BigInt: JavaScript에서 임의 정밀도를 가진 정수
BigInt는 JavaScript에서 임의 정밀도로 정수를 표현할 수 있는 새로운 숫자형 원시 자료형입니다. BigInt를 사용하면 Number의 안전한 정수 범위를 초과하는 큰 정수를 안전하게 저장하고 연산할 수 있습니다. 이 글은 몇 가지 사용 사례를 살펴보고 BigInt와 Number를 비교하여 Chrome 67에서 추가된 새로운 기능을 설명합니다.
사용 사례
임의 정밀도 정수는 JavaScript를 위한 많은 새로운 사용 사례를 열어 줍니다.
BigInt는 정수 산술을 정확하게 수행할 수 있도록 하며 오버플로가 발생하지 않도록 합니다. 이것만으로도 새로운 가능성을 무수히 열 수 있습니다. 예를 들어 금융 기술에서는 대규모 숫자에 대한 수학적 연산이 흔히 사용됩니다.
대규모 정수 ID와 고정밀 타임스탬프는 JavaScript에서 Number로 안전하게 표현될 수 없습니다. 이는 종종 실제 버그를 초래하며, JavaScript 개발자가 이를 대신 문자열로 표현하도록 합니다. 이제 BigInt를 사용하면 이 데이터를 수치 값으로 표현할 수 있습니다.
BigInt는 결국 BigDecimal 구현의 기초가 될 수 있습니다. 이는 소수 정밀도를 가진 금액을 표현하고 정확하게 연산하는 데 유용합니다(즉, 0.10 + 0.20 !== 0.30 문제).
이전에는 이러한 사용 사례를 가진 JavaScript 애플리케이션이 BigInt와 비슷한 기능을 모방하는 사용자 라이브러리를 사용해야 했습니다. BigInt가 널리 사용 가능해지면 이러한 애플리케이션은 실행 시간 종속성을 제거하고 원시 BigInt를 선호할 수 있습니다. 이렇게 하면 로드 시간, 파싱 시간 및 컴파일 시간이 줄어들고 실행 시간 성능도 크게 향상됩니다.
현재 상황: Number
JavaScript의 Number는 배정밀도 실수 형태로 표현됩니다. 이는 제한된 정밀도를 가지는 것을 의미합니다. Number.MAX_SAFE_INTEGER 상수는 안전하게 증가할 수 있는 최대 정수를 제공합니다. 그 값은 2**53-1입니다.
const max = Number.MAX_SAFE_INTEGER;
// → 9_007_199_254_740_991
참고: 숫자의 가독성을 높이기 위해 큰 숫자를 천 단위로 그룹화하고 밑줄을 구분자로 사용하고 있습니다. 숫자 리터럴 구분자 제안은 JavaScript 숫자 리터럴에 대해 정확히 이러한 기능을 제공합니다.
한 번 증가시키면 예상 결과를 얻습니다:
max + 1;
// → 9_007_199_254_740_992 ✅
하지만 한 번 더 증가시키면 결과는 더 이상 JavaScript Number로 정확하게 표현되지 않습니다:
max + 2;
// → 9_007_199_254_740_992 ❌
max + 1과 max + 2가 동일한 결과를 생성한다는 점에 주목하세요. JavaScript에서 이 특정 값을 얻을 때 정확하거나 그렇지 않은지를 확인할 방법이 없습니다. 안전한 정수 범위를 넘어서는 정수에 대한 모든 계산(Number.MIN_SAFE_INTEGER에서 Number.MAX_SAFE_INTEGER까지)은 정밀도를 잃을 가능성이 있습니다. 이러한 이유로 우리는 안전 범위 내의 정수 값을 신뢰할 수 있습니다.
새로운 기능: BigInt
BigInt는 JavaScript에서 임의 정밀도로 정수를 표현할 수 있는 새로운 숫자형 원시 자료형입니다. BigInt를 사용하면 Number의 안전한 정수 한계를 초과하는 큰 정수를 안전하게 저장하고 연산할 수 있습니다.
BigInt를 생성하려면, 정수 리터럴 뒤에 n 접미사를 추가하면 됩니다. 예를 들어, 123은 123n이 됩니다. 전역 BigInt(number) 함수는 Number를 BigInt로 변환하는 데 사용할 수 있습니다. 다시 말해, BigInt(123) === 123n입니다. 이전에 해결하려 했던 문제를 이 두 가지 기술을 사용해 해결해 보겠습니다:
BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2n;
// → 9_007_199_254_740_993n ✅
다른 예에서는 두 Number를 곱해봅니다:
1234567890123456789 * 123;
// → 151851850485185200000 ❌
9와 3이라는 가장 적은 자릿수를 보면, 곱셈 결과가 7로 끝나야 한다는 것을 알 수 있습니다 (9 * 3 === 27). 그러나 결과는 여러 개의 0으로 끝납니다. 이것은 정확하지 않습니다! 대신 BigInt를 사용하여 다시 시도해 보겠습니다:
1234567890123456789n * 123n;
// → 151851850485185185047n ✅
이번에는 올바른 결과를 얻었습니다.
BigInt에서는 Number의 안전한 정수 범위 제한이 적용되지 않습니다. 따라서 BigInt를 사용하면 정밀도를 잃는 걱정 없이 올바른 정수 계산을 수행할 수 있습니다.
새로운 기본형
BigInt는 자바스크립트 언어의 새로운 기본형입니다. 따라서 typeof 연산자를 사용하여 감지할 수 있는 자체 유형을 갖습니다:
typeof 123;
// → 'number'
typeof 123n;
// → 'bigint'
BigInt는 별도의 타입으로, 예를 들어 42n !== 42처럼 Number와 절대적으로 같지 않습니다. BigInt를 Number와 비교하려면 비교를 수행하기 전에 한 유형에서 다른 유형으로 변환하거나 추상적 동등(==)을 사용하십시오:
42n === BigInt(42);
// → true
42n == 42;
// → true
if, &&, ||, 또는 Boolean(int) 등을 사용할 때 강제적으로 부울 값으로 변환될 때, BigInt는 Number와 동일한 논리를 따릅니다.
if (0n) {
console.log('if');
} else {
console.log('else');
}
// → logs 'else', because `0n` is falsy.
연산자
BigInt는 일반적인 대부분의 연산자를 지원합니다. 이항 +, -, *, 그리고 **는 예상대로 작동합니다. /와 %는 작동하며, 필요에 따라 0으로 반올림됩니다. 비트 연산 |, &, <<, >>, 그리고 ^는 음수 값에 대해 2의 보수 표현을 가정하여 비트 계산을 수행하며, 이는 Number에서와 동일합니다.
(7 + 6 - 5) * 4 ** 3 / 2 % 3;
// → 1
(7n + 6n - 5n) * 4n ** 3n / 2n % 3n;
// → 1n
단항 -를 사용하여 음의 BigInt 값을 나타낼 수 있습니다, 예: -42n. 그러나 단항 +는 지원되지 않습니다. 이는 +x가 항상 Number 또는 예외를 생성해야 한다고 예상하는 asm.js 코드를 깨뜨리기 때문입니다.
BigInt와 Number 간의 연산을 섞는 것은 허용되지 않습니다. 이는 암시적 변환이 정보를 잃을 수 있기 때문에 좋은 일입니다. 다음 예제를 고려해 보십시오:
BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER) + 2.5;
// → ?? 🤔
결과가 무엇이어야 할까요? 여기에 좋은 답이 없습니다. BigInt는 분수를 표현할 수 없고, Number는 안전한 정수 범위 이상의 BigInt를 표현할 수 없습니다. 따라서 BigInt와 Number 간의 연산을 섞으면 TypeError 예외가 발생합니다.
이 규칙에 대한 유일한 예외는 비교 연산자인 ===, <, 그리고 >=입니다 – 이는 부울 값을 반환하므로 정확도 손실 위험이 없습니다.
1 + 1n;
// → TypeError
123 < 124n;
// → true
BigInt와 Number는 일반적으로 혼합되지 않으므로, 기존 코드를 Number 대신 BigInt로 업그레이드하거나 과도하게 사용하지 마십시오. 두 도메인 중 하나를 결정하여 작업한 후 그에 충실하십시오. 잠재적으로 큰 정수에 대해 작업하는 새로운 API의 경우 BigInt가 최선의 선택입니다. 안전한 정수 범위에 있는 정수 값에 대해서는 여전히 Number가 적합합니다.
>>> 연산자는 BigInt가 항상 부호 있는 값이므로 의미가 없습니다. 이 때문에 BigInt에서는 >>>가 작동하지 않습니다.
API
BigInt-전용 여러 API가 제공됩니다.
글로벌 BigInt 생성자는 Number 생성자와 유사합니다: 그것은 인수를 BigInt로 변환합니다 (앞서 언급된 바와 같이). 변환이 실패하면 예외 SyntaxError 또는 RangeError를 발생시킵니다.
BigInt(123);
// → 123n
BigInt(1.5);
// → RangeError
BigInt('1.5');
// → SyntaxError
첫 번째 예제는 숫자 리터럴을 BigInt()에 전달합니다. 이는 안 좋은 관행입니다. Number는 정밀도 손실을 겪기 때문에, BigInt 변환이 발생하기 전에 이미 정밀도를 잃을 수 있습니다:
BigInt(123456789123456789);
// → 123456789123456784n ❌
이런 이유로, BigInt 리터럴 표기법 (n 접미사 사용)에 충실하거나 문자열 (절대 Number가 아님)을 대신 BigInt()에 전달할 것을 권장합니다:
123456789123456789n;
// → 123456789123456789n ✅
BigInt('123456789123456789');
// → 123456789123456789n ✅
두 개의 라이브러리 함수는 BigInt 값을 지정된 비트 수로 제한된 부호 있는 또는 부호 없는 정수로 래핑합니다. BigInt.asIntN(width, value)는 BigInt 값을 width-자리 이진 부호 정수로 래핑하고, BigInt.asUintN(width, value)는 BigInt 값을 width-자리 이진 부호 없는 정수로 래핑합니다. 예를 들어 64비트 산술을 수행하는 경우, 이 API를 사용하여 적절한 범위 내에 유지할 수 있습니다:
// signed 64-bit 정수로 표현 가능한 가장 높은 BigInt 값.
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
BigInt.asIntN(64, max);
// → 9223372036854775807n
BigInt.asIntN(64, max + 1n);
// → -9223372036854775808n
// ^ 오버플로로 인해 음수 값
64비트 정수 범위(절대 숫자 값에 대해 63비트 + 부호에 대해 1비트)를 초과하는 BigInt 값을 전달하자마자 오버플로우가 발생하는 것을 확인하십시오.
BigInt는 다른 프로그래밍 언어에서 일반적으로 사용되는 64비트 부호형 및 부호없는 정수를 정확하게 표현할 수 있도록 합니다. 두 가지 새로운 형식 배열 형식인 BigInt64Array와 BigUint64Array는 이러한 값들의 목록을 효율적으로 표현하고 작업하기 쉽게 만들어줍니다:
const view = new BigInt64Array(4);
// → [0n, 0n, 0n, 0n]
view.length;
// → 4
view[0];
// → 0n
view[0] = 42n;
view[0];
// → 42n
BigInt64Array 형식은 값들이 부호형 64비트 한도를 초과하지 않도록 보장합니다.
// 부호형 64비트 정수로 표현 가능한 가장 높은 BigInt 값입니다.
const max = 2n ** (64n - 1n) - 1n;
view[0] = max;
view[0];
// → 9_223_372_036_854_775_807n
view[0] = max + 1n;
view[0];
// → -9_223_372_036_854_775_808n
// ^ 오버플로우로 인해 음수가 됨
BigUint64Array 형식은 대신 부호없는 64비트 한도를 사용하여 동일한 작업을 수행합니다.
BigInt를 폴리필 및 트랜스파일링하기
BigInt가 작성 당시에는 Chrome에서만 지원됩니다. 다른 브라우저들도 구현 작업을 적극적으로 진행 중입니다. 그렇다면 브라우저 호환성을 포기하지 않으면서 오늘 BigInt 기능을 사용하고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 흥미로운 답변이 있습니다.
대부분의 현대적인 JavaScript 기능과 다르게, BigInt는 ES5로 합리적으로 트랜스파일할 수 없습니다.
BigInt 제안은 연산자의 동작을 변경하여(+, >= 등) BigInt에서 작동하도록 만듭니다. 이러한 변경은 직접 폴리필할 수 없으며 대부분의 경우 Babel이나 유사한 도구를 사용하여 BigInt 코드를 대체 코드로 트랜스파일링하는 것도 불가능합니다. 그 이유는 프로그램 내의 모든 연산자를 타입 검사를 수행하는 함수 호출로 대체해야 한다는 것인데, 이로 인해 감당할 수 없는 실행 성능 저하가 발생합니다. 또한, 트랜스파일된 번들의 파일 크기를 크게 증가시켜 다운로드, 파싱 및 컴파일 시간이 부정적으로 영향을 받습니다.
보다 실행 가능하고 미래 지향적인 해결책은 JSBI 라이브러리를 사용하여 코드를 작성하는 것입니다. JSBI는 V8 및 Chrome의 BigInt 구현을 JavaScript로 포팅한 것으로, 본래 BigInt 기능처럼 정확히 작동합니다. 차이점은 구문에 의존하는 대신 API를 노출한다는 점입니다:
import JSBI from './jsbi.mjs';
const max = JSBI.BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
const two = JSBI.BigInt('2');
const result = JSBI.add(max, two);
console.log(result.toString());
// → '9007199254740993'
모든 브라우저에서 BigInt가 기본적으로 지원되면 babel-plugin-transform-jsbi-to-bigint를 사용하여 코드를 네이티브 BigInt 코드로 트랜스파일링하고 JSBI 종속성을 제거할 수 있습니다. 예를 들어 위 예제는 다음으로 트랜스파일됩니다:
const max = BigInt(Number.MAX_SAFE_INTEGER);
const two = 2n;
const result = max + two;
console.log(result);
// → '9007199254740993'
추가 읽기 자료
BigInt가 내부적으로 어떻게 작동하는지 (예: 메모리에서 어떻게 표현되고 연산은 어떻게 수행되는지)에 관심이 있다면, 구현 세부 사항에 대한 V8 블로그 게시물을 읽어보십시오.