JavaScript 运算符规则与隐式类型转换详解

JavaScript 运算符规则与隐式类型转换详解 从属于笔者的现代 JavaScript 开发：语法基础与工程实践系列文章，主要探讨 JavaScript 中令人迷惑的加减乘除与比较等常见运算中的规则与隐式类型转换；本文中涉及的参考资料全部声明在了JavaScript 数据结构学习与实践资料索引。

隐式类型转换

在 JavaScript 中，当我们进行比较操作或者加减乘除四则运算操作时，常常会触发 JavaScript 的隐式类型转换机制；而这部分也往往是令人迷惑的地方。譬如浏览器中的 console.log 操作常常会将任何值都转化为字符串然后展示，而数学运算则会首先将值转化为数值类型（除了 Date 类型对象）然后进行操作。

我们首先来看几组典型的 JavaScript 中运算符操作结果，希望阅读完本部分之后能够对每一个条目都能进行合理解释：

// 比较
[] == ![] // true
NaN !== NaN // true

1 == true // true
2 == true // false
"2" == true // flase

null > 0 // false
null < 0 // false
null == 0 // false
null >= 0 // true

// 加法
true + 1 // 1
undefined + 1 // NaN

let obj = {};

{} + 1 // 1，这里的 {} 被当成了代码块
{ 1 + 1 } + 1 // 1

obj + 1 // [object Object]1
{} + {} // Chrome 上显示 "[object Object][object Object]"，Firefox 显示 NaN

[] + {} // [object Object]
[] + a // [object Object]
+ [] // 等价于 + "" => 0
{} + [] // 0
a + [] // [object Object]

[2,3] + [1,2] // '2,31,2'
[2] + 1 // '21'
[2] + (-1) // "2-1"

// 减法或其他操作，无法进行字符串连接，因此在错误的字符串格式下返回 NaN
[2] - 1 // 1
[2,3] - 1 // NaN
{} - 1 // -1

原始类型间转换

JavaScript 中我们常说的原始类型包括了数值类型、字符串类型、布尔类型与空类型这几种；而我们常用的原始类型之间的转换函数就是 String、Number 与 Boolean:

// String
let value = true;
console.log(typeof value); // boolean

value = String(value); // now value is a string "true"
console.log(typeof value); // string

// Number
let str = "123";
console.log(typeof str); // string

let num = Number(str); // becomes a number 123

console.log(typeof num); // number

let age = Number("an arbitrary string instead of a number");

console.log(age); // NaN, conversion failed

// Boolean
console.log( Boolean(1) ); // true
console.log( Boolean(0) ); // false

console.log( Boolean("hello") ); // true
console.log( Boolean("") ); // false

最终，我们可以得到如下的 JavaScript 原始类型转换表（包括复合类型向原始类型转换的范例）：

原始值	转化为数值类型	转化为字符串类型	转化为 Boolean 类型
false	0	"false"	false
true	1	"true"	true
0	0	"0"	false
1	1	"1"	true
"0"	0	"0"	true
"1"	1	"1"	true
NaN	NaN	"NaN"	false
Infinity	Infinity	"Infinity"	true
-Infinity	-Infinity	"-Infinity"	true
""	0	""	false
"20"	20	"20"	true
"twenty"	NaN	"twenty"	true
[ ]	0	""	true
[20]	20	"20"	true
[10,20]	NaN	"10,20"	true
["twenty"]	NaN	"twenty"	true
["ten","twenty"]	NaN	"ten,twenty"	true
function(){}	NaN	"function(){}"	true
{ }	NaN	"[object Object]"	true
null	0	"null"	false
undefined	NaN	"undefined"	false

ToPrimitive

在比较运算与加法运算中，都会涉及到将运算符两侧的操作对象转化为原始对象的步骤；而 JavaScript 中这种转化实际上都是由 ToPrimitive 函数执行的。实际上，当某个对象出现在了需要原始类型才能进行操作的上下文时，JavaScript 会自动调用 ToPrimitive 函数将对象转化为原始类型；譬如上文介绍的 alert 函数、数学运算符、作为对象的键都是典型场景，该函数的签名如下：

ToPrimitive(input, PreferredType?)

为了更好地理解其工作原理，我们可以用 JavaScript 进行简单地实现：

var ToPrimitive = function(obj,preferredType){
  var APIs = {
    typeOf: function(obj){
      return Object.prototype.toString.call(obj).slice(8,-1);
    },
    isPrimitive: function(obj){
      var _this = this,
          types = ['Null','Undefined','String','Boolean','Number'];
      return types.indexOf(_this.typeOf(obj)) !== -1; 
    }
  };
  // 如果 obj 本身已经是原始对象，则直接返回
  if(APIs.isPrimitive(obj)) {return obj;}
  
  // 对于 Date 类型，会优先使用其 toString 方法；否则优先使用 valueOf 方法
  preferredType = (preferredType === 'String' || APIs.typeOf(obj) === 'Date' ) ? 'String' : 'Number';
  if(preferredType==='Number'){
    if(APIs.isPrimitive(obj.valueOf())) { return obj.valueOf()};
    if(APIs.isPrimitive(obj.toString())) { return obj.toString()};
  }else{
    if(APIs.isPrimitive(obj.toString())) { return obj.toString()};
    if(APIs.isPrimitive(obj.valueOf())) { return obj.valueOf()};
  }
  throw new TypeError('TypeError');
}

我们可以简单覆写某个对象的 valueOf 方法，即可以发现其运算结果发生了变化：

let obj = {
    valueOf:() => {
        return 0;
    }
}

obj + 1 // 1

如果我们强制将某个对象的 valueOf 与 toString 方法都覆写为返回值为对象的方法，则会直接抛出异常。

obj = {
        valueOf: function () {
            console.log("valueOf");
            return {}; // not a primitive
        },
        toString: function () {
            console.log("toString");
            return {}; // not a primitive
        }
    }

obj + 1
// error
Uncaught TypeError: Cannot convert object to primitive value
    at <anonymous>:1:5

值得一提的是对于数值类型的 valueOf() 函数的调用结果仍为数组，因此数组类型的隐式类型转换结果是字符串。而在 ES6 中引入 Symbol 类型之后，JavaScript 会优先调用对象的 [Symbol.toPrimitive] 方法来将该对象转化为原始类型，那么方法的调用顺序就变为了：

• 当 obj[Symbol.toPrimitive](preferredType) 方法存在时，优先调用该方法；
• 如果 preferredType 参数为 String，则依次尝试 obj.toString() 与 obj.valueOf()；
• 如果 preferredType 参数为 Number 或者默认值，则依次尝试 obj.valueOf() 与 obj.toString()。

而 [Symbol.toPrimitive] 方法的签名为：

obj[Symbol.toPrimitive] = function(hint) {
  // return a primitive value
  // hint = one of "string", "number", "default"
}

我们同样可以通过覆写该方法来修改对象的运算表现：

user = {
  name: "John",
  money: 1000,

  [Symbol.toPrimitive](hint) {
    console.log(`hint: ${hint}`);
    return hint == "string" ? `{name: "${this.name}"}` : this.money;
  }
};

// conversions demo:
console.log(user); // hint: string -> {name: "John"}
console.log(+user); // hint: number -> 1000
console.log(user + 500); // hint: default -> 1500

比较运算

JavaScript 为我们提供了严格比较与类型转换比较两种模式，严格比较（===）只会在操作符两侧的操作对象类型一致，并且内容一致时才会返回为 true，否则返回 false。而更为广泛使用的 == 操作符则会首先将操作对象转化为相同类型，再进行比较。对于 <= 等运算，则会首先转化为原始对象（Primitives），然后再进行对比。

标准的相等性操作符（== 与 !=）使用了Abstract Equality Comparison Algorithm来比较操作符两侧的操作对象（x == y），该算法流程要点提取如下：

• 如果 x 或 y 中有一个为 NaN，则返回 false；
• 如果 x 与 y 皆为 null 或 undefined 中的一种类型，则返回 true（null == undefined // true）；否则返回 false（null == 0 // false）；
• 如果 x,y 类型不一致，且 x,y 为 String、Number、Boolean 中的某一类型，则将 x,y 使用 toNumber 函数转化为 Number 类型再进行比较；
• 如果 x，y 中有一个为 Object，则首先使用 ToPrimitive 函数将其转化为原始类型，再进行比较。

我们再来回顾下文首提出的 [] == ![] 这个比较运算，首先 [] 为对象，则调用 ToPrimitive 函数将其转化为字符串 ""；对于右侧的 ![]，首先会进行显式类型转换，将其转化为 false。然后在比较运算中，会将运算符两侧的运算对象都转化为数值类型，即都转化为了 0，因此最终的比较结果为 true。在上文中还介绍了 null >= 0 为 true 的这种比较结果，在 ECMAScript 中还规定，如果 < 为 false，则 >= 为 true。

加法运算

对于加法运算而言，JavaScript 首先会将操作符两侧的对象转换为 Primitive 类型；然后当适当的隐式类型转换能得出有意义的值的前提下，JavaScript 会先进行隐式类型转换，再进行运算。譬如 value1 + value2 这个表达式，首先会调用 ToPrimitive 函数将两个操作数转化为原始类型：

prim1 := ToPrimitive(value1)
prim2 := ToPrimitive(value2)

这里将会优先调用除了 Date 类型之外对象的 valueOf 方法，而因为数组的 valueOf 方法的返回值仍为数组类型，则会返回其字符串表示。而经过转换之后的 prim1 与 prim2 中的任一个为字符串，则会优先进行字符串连接；否则进行加法计算。