如何在JavaScript TypedArray中存储和读取二进制矩阵？

优化现有TypedArray实现（推荐方案） #

无需转二进制的按位运算实现 #

你当前将整数转为二进制字符串再做运算的操作完全冗余，按位运算可以直接在TypedArray的字节维度逐位对齐执行：

• 假设你要对第i行和第j行做按位与/或/异或操作，先分别拿到两行对应的Uint8切片，逐字节执行运算即可：

  // subarray是原缓冲区的引用，不会发生内存拷贝，比slice快数倍
  const rowA = uint8Buffer.subarray(i * rowLength, (i+1)*rowLength);
  const rowB = uint8Buffer.subarray(j * rowLength, (j+1)*rowLength);
  const result = new Uint8Array(rowLength);
  for (let k = 0; k < rowLength; k++) {
    result[k] = rowA[k] & rowB[k]; // 替换为|、^即可实现或、异或运算
  }
  

• 如果需要读取某一行的单个比特位，也不需要转字符串，直接计算偏移即可：

  // 读取第i行第col位的值，返回0或1
  function getBit(i, col) {
    const byteIdx = Math.floor(col / 8) + i * rowLength;
    const bitOffset = 7 - (col % 8); // 可按需调整大小端顺序
    return (uint8Buffer[byteIdx] >> bitOffset) & 1;
  }
  

额外优化点 #

• 不需要提前把列数补到8的倍数，只需要存储原始列数originalCol，运算和读取时跳过最后一个字节的补位部分即可，能进一步节省存储空间
• 如果场景允许对齐到32位，替换Uint8Array为Uint32Array，循环次数减少为原来的1/4，运算速度会有3-4倍的提升

不用TypedArray的实现方案 #

如果你的运行场景不支持TypedArray，可以用BigInt实现，代码更简洁，兼容性更好：

• 每一行直接存储为一个BigInt类型值，n位的二进制行直接对应一个BigInt，不需要补位到8的倍数
• 按位运算直接调用JS原生BigInt的&/|/^运算符，语法简洁运算效率高
• 示例代码：

  const matrix = [];
  // 写入一行二进制数组bits（元素为0或1）
  function addRow(bits) {
    let row = 0n;
    for (const bit of bits) {
      row = (row << 1n) | BigInt(bit);
    }
    matrix.push(row);
  }
  // 直接对两行执行按位与运算
  const andResult = matrix[i] & matrix[j];
  

该方案的缺点是列数超过10万位时，BigInt的运算性能会略低于TypedArray逐字节运算的方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dianne