ArrayBuffer und DataView verwendet.

Diese Datenstrukturen verwenden Objektverweise als Schlüssel. Set und WeakSet repräsentieren eine Sammlung einzigartiger Werte, während Map und WeakMap eine Sammlung von Schlüssel-Wert-Zuordnungen darstellen.

Sie könnten Maps und Sets selbst implementieren. Da jedoch Objekte nicht verglichen werden können (im Sinne von < "kleiner als", zum Beispiel), und die Engine ihre Hash-Funktion für Objekte nicht zugänglich macht, wäre die Suchleistung notwendigerweise linear. Native Implementierungen von ihnen (einschließlich WeakMaps) können eine Suchleistung haben, die ungefähr logarithmisch bis konstant ist.

Normalerweise, um Daten an einen DOM-Knoten zu binden, könnte man Eigenschaften direkt auf dem Objekt setzen oder data-*-Attribute verwenden. Dies hat den Nachteil, dass die Daten jedem Skript, das im selben Kontext läuft, zur Verfügung stehen. Maps und WeakMaps erleichtern es, Daten privat an ein Objekt zu binden.

WeakMap und WeakSet erlauben nur Garbage-collectable-Werte als Schlüssel, die entweder Objekte oder nicht registrierte Symbole sind, und die Schlüssel können selbst dann gesammelt werden, wenn sie sich in der Sammlung befinden. Sie werden speziell zur Optimierung der Speichernutzung verwendet.

JSON (JavaScript Object Notation) ist ein leichtes Daten-Austauschformat, das von JavaScript abgeleitet ist, aber von vielen Programmiersprachen verwendet wird. JSON baut universelle Datenstrukturen, die zwischen verschiedenen Umgebungen und sogar über Sprachgrenzen hinweg übertragen werden können. Siehe JSON für mehr Details.

JavaScript verfügt über eine Standardbibliothek von eingebauten Objekten. Lesen Sie die Referenz für mehr Informationen über die eingebauten Objekte.

Wie oben erwähnt, ist JavaScript eine schwach typisierte Sprache. Das bedeutet, dass man oft einen Wert eines Typs verwenden kann, wo ein anderer Typ erwartet wird, und die Sprache wird ihn für Sie in den richtigen Typ umwandeln. Dazu definiert JavaScript eine Handvoll Umwandlungsregeln.

Der primitive Umwandlungsprozess wird verwendet, wo ein primitiver Wert erwartet wird, es jedoch keine starke Präferenz für den tatsächlichen Typ gibt. Das ist normalerweise der Fall, wenn ein String, eine Number oder ein BigInt gleichermaßen akzeptabel sind. Zum Beispiel:

• Der Date()-Konstruktor, wenn er ein Argument erhält, das keine Date-Instanz ist — Strings repräsentieren Datumsstrings, während Nummern Zeitstempel darstellen.
• Der +-Operator — wenn ein Operand ein Zeichenkette ist, wird eine Zeichenkettenkonkatenation durchgeführt; andernfalls eine numerische Addition.
• Der ==-Operator — wenn ein Operand ein primitiver Wert ist, während der andere ein Objekt ist, wird das Objekt in einen primitiven Wert ohne bevorzugten Typ umgewandelt.

Diese Operation führt keine Umwandlung durch, wenn der Wert bereits ein primitiver Wert ist. Objekte werden in primitive Werte umgewandelt, indem die Methoden [Symbol.toPrimitive]() (mit dem Hinweis "default"), valueOf() und toString() in dieser Reihenfolge aufgerufen werden. Beachten Sie, dass die primitive Umwandlung valueOf() vor toString() aufruft, was dem Verhalten der numerischen Umwandlung ähnelt, sich jedoch von der Zeichenketten-Umwandlung unterscheidet.

Die Methode [Symbol.toPrimitive]() muss, wenn vorhanden, einen primitiven Wert zurückgeben — das Zurückgeben eines Objekts führt zu einem TypeError. Für valueOf() und toString(), wenn eines ein Objekt zurückgibt, wird der Rückgabewert ignoriert und der des anderen Rückgabewerts verwendet; wenn keines vorhanden ist oder keines einen primitiven Wert zurückgibt, wird ein TypeError geworfen. Zum Beispiel im folgenden Code:

console.log({} + []); // "[object Object]"

Weder {} noch [] haben eine [Symbol.toPrimitive]()-Methode. Sowohl {} als auch [] erben valueOf() von Object.prototype.valueOf, das das Objekt selbst zurückgibt. Da der Rückgabewert ein Objekt ist, wird er ignoriert. Daher wird stattdessen toString() aufgerufen. {}.toString() gibt "[object Object]" zurück, während [].toString() "" zurückgibt, sodass das Ergebnis ihre Verkettung ist: "[object Object]".

Die [Symbol.toPrimitive]()-Methode hat immer Vorrang, wenn eine Umwandlung in einen beliebigen primitiven Typ erfolgt. Die primitive Umwandlung verhält sich im Allgemeinen wie die numerische Umwandlung, da valueOf() Vorrang hat; jedoch können Objekte mit benutzerdefinierten [Symbol.toPrimitive]()-Methoden einen beliebigen primitiven Wert zurückgeben. Date- und Symbol-Objekte sind die einzigen eingebauten Objekte, die die [Symbol.toPrimitive]()-Methode überschreiben. Date.prototype[Symbol.toPrimitive]() behandelt den "default"-Hinweis so, als ob er "string" wäre, während Symbol.prototype[Symbol.toPrimitive]() den Hinweis ignoriert und immer ein Symbol zurückgibt.

Es gibt zwei numerische Typen: Number und BigInt. Manchmal erwartet die Sprache speziell eine Zahl oder einen BigInt (wie bei Array.prototype.slice(), wo der Index eine Zahl sein muss); andere Male kann sie beide tolerieren und unterschiedliche Operationen je nach Typ des Operanden durchführen. Für strikte Umwandlungsprozesse, die keine implizite Umwandlung vom anderen Typ erlauben, siehe number coercion und BigInt coercion.

Die numerische Umwandlung ist fast identisch mit der number coercion, außer dass BigInts so zurückgegeben werden, wie sie sind, anstatt einen TypeError zu verursachen. Die numerische Umwandlung wird von allen arithmetischen Operatoren verwendet, da diese sowohl für Zahlen als auch für BigInts überladen sind. Die einzige Ausnahme ist das unäre Plus, das immer eine number coercion durchführt.

Alle Datentypen, außer Null, Undefined und Symbol, haben ihren jeweiligen Umwandlungsprozess. Siehe string coercion, boolean coercion, und object coercion für mehr Details.

Wie Sie vielleicht bemerkt haben, gibt es drei verschiedene Pfade, durch die Objekte in primitive Werte umgewandelt werden können:

• Primitive Umwandlung: [Symbol.toPrimitive]("default") → valueOf() → toString()
• Numerische Umwandlung, number coercion, BigInt coercion: [Symbol.toPrimitive]("number") → valueOf() → toString()
• Zeichenketten-Umwandlung: [Symbol.toPrimitive]("string") → toString() → valueOf()

In allen Fällen muss [Symbol.toPrimitive](), wenn vorhanden, aufrufbar sein und einen primitiven Wert zurückgeben, während valueOf oder toString ignoriert werden, wenn sie nicht aufrufbar sind oder ein Objekt zurückgeben. Am Ende des Prozesses, falls erfolgreich, ist das Ergebnis garantiert ein primitiver Wert. Der resultierende primitive Wert wird dann je nach Kontext weiteren Umwandlungen unterzogen.

• JavaScript-Datenstrukturen und Algorithmen von Oleksii Trekhleb
• Informatik in JavaScript von Nicholas C. Zakas