JavaScript 强制类型转换

前言

关于强制类型转换是一个设计上的缺陷还是有用的特性，这一争论从JavaScript 诞生之日起就开始了。在很多的 JavaScript 书籍中强制类型转换被说成是危险、晦涩和糟糕的设计。

由于这一特性，诞生了有意思的题：

if (a == 1 && a == 2) {
  alert('hello world!');
}

1、类型

JavaScript的类型分为原始类型与引用类型。

• 原始类型
  • 空值（ null ）
  • 未定义（ undefined ）
  • 布尔值（ boolean ）
  • 数字（ number ）
  • 字符串（ string ）
  • 符号（ symbol ，ES6 中新增）
• 引用类型
  • 对象（ object ）
    • 数组 （array）
    • 方法 （function）

我们可以用 typeof 运算符来查看值的类型，它返回的是类型的字符串值。

typeof undefined === "undefined"; // true
typeof true === "boolean"; // true
typeof 42 === "number"; // true
typeof "42" === "string"; // true
typeof { life: 42 } === "object"; // true
// ES6中新加入的类型
typeof Symbol() === "symbol"; // true

你可能注意到 null 类型不在此列。它比较特殊， typeof 对它的处理有问题：

typeof null === "object"; // true

这个 bug 由来已久，在 JavaScript 中已经存在了将近
二十年，也许永远也不会修复，因为这牵涉到太多的 Web 系统，“修复”它会产生更多的bug，令许多系统无法正常工作。

再来看看数组。JavaScript 支持数组，那么它是否也是一个特殊类型？

typeof [1,2,3] === "object"; // true

不，数组也是对象。确切地说，它也是 object 的一个“子类型”

最后看一组

typeof false; // "boolean"
typeof new Boolean(false); // "object"

typeof 1; // "number"
typeof new Number(1); // "object"

2、类型转换

将值从一种类型转换为另一种类型通常称为类型转换。
类型转换又分为隐式与显式，如：

var a = 42;
var b = a + ""; // 隐式强制类型转换
var c = String( a ); // 显式强制类型转换

2.1、类型抽象操作

ES5 规范第 9 节中定义了一些“抽象操作”（即“仅供内部使用的操作”）和转换规则。即：

• ToString - 将非字符串转为字符串。
• ToNumber - 将非数字转为数字。
• ToBoolean - 将非布尔值转为布尔值。
• ToPrimitive - 将引用类型值转为原始类型值。

这些操作都是由js内部实现，并非实际的函数。接下来我们进行解析其内部实现。

2.1.1、ToString

抽象操作 ToString ，它负责处理非字符串到字符串的强制类型转换。

基本类型值的字符串化规则为： null 转换为 "null" ， undefined 转换为 "undefined" ， true 转换为 "true" 。数值遵循常规规则。

2.1.2、ToNumber

有时我们需要将非数字值当作数字来使用，比如数学运算。为此 ES5 规范在 9.3 节定义了抽象操作 ToNumber 。

其中 true 转换为 1 ， false 转换为 0 。 undefined 转换为 NaN ， null 转换为 0 。

ToNumber操作字符串时，会判断该字符是否符合数字值格式。处理失败时返回 NaN。其处理规则与Number函数相似：

  Number( "" ); // 0
  Number( "a1" ); // NaN

将引用类型强制类型转换为 string、number 是通过 ToPrimitive 抽象操作来完成的，我们在此略过，稍后会详细介绍。

2.1.3、 ToBoolean

JavaScript 中有两个关键词 true 和 false ，分别代表布尔类型中的真和假。我们常误以为数值 1 和 0 分别等同于 true 和 false 。在有些语言中可能是这样，但在 JavaScript 中布尔值和数字是不一样的。

假值

• undefined
• null
• ""
• false
• +0、-0 和 NaN

假值的布尔强制转换的结果均为 false 。

真值

假值列表以外的值都是真值。即布尔强制转换后均为true。
所以空数组[]、空对象{}、字符串"null"、字符串"undefined" 等都为真值。

2.1.4、ToPrimitive

抽象操作 ToPrimitive ，它负责将引用类型值转化为基本类型值。其具体规则为：
1、检查该值是否有 valueOf() 方法
2、如果有并且返回基本类型值，就使用该值进行强制类型转换
3、如果没有就使用 toString() 的返回值（如果存在）来进行强制类型转换。
4、如果 valueOf() 和 toString() 均不返回基本类型值，会产生 TypeError 错误。

var a = {
  valueOf: function(){
    return "42";
  }
};
Number( a ); // a.valueOf() -> "42" -> 42
String( a ); // a.toString() -> "[object Object]"

var b = {
  toString: function(){
    return "42";
  }
};
Number( b ); // b.valueOf() -> {};   b.toString() -> "42" -> 42
String( b ); // b.toString() -> "42"

var c = [4,2];
c.toString = function(){
  return this.join( "" ); // "42"
};
Number( c ); // c.toString() -> "42" -> 42

Number( [4, 2] ); // [4,2].toString() -> "4,2" -> NaN

a + "" （隐式）和前面的 String(a) （显式）之间有一个细微的差别需要注意：

var a = {
  valueOf: function() { return 42; },
  toString: function() { return 4; }
};
a + ""; // a.valueOf() -> 42 -> "42"
String( a ); // a.toString() -> 4 -> "4"

2.2、显式类型转换

函数：

• Number 用于转换为数值
• String 用于转换为字符串
• Boolean 用于转换为布尔值
• Object.prototype.toString 用于将对象转换为字符串
• Array.prototype.toString 用于将数组转换为字符串
• Number.prototype.toString 用于将数值转换为字符串
• ...

操作符：

• !x 用于将x转为非布尔值，非。
• (+x) 用于将x转为数值。

2.3、隐式类型转换

隐式强制类型转换指的是那些隐蔽的强制类型转换，副作用也不是很明显。换句话说，你自己觉得不够明显的强制类型转换都可以算作隐式强制类型转换。

主要分为：

• 部分类型值之间的加减乘除等（算式）
• 部分类型值之间比较大小
• 抽象相等 ==
• 条件语句 （其他类型值转布尔值）

这里主要讲算式与弱相等。

2.3.1、算式

原始类型

数字 + 字符串
number + string = ToString(number) + string

1 + '2'; // 

数字 + 布尔
number + boolean = number + ToNumber(boolean)

1 + true; // 2 + ToNumber()

字符串 + 布尔
string + boolean = string + ToString( boolean )

'1' + true; // "1true"

原始类型 -x÷ 原始类型
primitive -x÷ primitive = ToNumber(primitive) -x÷ ToNumber(primitive)

引用类型

引用类型在参与计算时，会先经过ToPrimitive转换成原始类型，然后按照上述规则参与计算。

1 + {}; // "1[object Object]"
({toString(){return 1}}) + ({toString(){return 1}}); // 2
({toString(){return 1}}) + ({toString(){return '1'}}); // "11"

2.3.2、抽象相等

抽象相等也称为宽松相等，它的规则正是隐式强制类型转换被诟病的原因，很容易导致 bug，实际上他的规则非常简单。

首先，有几个非常规的情况需要注意。

• NaN 不等于 NaN
• +0 等于 -0

定义

== 在比较两个不同类型的值时会发生隐式强制类型转换，会将其中之一或两者都转换为相同的类型后再进行比较。

1、字符串和数字之间的相等比较

这里用字符串和数字的例子来解释 == 中的强制类型转换：

var a = 42;
var b = "42";
a === b; // false
a == b; // true

因为没有强制类型转换，所以 a === b 为 false ， 42 和 "42" 不相等。

而 a == b 是宽松相等，即如果两个值的类型不同，则对其中之一或两者都进行强制类型转换。

具体怎么转换？是 a 从 42 转换为字符串，还是 b 从 "42" 转换为数字？

ES5 规范 11.9.3.4-5 这样定义：
(1) 如果 Type(x) 是数字， Type(y) 是字符串，则返回 x == ToNumber(y)
的结果。
(2) 如果 Type(x) 是字符串， Type(y) 是数字，则返回 ToNumber(x) == y
的结果。

其中ToNumber 为抽象操作的规则前面已经介绍过。

2、其他类型和布尔类型之间的相等比较

== 最容易出错的一个地方是 true 和 false 与其他类型之间的相等比较。
例如：

var a = "42";
var b = true;
a == b; // false

我们都知道 "42" 是一个真值（见本章前面部分），为什么 == 的结果不是 true 呢？原因既简单又复杂，让人很容易掉坑里，很多 JavaScript 开发人员对这个地方并未引起足够的重视。

规范 11.9.3.6-7 是这样说的：
(1) 如果 Type(x) 是布尔类型，则返回 ToNumber(x) == y 的结果
(2) 如果 Type(y) 是布尔类型，则返回 x == ToNumber(y) 的结果。

根据规则
"42" == true ，经过ToNumber(true) -> 1；
"42" == 1，再经过ToNumber("42") -> 42;
42 == 1，所以输出false。

3、null 和 undefined 之间的相等比较

null 和 undefined 之间的 == 也涉及隐式强制类型转换。

ES5 规范 11.9.3.2-3 规定：
(1) 如果 x 为 null ， y 为 undefined ，则结果为 true 。
(2) 如果 x 为 undefined ， y 为 null ，则结果为 true 。

在 == 中 null 和 undefined 相等（它们也与其自身相等），除此之外其他值都不存在这种情况。
也就是说除null和undefined外的所有类型值都不与他们抽象相等。

var a = null;
var b;
a == b; // true
a == null; // true
b == null; // true
a == false; // false
b == false; // false
a == ""; // false
b == ""; // false
a == 0; // false
b == 0; // false

4、对象和非对象之间的相等比较

关于引用类型（对象 / 函数 / 数组）和原始类型值（字符串 / 数字 / 布尔值）之间的相等比较。

ES5 规范 11.9.3.8-9 做如下规定：
(1) 如果 Type(x) 是字符串或数字， Type(y) 是对象，则返回 x == ToPrimitive(y)
的结果；
(2) 如果 Type(x) 是对象， Type(y) 是字符串或数字，则返回 ToPromitive(x) == y
的结果。

例如

var a = 42;
var b = [ 42 ];
a == b; // true

[ 42 ] == 42， 经过ToPrimitive([ 42 ]) -> [ 42 ].toString() -> "42";
"42" == 42， 再经过ToNumber("42") -> 42;
42 == 42; 返回true

5、其他少见的情况

Number.prototype.valueOf = function() {
  return 3;
};
new Number( 2 ) == 3; // true

而 2 == 3 不会有这种问题，因为 2 和 3 都是数字基本类型值，不会调用
Number.prototype.valueOf() 方法。而 Number(2) 涉及 ToPrimitive 强制类型
转换，因此会调用 valueOf() 。

还有文章开头的题：

if (a == 1 && a == 2) {
  alert('hello world!');
}

你也许觉得这不可能，因为 a 不会同时等于 2 和 3 。但“同时”一词并不准确，因为 a == 2 在 a == 3 之前执行。
如果让 a.valueOf() 每次调用都产生副作用，比如第一次返回 2 ，第二次返回 3 ，就会出现这样的情况。

var i = 1;
Number.prototype.valueOf = function() {
  return i++;
};
var a = new Number( 42 );
if (a == 1 && a == 2) {
  console.log( "Yep, this happened." );
  alert('hello world!');
}

再次强调，千万不要这样，也不要因此而抱怨强制类型转换。对一种机制的滥用并不能成为诟病它的借口。我们应该正确合理地运用强制类型转换，避免这些极端的情况。

总结

本文介绍了 JavaScript 的数据类型之间的转换：包括显式和隐式。

在处理强制类型转换的时候要十分小心，尤其是隐式强制类型转换。在编码的时候，要知其然，还要知其所以然，并努力让代码清晰易读。

本文大部分例子与描述来自 《你不知道的JavaScript》。