JS中的关系比较与相等比较运算

更新于 2017-01-08  约 14 分钟

在JS中的关系比较(Relational Comparison)运算,指的是像x < y这种大小值的关系比较。

而相等比较,可区分为标准相等(standard equality)比较x == y与严格相等(strict equality)比较x === y两大种类。严格相等比较会比较左边与右边运算元的数据类型,值相等比较则只看值,简单的来说是这样解释没错。

ToPrimitive运算的详细说明可参考: JS中的{} + {}与{} + []的结果是什么?

不过,这两种比较实际上依内部设计来说,并不是那么简单。当然,在一般的使用情况是不需要考量那么多,本文的说明会涉及许多JS内部设计的部份,对于这两种比较来作比较彻底的理解,主要的参考数据是ECMAScript的标准文件。

严格相等比较(严格相等比较演算)

严格相等比较的演算规则先理解,主要是因为在标准相等比较(只比较值不比较数据类型)时,它在演算时的某些情况下会跳到严格相等比较的规则来。

严格相等比较的演算规则很容易理解,按照以下的步骤进行比较,出自ecma-262 11.9.6:

以下假设为比较 x === y的情况,Type(x)指的是x的数据类型,Type(y)指的是y的类型,最终返回值只有true或false,会按照下面的步骤进行比较,如果有返回时就停止之后的步骤:

注: Type(x)在ECMAScript的标准中指的并不是用typeof返回出来的结果,而是标准内部给定的各种数据类型,共有Undefined, Null, Boolean, String, Number 与 Object。例如typeof null的结果是"object",但ECMAScript会认为Null是个独立的数据类型。

  1. Type(x)与Type(y)不同,返回false

  2. Type(x)是Undefined,返回true(当然此时Type(y)也是Undefined)

  3. Type(x)是Null,返回true(当然此时Type(y)也是Null)

  4. Type(x)是Number时

    • (a.) x是NaN,返回false

    • (b.) y是NaN,返回false

    • (c.) x与y是同样的数字,返回true

    • (d.) x是+0,y是-0,返回true

    • (e.) x是-0,y是+0,返回true

    • (f.) 其他情况,返回false

  5. Type(x)是String时,只有当x中的字符顺序与y中完全相同时(长度相同,字符所在位置也相同),返回true。其他情况就返回false。

  6. Type(x)是Boolean时,只有当x与y是同时为true或同时为false时,返回true。其它情况返回false。

  7. 只有当x与y同时参照到同一对象时,返回true。其它情况返回false。

备注: 这个演算与the SameValue Algorithm (9.12)不同之处在于,对于有号的0与NaN处理方式不同。

注: 同值演算(the SameValue Algorithm)是标准中的另一个内部演算法,只会用在很特别的地方,可以先略过不看。

从上述的严格相等比较中,可以很清楚的看到数字、字符串、布尔与null、undefined或对象是如何比较的。

标准相等比较(抽象相等比较演算)

标准相等比较的演算规则按照以下的步骤进行比较,出自ecma-262 11.9.3:

以下假设为比较 x == y的情况,Type(x)指的是x的数据类型,Type(y)指的是y的类型,最终返回值只有true或false,会按照下面的步骤进行比较,如果有返回时就停止之后的步骤:

  1. Type(x)与Type(y)相同时,进行严格相等比较

  2. x是undefined,而y是null时,返回true

  3. x是null,而y是undefined时,返回true

  4. Type(x)是Number而Type(y)是String时,进行x == ToNumber(y)比较

  5. Type(x)是String而Type(y)是Number时,进行ToNumber(x) == y比较

  6. Type(x)是Boolean时,进行ToNumber(x) == y

  7. Type(y)是Boolean时,进行x == ToNumber(y)

  8. Type(x)是Number或String其中一种,而Type(y)是个Object时,进行x == ToPrimitive(y)比较

  9. Type(x)是个Object,而Type(y)是Number或String其中一种时,进行ToPrimitive(x) == y比较

  10. 其他情况,返回false

备注1: 以下的是三种强制转换的标准比较情况:

  • 字符串比较: "" + a == "" + b.

  • 数字比较: +a == +b.

  • 布尔比较: !a == !b

备注2: 标准相等比较有以下的不变式(invariants):

  • A != B 相当于 !(A == B)

  • A == B 相当于 B == A

备注3: 相等比较运算不一定总是可以转变(transitive),例如:

  • new String("a") == "a" 与 "a" == new String("a") 的结果都是true

  • new String("a") == new String("a") 结果是false.

备注4: 字符串比较使用的是简单的字符测试。并非使用复杂的、语义导向的字符定义或是Unicode所定义的字符串相等或校对顺序。

注: 上述的ToNumber与ToPrimitive都是标准内部运算时使用的方法,并不是让开发者使用的。

由标准相等比较的演算得知,它的运算是以"数字为最优先",任何其它的类型如果与数字作相等比较,必定要先强制转为数字再比较。但这是一个相当具有隐藏作用的运算,在一般实作时,会很容易造成误解,例如以下的例子:

> 0 == []
true

> '' == []
true

上面这是因为空数组[],进行ToPrimitive运算后,得到的是空字符串,所以作值相等比较,相当于空字符串在进行比较。

> '[object Object]' == {}
true

> NaN == {}
false

上面的空对象字面量,进行ToPrimitive运算后,得到的是'[object Object]'字符串,这个值会如果与数字类型的NaN比较,会跳到同类型相等的严格相等比较中,NaN不论与任何数字作相等比较,一定是返回false。

> 1 == new Number(1)
true

> 1 === new Number(1)
false

> 1 === Number(1)
true

上面说明了,包装对象在JS中的内部设计中,标准的值相等比较是相同的,但严格相等比较是不同的值,包装对象仍然是个对象,只是里面的valueOf方法是返回这个对象里面带的原始数据类型值,经过ToPrimitive方法运算后,会返回原始数据的值。Number()函数调用只是转数字类型用的函数,这个用法经常会与包装对象的用法混在一起。

这个小节的结论是,在JS中没有必要的情况下,使用严格的相等比较为最佳的值相等比较方式,标准的相等容易产生不经意的副作用,有的时候你可能会得到不预期的结果。

关系比较(抽象关系比较演算)

关系比较的演算规则主要是按照以下的步骤进行比较,出自ecma-262 11.8.5:

以下假设为比较 x < y的情况,因为在标准中的抽象关系比较演算的说明比较复杂,有涉及布尔标记的以左方优先或右方优先,而且最终返回值有true、false与undefined,实际上最终不会有undefined值出现,即是得到false而已,以下为只考虑左方优先(LeftFirst)的简化过的步骤。会按照下面的步骤进行比较,如果有返回时就停止之后的步骤:

  • (1. & 2.) x经过ToPrimitive(x, hint Number)运算为px值,y经过ToPrimitive(y, hint Number)运算为py值

  • (3.) 如果Type(px)与Type(py)不同时为String时

    • (a.b.) px作ToNumber(px)运算,得到nx值,与py作ToNumber(py)值,得到ny值

    • (c.d.) nx或ny中有其一为NaN时,返回undefined

    • (e.) nx与ny是同样的Number值,返回false

    • (f.) nx是+0,而且ny是−0,返回false

    • (g.) nx是−0,而且ny是+0,返回false.

    • (h.) nx是+∞,返回false

    • (i.) ny是+∞,返回true

    • (j.) ny是−∞,返回false

    • (k.) nx是−∞,返回true

    • (l.) 如果在数学上的值,nx小于ny,而且nx与ny是有限值(finite),而且不同时为0时,返回true。否则返回false。

  • (4.) 如果Type(px)与Type(py)同时为String时

    • (a.) 如果py是px的前缀(prefix)时,返回false (前缀代表px字符串中是由py字符串组成的,py只是px的子字符串的情况)

    • (b.) 如果px是py的前缀(prefix)时,返回true

    • (c.d.e.f) 以字符串中的按顺序的字符,用字符的编码整数的大小来比较。k是可得到的一个最小非负整数,在px与py中的k位置有不同的字符(从左边算过来)。在px中某个位置k的字符编码整数为m,在py某个位置k的字符编辑为n,如果m < n,则返回true,否则返回false

备注2: 字符串比较使用的是简单的词典顺序测试。并非使用复杂的、语义导向的字符定义或是Unicode所定义的字符串相等或校对顺序。

注: +∞相当于全局属性InfinityNumber.POSITIVE_INFINITY−∞相当于全局属性-InfinityNumber.NEGATIVE_INFINITY

关系比较基本上要区分为数字类型与字符串类型,但依然是以"数字"为最优先的比较,只要有其他类型与数字相比较,一定会先被强制转换为数字。但在这之前,需要先用ToPrimitive而且是hint为数字来转换为原始数据类型。

以下为一些与对象、数组、Date对象的关系比较例子:

> 1 < (new Date())
true

> 1 > (new Date())
false

> [] < 1
true

> [] > 1
false

> ({}) < 1
false

> ({}) > 1
false

虽然在标准中的抽象关系比较演算中,有存在一种返回值undefined,但在真实的情况并没有这种返回值,相当不论怎么比较都是得到false的值。上面的例子中,空对象({})的ToPrimitive运算得出的是'[object Object]'字符串值,经过ToNumber运算会得到NaN数字类型的值,这个值不论与数字1作大于小于的关系运算,都是false。

Date()对象因为ToPrimitive运算的hint为数字,所以也是会作转换为数字类型的值为优先(也就是调用valueOf为优先),所以并不是正常情况的以输出字符串为优先(也就是调用toString方法为优先)的预设情况。

以下为一些字符串关系比较的例子:

> 'a' > ''
true

> 'a' < ''
false

> 'a' > []
true

> 'a' < []
false

> 'a' > ({})
true

> 'a' < ({})
false

字符串与空字符串相比,都是套用前缀(prefix)的规则步骤,因为空字符串算是所有字符串的前缀(组成的子字符串之一),所以必然地所有有值的字符串值一定是大于空字符串。

空数组经过ToPrimitive运算出来的是空字符串,所以与空字符串相比较的结果相同。

空对象经过ToPrimitive运算出来的是'[object Object]'字符串值,以'a'.charCodeAt(0)计算出的值是字符编码是97数字,而'['.charCodeAt(0)则是91数字,所以'a' > ({})会是得到true。

如果开始混用数字与字符串比较,可能是有陷阱的比较例子:

> '11' > '3'
false

> '11' > 3
true

> 'one' < 3
false

> 'one' > 3
false

'11'与'3'相比较,其实都是字符串比较,要依照可比较的字符位置来比较,也就是'1'与'3'字符的比较,它们的字符编码数字分别是49与51,所以'1' < '3',这里的运算的结果必然是返回false。

'11'与3数字比较,是会强制都转为数字来比较,'11'会转为11数字值,所以大于3。

'one'这个字符串转为数字后,是NaN这个数字值,NaN与任何数字比较,既不大于也不小于,不论作大于或小于,都是返回false。(实际上在标准中它这种返回值叫undefined)

字符串与数字之外其他的原始数据类型的比较,只要记得原则就是强制转为数字来比较就是了,以下为例子:

> true > null
true

> false > undefined
false

简单地说明在ToNumber运算时,这些其他的原始数据类型值的转换结果如下:

  • Undefined -> NaN

  • Null -> +0

  • Boolean -> (true -> 1, false -> 0)

注: JS认为+0与-0是完全相同的值,在严格相等比较中是相等的。

注: 字符串比较实际上是拆为字符在词典表中的编辑整数值来比较,对于非英语系的语言,JS另外有提供String.prototype.localeCompare的方法来进行局部语言的比较工作。

总结

本章延伸了之前的加法运算文章中的ToPrimitive运算解说的部份,较为仔细的来研究JS中的相等比较(包含标准的与严格的)与关系比较的部份。至于没提到的,不相等(==)与严格不相等(!==),或是大于等于(>=)或小于等于(<=)只是这些演算规划的再组合结果而已。

标准的值相等比较(==),是一种有不经意的副作用的运算,不管如何,开发者必定要尽量避免,比较前可以自行转换类型的方式,再作严格的相等比较,本章也有说明为何要避免使用它的理由。

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