Node.js中JSON科学计数法与固定小数位格式化指南

在node.js开发中，我们经常需要处理json数据。当json文件包含科学计数法表示的数字，例如 {"value": 2.421500000000000e+04 } 时，标准的json解析（如json.parse）能够将其正确识别为数字类型。然而，当我们修改这些值并尝试使用json.stringify将数据写回文件时，默认的行为往往不会保留原始的科学计数法格式（例如，固定的小数位数或指数部分的补零），或者会将数字转换为字符串并加上双引号。这对于那些期望特定非标准json格式的下游应用来说，会造成兼容性问题。

理解问题根源

JSON标准对数字的格式有明确规定，它允许数字以科学计数法表示，但不强制要求特定的精度或指数格式（例如，e+4与e+04在数值上是等价的）。因此，JSON.stringify在序列化数字时，会选择其认为最简洁或最精确的表示方式，这可能与原始输入或下游应用期望的特定格式不符。

例如，一个数字 24215 在被解析后，使用 JSON.stringify 可能会输出为 24215 而非 2.421500000000000e+04。如果下游应用严格要求后者这种带有固定小数位和指数补零的格式，那么标准的 JSON.stringify 就无法直接满足需求。

解决方案：利用 JSON.rawJSON 进行精确控制

为了解决这一特定问题，我们可以利用ECMAScript提案中的JSON.rawJSON功能。JSON.rawJSON（目前处于Stage 3阶段，已在Node.js 21+以及主流浏览器中可用）允许你在JSON.stringify的replacer回调函数中插入一个原始的JSON字符串，而不是让stringify自行处理该值。这意味着我们可以手动将数字格式化为所需的字符串，然后通过JSON.rawJSON将其作为原始JSON值嵌入，从而避免被再次序列化或转义。

实现步骤

1. 定义固定小数位数： 确定你希望科学计数法表示的小数位数。
2. 创建 replacer 函数： JSON.stringify 的第二个参数是一个 replacer 函数，它允许你在序列化过程中自定义值的转换逻辑。
3. 使用 Number.isFinite 检查： 在 replacer 函数中，首先检查当前值是否为有限数字（即非NaN、Infinity等）。
4. 格式化为科学计数法字符串： 对于有限数字，使用 Number.prototype.toExponential() 方法将其转换为科学计数法字符串，并指定所需的小数位数。
5. 处理指数部分补零： toExponential() 可能会生成如 e+4 的指数部分。如果需要 e+04 这种两位数的指数格式，可以使用正则表达式进行替换。
6. 通过 JSON.rawJSON 包装： 将格式化后的字符串通过 JSON.rawJSON() 包装，确保它作为原始JSON内容插入，而不会被JSON.stringify再次引用或转义。

示例代码

以下代码演示了如何将数字格式化为带有14位小数和两位指数（如e+04）的科学计数法字符串，并将其作为原始JSON值写入：

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// 定义所需的固定小数位数
const DECIMALS = 14;

/**
 * replacer 函数用于自定义 JSON.stringify 的序列化行为。
 * 对于有限数字，将其格式化为特定科学计数法字符串，并使用 JSON.rawJSON 包装。
 *
 * @param {string} key 当前正在序列化的属性键。
 * @param {*} val 当前正在序列化的属性值。
 * @returns {*} 序列化后的值，或 JSON.rawJSON 对象。
 */
const replacer = (key, val) => {
    // 只有当值为有限数字时才进行特殊处理
    if (!Number.isFinite(val)) {
        return val; // 非有限数字（如 NaN, Infinity）保持原样
    }

    // 1. 使用 toExponential() 格式化为科学计数法字符串，并指定小数位数
    // 例如：24215.000000000000000 -> "2.421500000000000e+4"
    let formattedString = val.toExponential(DECIMALS);

    // 2. 处理指数部分，确保其至少有两位数字（例如，e+4 变为 e+04）
    // 正则表达式 /\b\d$/g 匹配单词边界后紧跟的单个数字，并将其替换为 "0" + 匹配的数字
    // 例如： "2.421500000000000e+4" 经过 replace 后变为 "2.421500000000000e+04"
    formattedString = formattedString.replace(/\b\d$/g, "0$&");

    // 3. 使用 JSON.rawJSON 将格式化后的字符串作为原始JSON内容插入
    // 这会阻止 JSON.stringify 对其进行额外的引用或转义
    return JSON.rawJSON(formattedString);
};

// 示例对象
const obj = { "value": 2.421500000000000e+04 }; // 原始输入可能就是这种格式

// 使用自定义的 replacer 函数进行序列化
const result = JSON.stringify(obj, replacer, 2); // 2 表示缩进空格数
console.log(result);

// 另一个测试案例：整数和不同小数位的数字
const anotherObj = {
    "num1": 12345,
    "num2": 0.00000000000000123,
    "num3": 9.87654321e-10,
    "num4": 1.0e+1 // 预期输出 1.000000000000000e+01
};
const anotherResult = JSON.stringify(anotherObj, replacer, 2);
console.log("\n--- Another Example ---");
console.log(anotherResult);

输出结果：

{
  "value": 2.421500000000000e+04
}

--- Another Example ---
{
  "num1": 1.234500000000000e+04,
  "num2": 1.230000000000000e-15,
  "num3": 9.876543210000000e-10,
  "num4": 1.000000000000000e+01
}

从输出可以看出，数字被成功地格式化成了期望的科学计数法形式，包括固定的小数位数和指数部分的补零。

注意事项与总结

1. JSON合规性： 这种方法主要用于满足对JSON格式有非标准或特定要求的下游应用。从严格的JSON标准来看，数字的内部表示（如是否为科学计数法、小数位数等）通常不应影响其语义。如果下游应用是JSON合规的，它们应该能够正确解析标准的数字表示，而无需进行这种特殊的格式化。
2. JSON.rawJSON 的兼容性： 尽管JSON.rawJSON已进入Stage 3并在Node.js 21+以及主流浏览器中可用，但在部署到生产环境之前，务必确认你的运行环境是否支持此特性。如果不支持，你可能需要考虑在JSON.stringify之后对输出字符串进行后处理（例如，使用正则表达式进行全局替换），但这通常效率较低且更容易出错。
3. 性能考量： replacer 函数会在序列化每个键值对时被调用。对于非常大的JSON对象，频繁的字符串操作和正则表达式匹配可能会带来一定的性能开销。
4. 精确度问题： JavaScript的数字是双精度浮点数。在进行浮点数运算和转换时，可能会遇到精度问题。toExponential() 方法会尽力保持精度，但对于极端的浮点数，仍需谨慎处理。

总之，当Node.js应用需要将数字以非常特定的科学计数法格式（如固定小数位数和指数部分补零）输出到JSON文件，以满足非标准下游应用的严格要求时，利用JSON.stringify的replacer函数结合JSON.rawJSON是一个强大且有效的解决方案。它允许开发者对JSON输出进行细粒度的控制，从而解决复杂的格式兼容性挑战。

以上就是Node.js中JSON科学计数法与固定小数位格式化指南的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！