ArrayBuffer, آرایه‌های دودویی

در توسعه‌ی وب، ما معمولا هنگام سروکار داشتن با فایل‌ها(ساختن، بارگذاری کردن، دانلود کردن) به داده‌های دودویی برخورد می‌کنیم. یکی دیگر از استفاده‌های رایج آن پردازش تصویر می‌باشد.

همه‌ی این‌ موارد در جاوااسکریپت ممکن است، و عملیات‌های دودویی عملکرد بالایی دارند.

هرچند، اندکی احتمال اشتباه کردن وجود دارد، زیرا کلاس‌های بسیاری وجود دارند. برخی از آن‌ها عبارتند از:

• ArrayBuffer, Uint8Array, DataView, Blob, File, etc.

داده‌های دودویی در جاوااسکریپت، نسبت به سایر زبان‌ها به شکل غیراستانداردی پیاده‌سازی شده‌اند. ولی هنگاهی که ما چیزها را مرتب می‌کنیم، همه چیز نسبتا ساده می‌شود.

Ø´ÛŒ دودویی پایه ArrayBuffer است – یک اشاره به یک ناحیه‌ی پیوسته‌ی حافظه با طول ثابت.

آن را به شکل زیر می‌سازیم:

let buffer = new ArrayBuffer(16); // ساخت یک بافر با طول 16
alert(buffer.byteLength); // 16

این کد یک حافظه‌ی پیوسته به اندازه 16 بایت را اختصاص می‌دهد و آن را با صفر مقداردهی اولیه می‌کند.

یک ناحیه از حافظه است. Ú†Ù‡ چیزی در آن ذخیره می‌شود؟ هیچ سرنخی وجود ندارد. فقط یک دنباله خالی از بایت‌ها ArrayBuffer

استفاده کنیم “View” ما باید از یک Ø´ÛŒ ØŒArrayBuffer برای دستکاری کردن یک

را می‌دهد ArrayBuffer است Ú©Ù‡ تفسیری از بایت‌های ذخیره شده در “eyeglasses” چیزی را در خود ذخیره نمی‌کند. این view یک Ø´ÛŒ

:برای مثال

• Uint8Array – مانند یک عدد جداگانه برخورد می‌کند Ùˆ مقادیر مجاز آن از 0 تا 255 است.(یک بایت 8 بیت است پس فقط تا همان مقدار را می‌تواند Ù†Ú¯Ù‡ دارد.). به این مقدار یک عدد صحیح بدون‌علامت 8-بیتی گفته می‌شود ArrayBuffer با هر بایت در
• Uint16Array – برخورد می‌کند Ú©Ù‡ مقادیر مجاز آن از 0 تا 65535 می‌باشد. به آن یک عدد صحیح بدون‌علامت 16-بیتی گفته می‌شود integer با هر 2 بایت به عنوان یک
• Uint32Array – برخورد می‌کند Ú©Ù‡ مقادیر مجاز آن از 0 تا 4294967295 می‌باشد. به آن یک عدد صحیح بدون‌علامت 32-بیتی گفته می‌شود integer با هر 4 بایت به عنوان یک
• Float64Array – می‌باشد 1.8x10308 تا 5.0x10-324 رفتار می‌کند Ùˆ مقادیر مجاز آن از float با هر 8 بایت به عنوان یک عدد

با دقت بالا(هر کدام 8 بایت) تفسیر شود float یی با اندازه‌ی 16 بایت، می‌تواند به عنوان 16 عدد Ú©ÙˆÚ†Ú© یا 8 عدد بزرگ‌تر (هر کدام 2 بایت) یا 4 عدد بزرگ‌تر از قبلی(هر کدام 4 بایت) یا 2 عدد ArrayBuffer بنابراین، یک داده‌ی دودویی درون

Ø´ÛŒ اصلی، ریشه‌ی همه چیز Ùˆ داده‌ی باینری خام است ArrayBuffer

مانند زیر استفاده کنیم view اما اگر بخواهیم هر عملیاتی روی آن انجام دهیم، از جمله، در آن بنویسیم، یا آن را پیمایش کتیم – باید از یک

let buffer = new ArrayBuffer(16); // ساخت یک بافر با طول 16

let view = new Uint32Array(buffer); // رفتار با بافر مانند یک دنباله از اعداد صحیح 32 بیتی

alert(Uint32Array.BYTES_PER_ELEMENT); // به ازای هر عدد صحیح، 4 بایت

alert(view.length); // 4, به این تعداد عدد صحیح در خود ذخیره می‌کند
alert(view.byteLength); // 16, اندازه‌ی بایت‌ها

// نوشتن یک مقدار
view[0] = 123456;

// پیمایش روی مقادیر
for(let num of view) {
  alert(num); // ابتدا 123456 سپس 0 و 0 و 0(در مجموع 4 مقدار)
}

TypedArray

اصطلاح رایج برای تمامی این viewها (Uint8Array Ùˆ Unit32Array Ùˆ غیره) TypedArray می‌باشد. آن‌ها متدها Ùˆ ویژگی‌های یکسانی دارند.

لطفا به خاطر داشته باشید Ú©Ù‡ هیچ سازنده‌ای با عنوان TypedArray وجود ندارد Ùˆ این فقط یک اصطلاح رایج برای پوشش یکی از viewهای موضوع گسترده‌ی ArrayBuffer می‌باشد: Int8Array Ùˆ Uint8Array Ùˆ به همین ترتیب، لیست کامل به زودی ارائه می‌شود.

هرگاه چیزی مانند new TypedArray مشاهده کردید، این عبارت به معنای هرکدام از new Int8ArrayØŒ new Uint8Array Ùˆ غیره می‌باشد.

آرایه‌های Typed مانند آرایه‌های عادی رفتار می‌کنند: دارای اندیش هستند و قابل پیمایش می‌باشند.

یک سازنده‌ی آرایه‌ی Typed(می‌تواند Int8Array یا Float64Array باشد، اهمیتی ندارد) با توجه به نوع آرگومان آن متفاوت رفتار می‌کند.

5 نوع مختلف آرگومان‌ها وجود دارند:

new TypedArray(buffer, [byteOffset], [length]);
new TypedArray(object);
new TypedArray(typedArray);
new TypedArray(length);
new TypedArray();

1. اگر یک آرگومان ArrayBuffer وجود داشته باشد، view بر حسب آن ساخته می‌شود. ما پیش از این از همین سینتکس استفاده کردیم.

   ما می‌توانیم به صورت اختیاری byteOffset تهیه کنیم Ú©Ù‡ از آن شروع کنیم(به Ø´Ú©Ù„ پیش‌فرض از 0 شروع می‌کنیم) Ùˆ یک length Ú©Ù‡ تا آنجا ادامه دهیم(به صورت پیش‌فرض تا انتهای بافر ادامه‌ می‌دهیم)Ø› در نتیجه، view فقط بخشی از بافر را پوشش می‌دهد.

2. اگر یک آرایه یا هر شی مانند آن داشته باشیم، آن شی یک آرایه‌ی typed به همان طول می‌سازد و محتوا را نیز کپی می‌کند.

   ما می‌توانیم از آن برای مقداردهی اولیه‌ی آرایه با داده استفاده کنیم:

   let arr = new Uint8Array([0, 1, 2, 3]);
   alert( arr.length ); // 4, یک آرایه دودویی به همان طول می‌سازد
   alert( arr[1] ); // 1, با 4 بایت(اعداد صحیح بدون‌علامت 8-بیتی) با مقادیر داده شده پر می‌شود

3. اگر یک TypedArray دیگر وجود داشته باشد، به همان Ø´Ú©Ù„ رفتار می‌کند: Ú© آرایه‌ی typed به همان طول می‌سازد Ùˆ محتوا را نیز Ú©Ù¾ÛŒ می‌کند. در طول این فرآیند، مقادیر در صورت نیاز به نوع جدیدی تبدیل می‌شوند.

   let arr16 = new Uint16Array([1, 1000]);
   let arr8 = new Uint8Array(arr16);
   alert( arr8[0] ); // 1
   alert( arr8[1] ); // 232,  تلاش می‌کند 1000 را کپی کند اما نمی‌تواند 1000 را در 8 بیت جا دهد(توضیخات در پایین)

4. برای آرگومان عددی length – یک آرایه‌ typed Ú©Ù‡ به همان تعداد عضو دارد می‌سازد. طول بایت آن برابر length ضرب در تعداد بایت‌های یک آیتم واحد TypedArray.BYTES_PER_ELEMENT خواهد بود:

   let arr = new Uint16Array(4); // برای 4 عدد صحیح می‌سازد typed یک آرایه‌ی
   alert( Uint16Array.BYTES_PER_ELEMENT ); // به ازای هر عدد صحیح 2 بایت
   alert( arr.byteLength ); // 8 (اندازه در بایت‌ها)

5. بدون آرگومان‌ها یک آرایه‌ی typed با طول صفر می‌سازد.

ما می‌توانیم مستقیما یک TypedArray بسازیم، بدون اینکه به ArrayBuffer اشاره‌ای کنیم. ولی یک view بدون ArrayBuffer دربرگیرنده نمی‌تواند وجود دشاته باشد؛ در نتیجه در همه‌ی این موارد بجز مورد اول(هنگامی Ú©Ù‡ فراهم شده است) به طور خودکار ساخته Ù…ÛŒ@شود.

برای دسترسی به ArrayBuffer دربرگیرنده، ویژگی‌های زیر در TypedArray وجود دارد:

• buffer – ArrayBuffer ارجاع به
• byteLength – ArrayBuffer طول

بنابراین، ما همیشه می‌توانیم از یک view به دیگری برویم:

let arr8 = new Uint8Array([0, 1, 2, 3]);

// دیگر در همان داده view یک
let arr16 = new Uint16Array(arr8.buffer);

در ادامه لیست آرایه‌های typed آمده است:

• Uint8Array, Uint16Array, Uint32Array – برای اعداد صحیح 8 Ùˆ 16 Ùˆ 32 بیتی
  • Uint8ClampedArray – می‌کند (در ادامه خواهید دید) “clamps” برای اعداد صحیح 8 بیتی، آن‌ها را
• Int8Array, Int16Array, Int32Array – برای اعداد صحیح علامت‌دار(می‌توانند منفی باشند)
• Float32Array, Float64Array – برای اعداد اعشاری علامت‌دار 32 Ùˆ 64 بیتی

رفتار خارج از محدوده

بنویسیم چه؟ هیچ خطایی وجود نخواهد داشت، اما بیت‌ههای اضافی حذف خواهند شد typed اگر بخواهیم یک مقدار خارج از محدوده را در یک آرایه‌ی

به ازای هر مقدار 8 بیت دارد، پس بازه‌ی آن بین 0 تا 255 خواهد بود Uint8Array قرار دهیم. در حالت دودویی، 256 برابر 100000000(9 بیت) خواهد بود، ولی Uint8Array به عنوان مثال، بیایید سعی کنیم 256 را در

:برای اعداد بزرگتر، فقط 8 بیت سمت راست(بیت‌های کم‌ارزش‌تر) ذخیره می‌شود، و بقیه بیت‌ها حذف می‌شوند

.در نتیجه صفر دریافت می‌کنیم

:برای 257ØŒ حالت دودویی 100000001(9 بیت) خواهد بود، 8 بیت سمت راست ذخیره می‌شوند، در نتیجه در آرایه 1 را داریم

ذخیره می‌شود 2⁸ به عبارت دیگر، باقی‌مانده عدد

:یک نمونه

let uint8array = new Uint8Array(16);

let num = 256;
alert(num.toString(2)); // 100000000 (نمایش دودویی)

uint8array[0] = 256;
uint8array[1] = 257;

alert(uint8array[0]); // 0
alert(uint8array[1]); // 1

از این نظر، Uint8ClampedArray خاص است Ùˆ رفتار متفاوتی دارد. این مورد به ازای هر عدد بزرگتر از 255ØŒ 255 Ùˆ به ازای هر عدد منفی، 0 را ذخیره می‌کند. این رفتار ببرای پردازش تصویر مفید است.

متدهای TypedArray

متدهای TypedArray مانند آرایه‌های معمولی می‌باشد ولی استثناهای قابل توجهی نیز وجود دارد.

ما می‌توانیم mapØŒ sliceØŒ findØŒ reduce Ùˆ غیره را پیمایش کنیم.

هرچند، تعداد کمی کار وجود دارد که ما نمی‌توانیم انجام دهیم:

• بدون splice – ما نمی‌توانیم یک مقدار را “حذف” کنیم، زیرا آرایه‌های typedØŒ درواقع viewهایی روی یک بافر هستند Ú©Ù‡ ناحیه‌هایی ثابت Ùˆ پیوسته روی حافظه می‌باشند. تنها کاری Ú©Ù‡ ما می‌توانیم انجام دهیم تخصیص یک صفر است.
• بدون متد concat

دو متد اضافی نیز وجود دارد:

• متد arr.set(fromArr, [offset]) تمام اعضای fromArr را در arr Ú©Ù¾ÛŒ می‌کند، Ú©Ù‡ این Ú©Ù¾ÛŒ کردن از محل offset شروع می‌شود.(حالت پیش‌فرض آن 0 است.)
• متد arr.subarray([begin, end]) یک view جدید از همان نوع را از begin تا end می‌سازد(انحصاری). این متد مانند متد slice است(آن متد نیز پشتیبانی می‌شود.) ولی چیزی را Ú©Ù¾ÛŒ نمی‌کند – فقط یک view جدید می‌سازد Ú©Ù‡ روی داده‌های داده شده، عمملیات انجام دهد.

این متدها به ما اجازه می‌دهد که آرایه‌های typed را کپی کنیم، آن‌ها را با هم ترکیب کنیم، آرایه‌های جدید از آرایه‌های موجود بسازیم، و به همین ترتیب.

DataView

یک DataView یک view خاص فوق‌العاده انعطاف‌پذیر “untyped” روی ArrayBuffer است. DataView اجازه می‌هد Ú©Ù‡ در هر offset Ùˆ در هر فرمتی به داده‌ها دسترسی داشته باشیم.

• برای آرایه‌های typedØŒ سازنده فرمت را مشخص می‌کند. Ú©Ù„ آرایه قرار است یکنواخت باشد. عدد iام، arr[i] است.

• با DataViewØŒ ما با متدهایی مانند .getUint8(i) یا .getUint16(i) به داده دسترسی پیدا می‌کنیم. ما فرمت را بجای هنگام ساخت، هنگام فراخوانی متد انتخاب می‌کنیم.

سینتکس:

new DataView(buffer, [byteOffset], [byteLength])

• buffer – بافر مخصوص خودش را نمی‌سازد. ما باید آن را آماده داشته باشیم typed برخلاف آرایه‌های DataView .دربرگیرنده ArrayBuffer
• byteOffset – (حالت پیش‌فرض 0 می‌باشد)view محل بایت شروع‌کننده‌ی
• byteLength – (حالت پیش‌فرض تا انتهای بافر می‌باشد)view طول بایت‌های

برای نمونه، در اینجا ما اعداد یک بافر یکسان را در فرمت‌های مختلف استخراج کرده‌ایم:

let buffer = new Uint8Array([255, 255, 255, 255]).buffer; // آرایه‌های دودویی 4 بایتی، که حداکثر مقدار همه‌ی آن‌ها 255 است

let dataView = new DataView(buffer);

// صفر offset دریافت یک عدد 8 بیتی در
alert( dataView.getUint8(0) ); // 255

// صفر، این عدد از دو بایت تشکیل شده است که با هم 65535 را نشان می‌دهند offset حالا دریافت یک عدد 16 بیتی در
alert( dataView.getUint16(0) ); // 65535 (بزرگترین عدد صحیح بدون‌علامت 16 بیتی)

//  صفر offset دریافت یک عدد 32 بیتی در
alert( dataView.getUint32(0) ); // 4294967295 (بزرگترین عدد صحیح بدون‌علامت 32 بیتی)

dataView.setUint32(0, 0); // صفر قرار دادن یک عدد 4 بایتی، در نتیجه همه بایت‌ها را صفر می‌کنیم

هنگامی Ú©Ù‡ می‌خواهیم داده‌هایی با فرمت‌های درهم Ùˆ برهم را در یک بافر ذخیره کنیم، DataView عالی است. به عنوان مثال، هنگامی Ú©Ù‡ دنباله‌ای از جفت‌های(عدد صحیح 16 بیتی، عدد اعشاری 32 بیتی) را ذخیره می‌کنیم، DataView به آسانی اجازه دسترسی به آن‌ها را می‌دهد.

خلاصه

یک ArrayBufferØŒ Ø´ÛŒ اصلی است، یک ارجاع به یک ناحیه پیوسته از حافظه با طول ثابت.

برای انجام تقریبا هر عملیاتی روی ArrayBufferØŒ ما به یک view نیاز داریم.

• این می‌تواند یک TypedArray باشد:
  • Uint8Array, Uint16Array, Uint32Array – برای اعداد صحیح بدون عللامت 8 Ùˆ 16 Ùˆ 32 بیتی
  • Uint8ClampedArray – می‌کند “clamps” برای اعداد صحیح 8 بیتی، آن‌ها را
  • Int8Array, Int16Array, Int32Array – برای اعداد صحیح علامت‌دار(می‌توانند منفی باشند)
  • Float32Array, Float64Array – برای اعداد اعشاری علامت‌دار 32 Ùˆ 64 بیتی
• یا یک DataView – همان viewیی Ú©Ù‡ از متدها برای مشخص کردن یک فرمت استفاده می‌کند، مانند getUint8(offset)

در بیشتر موارد، ما مستقیما آرایه‌های typed را می‌سازیم Ùˆ اجرا می‌کنیم، ArrayBuffer را به عنوان یک “مخرج مشترک” تخت پوشش قرار می‌دهیم. می‌توانیم با buffer. به آن دسترسی پیدا کنیم Ùˆ در صورت نیاز یک view دیگر ایجاد کنیم.

دو اصطلاح اضافی نیز وجود دارد، که برای توصیف متدهایی که روی داده‌های دودویی عملیات انجام می‌دهند استفاده می‌شوند:

• اصطلاح ArrayBufferViewØŒ از نوعی اصطلاح است Ú©Ù‡ برای پوشش دسته‌ی گسترده‌ای از چیزها استفاده می‌شود، Ú©Ù‡ در این مورد، برای تمام انواع viewها استفاده می‌شود.
• اصطلاح BufferSourceØŒ از نوعی اصطلاح است Ú©Ù‡ برای پوشش دسته‌ی گسترده‌ای از چیزها استفاده می‌شود، Ú©Ù‡ در این مورد، برای ArrayBuffer یا ArrayBufferView استفاده می‌شود.

این اصطلاحات را در بخش بعد مشاهده خواهیم کرد. BufferSource یکی از رایج‌ترین اصطلاحات می‌باشد، Ú©Ù‡ معنی آن “هر نوع از داده دودویی” است – یک ArrayBuffer یا یک view روی آن.

در اینجا یک چیت‌شیت(برگه تقلب) داریم: