解决 JS 大整数精度丢失？一文读懂 BigInt 的底层逻辑与实战规则

一、BigInt 出现的背景

要理解 BigInt 的底层原理，首先需要明确它解决的核心问题 ------Number 类型的精度瓶颈。

JavaScript 中的 Number 基于 IEEE 754 双精度浮点数标准（64 位）设计，其存储结构分为三部分：

符号位（1 位）：表示数字的正负；
指数位（11 位）：控制数字的量级，范围为 -1023 ~ 1024；
尾数位（52 位）：存储数字的有效精度，最多可表示 2^53 - 1 个不同的整数（即 9007199254740991）。

尾数部分只有 52 位，这意味着它只能精确地表示 53 位（包括一个隐含的开头的 1）的整数 1 。当一个整数的绝对值超过 2^53 - 1 时，JavaScript 的 Number 类型就无法精确地表示所有的整数了。

具体来说，为了表示更大的数字，浮点数会通过调整指数来"移动"小数点，但尾数部分的位数是固定的。当数字太大时，尾数无法存储所有的有效数字，导致一些低位的数字被舍弃，从而造成精度丢失。

例如： Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1 可以正确表示，但 Number.MAX_SAFE_INTEGER + 2 就会出现精度问题，结果仍然是 Number.MAX_SAFE_INTEGER + 1 4 。

隐含的开头的 1 ：

由于在二进制中，任何非零的规范化浮点数的尾数总是以 1. 开头（例如 1.01101 * 2^5 ），这个开头的 1 是固定不变的。既然它总是 1 ，那么在存储的时候就没有必要显式地存储它。通过不存储这个隐含的 1 ，而是假定它总是存在，我们就可以将尾数部分的存储空间多用于存储一位小数部分。对于 52 位的尾数存储空间来说，加上这个隐含的 1 ，实际上就相当于有了 53 位的精度。

为解决 "大整数精确表示" 这一痛点，BigInt 应运而生。它不依赖浮点数标准，BigInt 采用变长字节数组（Variable-Length Byte Array）作为底层存储结构。它不限制存储长度，会根据整数的实际大小动态分配存储空间。例如，存储一个 100 位的整数时，BigInt 会自动分配足够的字节来容纳所有数字位，确保每一位都能被精确存储。这种动态适配的存储方式，从根本上打破了 Number 的精度限制，让 BigInt 能够轻松处理任意大小的整数，无论是几百位还是几千位的超大整数，都能保持完整的精度。

二、BigInt 的存储结构：如何实现 "无限精度"？

ECMAScript规范中定义的BigInt方法：tc39.es/proposal-bi...

BigInt在V8中通过 BigIntBase 类的实例存储，主要包含三个关键部分：

位域存储符号和长度

c++ 复制代码

/** 存储符号和长度的位域，使用原子操作确保并发安全 
*/
std::atomic_uint32_t bitfield_;

这个32位的原子整数巧妙地存储了两个关键信息：

1个位用于存储符号（SignBits）：0表示正数，1表示负数
30个位用于存储长度（LengthBits）：表示BigInt包含的digit数量
位域设计允许并发读取长度，并通过原子操作确保线程安全。

灵活数组成员存储数字数据

c++ 复制代码

/** 灵活数组成员，存储BigInt的实际数字数据 */
FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER(UnalignedValueMember<digit_t>, raw_digits);

这是BigInt存储的核心，一个可变长度的数组，其中：

digit_t 是基本数字类型，定义为 uintptr_t ，在64位平台上为64位，32位平台上为32位
采用最低有效位优先的方式存储数字
每个digit包含 kDigitBits = kDigitSize * kBitsPerByte 个位

可选的内存对齐填充

c++ 复制代码

/** 在需要对齐的平台上添加的填充 */
#ifdef BIGINT_NEEDS_PADDING
    char padding_[4];
#endif

在某些64位平台上，为确保数字数组正确对齐（按8字节）而添加的填充。

2.4 数字表示方式

BigInt的数值表示遵循以下原则：

零值表示：当 length() == 0 时，表示零值，此时符号位被忽略
负数表示：通过符号位标记，内部数字数据始终以绝对值形式存储
位数限制：BigInt支持的最大位数约为10亿位（ kMaxLengthBits = 1 << 30 ）
平台优化：利用平台原生指针大小作为数字单位，优化性能和内存使用

Bigint的使用

运算规则

BigInt 作为专为大整数设计的类型，其运算规则围绕 "避免精度丢失" 和 "类型安全" 展开，与 Number 存在明显差异，核心约束主要体现在位运算限制 和混合运算限制两方面：

位运算限制：不支持无符号右移（>>>）

由于 BigInt 可表示任意长度的整数，且默认支持正负整数，而无符号右移（>>>）会将数值视为 "无符号数"（即忽略符号位，仅按绝对值处理），这与 BigInt 兼顾正负、无长度限制的设计理念冲突。因此，BigInt 明确不支持 >>> 操作，若强行使用会直接抛出语法错误。

混合运算限制：禁止 BigInt 与 Number 直接运算

为避免隐式转换导致的精度丢失，BigInt 与 Number 不能直接进行加减乘除等算术运算，必须先将其中一种类型显式转换为另一种类型。若直接混合运算，JavaScript 会抛出 TypeError，明确拒绝这种 "不安全" 的操作。

类型转换

BigInt 的类型转换规则远严于 Number，不支持隐式转换，所有跨类型操作均需显式处理，以此避免意外的精度丢失或逻辑错误。而 Number 则允许灵活的隐式转换，虽便捷但存在潜在风险。

与 Number 比较：=== 会同时校验值和类型，因此 10n === 10 结果为 false；== 虽会尝试类型转换，但仍需注意精度（仅当 BigInt 在 Number 安全范围内时，10n == 10 才为 true）。
转换为字符串：无隐式转换，需手动调用 toString() 方法，否则会抛出错误。
转换为布尔值：仅 0n 转换为 false，其他 BigInt 值均转换为 true，但需显式使用 Boolean() 函数，无隐式转换（如 if (10n) 虽能正常判断，但本质是引擎对 "真值" 的判断，非类型转换）。

js 复制代码

const bigVal = 10n;
const zeroBigVal = 0n;

// 1. 与 Number 比较
console.log(bigVal === 10); // 结果：false（类型不同）
console.log(bigVal == 10);  // 结果：true（值相等且在安全范围内，隐式转换生效）
console.log(9007199254740993n == 9007199254740993); // 结果：false（BigInt 超出安全范围，转换后值不相等）

// 2. 转换为字符串
try {
  const str1 = '数值：' + bigVal; // 无隐式转换，报错
} catch (error) {
  console.error(error.message); // 输出："Uncaught TypeError: Cannot convert a BigInt value to a string implicitly"
}
const str2 = '数值：' + bigVal.toString(); 
console.log(str2); // 结果："数值：10"（显式转换成功）

// 3. 转换为布尔值
console.log(Boolean(bigVal));    // 结果：true
console.log(Boolean(zeroBigVal));// 结果：false
console.log(if (bigVal));        // 结果：true（引擎真值判断，非类型转换）