숫자형

RHUK2·2021년 12월 28일
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📢 22/05/26 복습

📚 Reference

javascript.info, https://ko.javascript.info/number

참고 사이트에 내용을 개인적으로 복습하기 편하도록 재구성한 글입니다.
자세한 설명은 참고 사이트를 살펴보시기 바랍니다.

모던 자바스크립트는 숫자를 나타내는 두 가지 자료형을 지원합니다.

일반적인 숫자는 "배정밀도 부동소수점 숫자(double precision floating point number)"로 알려진 64비트 형식의 IEEE-754에 저장됩니다.

임의의 길이를 가진 정수는 BigInt 숫자로 나타낼 수 있습니다. 일반적인 숫자는 2532^{53} 이상이거나 −253-2^{53} 이하일 수 없다는 제약 때문에 BigInt라는 새로운 자료형이 만들어졌습니다. BigInt는 아주 특별한 경우에만 사용됩니다.

숫자를 입력하는 다양한 방법

자바스크립트에서는 숫자 옆에 "e"를 붙이고 0의 개수를 그 옆에 붙여주면 숫자를 줄일 수 있습니다.

let billion = 1e9;  // 10억, 1과 9개의 0

alert( 7.3e9 );  // 73억 (7,300,000,000)

즉, "e"는 e 왼쪽의 수에 e 오른쪽에 있는 수만큼의 10의 거듭제곱을 곱하는 효과가 있습니다.

1e3 = 1 * 1000
1.23e6 = 1.23 * 1000000

이제 아주 작은 숫자인 1마이크로초(백만 분의 1초)를 표현해보겠습니다.

let ms = 0.000001;

작은 숫자를 표현할 때도 큰 숫자를 표현할 때처럼 "e"를 사용할 수 있습니다. 0을 명시적으로 쓰고 싶지 않다면 다음과 같이 숫자를 표현할 수 있죠.

let ms = 1e-6; // 1에서 왼쪽으로 6번 소수점 이동

0.000001에서 0의 개수를 세면 6개이므로 0.000001은 당연히 1e-6이 되죠.

이렇게 "e" 우측에 음수가 있으면, 이 음수의 절댓값 만큼 10을 거듭제곱한 수로 나누는 것을 의미합니다.

// 10을 세 번 거듭제곱한 수로 나눔
1e-3 = 1 / 1000 (=0.001)

// 10을 여섯 번 거듭제곱한 수로 나눔
1.23e-6 = 1.23 / 1000000 (=0.00000123)

16진수, 2진수, 8진수

16진수는 색을 나타내거나 문자를 인코딩할 때 등 다양한 곳에서 두루 쓰입니다. 다양한 곳에서 쓰이는 만큼 당연히 16진수를 짧게 표현하는 방법도 존재하겠죠. 16진수는 0x를 사용해 표현할 수 있습니다.

alert( 0xff ); // 255
alert( 0xFF ); // 255 (대·소문자를 가리지 않으므로 둘 다 같은 값을 나타냅니다.)

2진수와 8진수는 아주 드물게 쓰이긴 하지만, 접두사 0b와 0o를 사용해 간단히 나타낼 수 있습니다.

let a = 0b11111111; // 255의 2진수
let b = 0o377; // 255의 8진수

alert( a == b ); // true, 진법은 다르지만, a와 b는 같은 수임

자바스크립트에서 지원하는 진법은 3개입니다. 이 외의 진법을 사용하려면 함수 parseInt를 사용해야 합니다.

toString(base)

num.toString(base) 메서드는 base진법으로 num을 표현한 후, 이를 문자형으로 변환해 반환합니다.

let num = 255;

alert( num.toString(16) );  // ff
alert( num.toString(2) );   // 11111111

base는 2에서 36까지 쓸 수 있는데, 기본값은 10입니다.

base별 유스 케이스는 다음과 같습니다.

base=16
16진수 색, 문자 인코딩 등을 표현할 때 사용합니다. 숫자는 0부터 9, 10 이상의 수는 A부터 F를 사용하여 나타냅니다.

base=2
비트 연산 디버깅에 주로 쓰입니다. 숫자는 0 또는 1이 될 수 있습니다.

base=36
사용할 수 있는 base 중 최댓값으로, 0..9와 A..Z를 사용해 숫자를 표현합니다. 알파벳 전체가 숫자를 나타내는 데 사용되죠. 36 베이스는 url을 줄이는 것과 같이 숫자로 된 긴 식별자를 짧게 줄일 때 유용합니다.

alert( 123456..toString(36) ); // 2n9c

🔥 점 두 개와 메서드 호출

123456..toString(36)에 있는 점 두 개는 오타가 아닙니다. 위 예시처럼 숫자를 대상으로 메서드 toString을 직접 호출하고 싶다면 숫자 다음에 점 두 개 ..를 붙여야 합니다.

123456.toString(36)처럼 점을 한 개만 사용하면, 첫 번째 점 이후는 소수부로 인식되어 에러가 발생할 수 있습니다. 점을 하나 더 추가하면 자바스크립트는 소수부가 없다고 판단하고 함수를 호출합니다.

(123456).toString(36)도 가능합니다.

어림수 구하기

어림수를 구하는 것(rounding)은 숫자를 다룰 때 가장 많이 사용되는 연산 중 하나입니다.

어림수 관련 내장 함수 몇 가지를 살펴봅시다.

Math.floor
소수점 첫째 자리에서 내림

Math.ceil
소수점 첫째 자리에서 올림

Math.round
소수점 첫째 자리에서 반올림

Math.trunc
소수부를 무시

exampleMath.floorMath.ceilMath.roundMath.trunc
3.13433
3.63443
-1.1-2-1-1-1
-1.6-2-1-2-1

위에서 소개한 내장 함수들만으로도 소수부에 관련된 연산 대부분을 처리할 수 있습니다. 그런데 소수점 n번째 수를 기준으로 어림수를 구해야 하는 상황이라면 어떻게 해야 할까요?

예를 들어 1.2345가 있는데 소수점 두 번째 자릿수까지만 남겨 1.23을 만들고 싶은 경우처럼 말이죠.

두 가지 방법이 있습니다.

곱하기와 나누기

소수점 두 번째 자리 숫자까지만 남기고 싶은 경우, 숫자에 100 또는 100보다 큰 10의 거듭제곱 수를 곱한 후, 원하는 어림수 내장 함수를 호출하고 처음 곱한 수를 다시 나누면 됩니다.

let num = 1.23456;

alert( Math.floor(num * 100) / 100 ); // 1.23456 -> 123.456 -> 123 -> 1.23

toFixed(n)

소수점 n번째 수까지의 어림수를 구한 후 이를 문자형으로 반환해주는 메서드인 toFixed(n)를 사용합니다.

let num = 12.34;
alert( num.toFixed(1) ); // "12.3"

toFixed는 Math.round와 유사하게 가장 가까운 값으로 올림 혹은 버림해줍니다.

let num = 12.36;
alert( num.toFixed(1) ); // "12.4"

toFixed를 사용할 때 주의할 점은 이 메서드의 반환 값이 문자열이라는 것입니다. 소수부의 길이가 인수보다 작으면 끝에 0이 추가됩니다.

let num = 12.34;
alert( num.toFixed(5) ); // "12.34000", 소수부의 길이를 5로 만들기 위해 0이 추가되었습니다.

참고로, +num.toFixed(5)처럼 단항 덧셈 연산자를 앞에 붙이거나 Number()를 호출하면 문자형의 숫자를 숫자형으로 변환할 수 있습니다.

부정확한 계산

숫자는 내부적으로 64비트 형식 IEEE-754으로 표현되기 때문에 숫자를 저장하려면 정확히 64비트가 필요합니다. 64비트 중 52비트는 숫자를 저장하는 데 사용되고, 11비트는 소수점 위치를, 1비트는 부호를 저장하는 데 사용됩니다.

그런데 숫자가 너무 커지면 64비트 공간이 넘쳐서 Infinity로 처리됩니다.

alert( 1e500 ); // Infinity

꽤 자주 발생하는 현상인 정밀도 손실(loss of precision)도 있습니다.

alert( 0.1 + 0.2 == 0.3 ); // false

0.1과 0.2의 합이 0.3과 일치하는지 확인 했는데 false가 출력되었습니다.

이상하네요! 합의 결과가 0.3이 아니라면 대체 무엇일까요?

alert( 0.1 + 0.2 ); // 0.30000000000000004

부정확한 비교 연산이 만들어내는 결과는 여기서 그치지 않습니다. 인터넷 쇼핑몰 사이트를 운영하고 있다고 가정해 봅시다. 사용자가 $0.10와 $0.20 짜리 물품을 장바구니에 넣었다고 상상해 보죠. 주문 총액이 $0.30000000000000004인 것을 보고 놀라지 않을 사용자는 없을 겁니다.

왜 이런 일이 발생하는 걸까요?

숫자는 0과 1로 이루어진 이진수로 변환되어 연속된 메모리 공간에 저장됩니다. 그런데 10진법을 사용하면 쉽게 표현할 수 있는 0.1, 0.2 같은 분수는 이진법으로 표현하면 무한 소수가 됩니다.

0.1은 1을 10으로 나눈 수인 1/10입니다. 10진법을 사용하면 이러한 숫자를 쉽게 표현할 수 있죠. 1/10과 1/3을 비교해봅시다. 1/3은 무한 소수 0.33333(3)이 됩니다.

이렇게 10의 거듭제곱으로 나눈 값은 10진법에서 잘 동작하지만 3으로 나누게 되면 10진법에서 제대로 동작하지 않습니다. 같은 이유로 2진법 체계에서 2의 거듭제곱으로 나눈 값은 잘 동작하지만 1/10같이 2의 거듭제곱이 아닌 값으로 나누게 되면 무한 소수가 되어버립니다.

10진법에서 1/3을 정확히 나타낼 수 없듯이, 2진법을 사용해 0.1 또는 0.2를 정확하게 저장하는 방법은 없습니다.

IEEE-754에선 가능한 가장 가까운 숫자로 반올림하는 방법을 사용해 이런 문제를 해결합니다. 그런데 반올림 규칙을 적용하면 발생하는 "작은 정밀도 손실"을 우리가 볼 수는 없지만 실제로 손실은 발생합니다.

아래와 같이 코드를 작성하면 정밀도 손실을 눈으로 확인할 수 있죠.

alert( 0.1.toFixed(20) ); // 0.10000000000000000555\

그리고 두 숫자를 합하면 "정밀도 손실"도 더해집니다.

0.1 + 0.2가 정확히 0.3이 아닌 이유가 여기에 있습니다.

문제를 해결하는 방법은 없을까요? 물론 있습니다. 가장 신뢰할만한 방법은 toFixed(n)메서드를 사용해 어림수를 만드는 것입니다.

let sum = 0.1 + 0.2;
alert( sum.toFixed(2) ); // 0.30

이때 toFixed는 항상 문자열을 반환한다는 점에 유의해야 합니다. 문자형으로 바뀐 숫자를 다시 숫자형으로 강제 변환하려면 단항 덧셈 연산자를 사용하면 됩니다.

let sum = 0.1 + 0.2;
alert( +sum.toFixed(2) ); // 0.3

숫자에 임시로 100(또는 더 큰 숫자)을 곱하여 정수로 바꾸고, 원하는 연산을 한 후 다시 100으로 나누는 것도 하나의 방법이 될 수 있습니다. 정수를 대상으로 하는 수학 연산은 소수를 대상으로 하는 연산보다 에러가 적기 때문입니다. 그런데 어쨌든 마지막에 나눗셈이 들어가기 때문에 소수가 다시 등장할 수 있다는 단점이 있습니다.

alert( (0.1 * 10 + 0.2 * 10) / 10 ); // 0.3
alert( (0.28 * 100 + 0.14 * 100) / 100); // 0.4200000000000001

이렇게 10의 거듭제곱을 곱하고 다시 동일한 숫자로 나누는 전략은 오류를 줄여주긴 하지만 완전히 없애지는 못합니다.

구현을 하다 보면 무한 소수가 나오는 경우를 완전히 차단해야 하는 경우가 생기곤 합니다. 달러가 아닌 센트 단위로 물품 가격을 저장하는 쇼핑몰을 담당하고 있는데, 행사 때문에 가격을 30% 할인해야 하는 경우가 그렇죠. 무한소수를 방지하는 완벽한 방법은 사실 없습니다. 필요할 때마다 "꼬리"를 잘라 어림수를 만드는 방법뿐이죠.

🔥 자바스크립트뿐만이 아닙니다.

다른 언어에서도 같은 이슈가 있습니다.

자바스크립트와 동일한 숫자 형식을 사용하기 때문에 PHP, Java, C, Perl, Ruby에서도 똑같은 결과를 얻습니다.

isNaN과 isFinite

Infinity와 -Infinity
그 어떤 숫자보다 큰 혹은 작은 특수 숫자 값

NaN
에러를 나타내는 값

두 특수 숫자는 숫자형에 속하지만 "정상적인" 숫자는 아니기 때문에, 정상적인 숫자와 구분하기 위한 특별한 함수가 존재합니다.

isNaN(value)
인수를 숫자로 변환한 다음 NaN인지 테스트함

alert( isNaN(NaN) ); // true
alert( isNaN("str") ); // true

그런데 굳이 이 함수가 필요할까요? "=== NaN 비교를 하면 되지 않을까?"라는 생각이 들 수 있습니다. 안타깝게도 대답은 "필요하다"입니다. NaN은 NaN 자기 자신을 포함하여 그 어떤 값과도 같지 않다는 점에서 독특합니다.

alert( NaN === NaN ); // false

isFinite(value)
인수를 숫자로 변환하고 변환한 숫자가 NaN/Infinity/-Infinity가 아닌 일반 숫자인 경우 true를 반환함

alert( isFinite("15") ); // true
alert( isFinite("str") ); // false, NaN이기 때문입니다.
alert( isFinite(Infinity) ); // false, Infinity이기 때문입니다.

isFinite는 문자열이 일반 숫자인지 검증하는 데 사용되곤 합니다.

let num = +prompt("숫자를 입력하세요.", "");

// 숫자가 아닌 값을 입력하거나 Infinity, -Infinity를 입력하면 false가 출력됩니다.
alert( isFinite(num) );

빈 문자열이나 공백만 있는 문자열은 isFinite를 포함한 모든 숫자 관련 내장 함수에서 0으로 취급된다는 점에 유의하시기 바랍니다.

Object.is와 비교하기

Object.is는 ===처럼 값을 비교할 때 사용되는 특별한 내장 메서드인데, 아래와 같은 두 가지 에지 케이스에선 ===보다 좀 더 신뢰할만한 결과를 보여줍니다.

NaN을 대상으로 비교할 때
Object.is(NaN, NaN) === true

0과 -0이 다르게 취급되어야 할 때
Object.is(0, -0) === false

숫자를 나타내는 비트가 모두 0이더라도 부호를 나타내는 비트는 다르므로 0과 -0은 사실 다른 값이긴 합니다.

이 두 에지 케이스를 제외하곤, Object.is(a, b)와 a === b의 결과는 같습니다.

parseInt와 parseFloat

단항 덧셈 연산자 + 또는 Number()를 사용하여 숫자형으로 변형할 때 적용되는 규칙은 꽤 엄격합니다. 피연산자가 숫자가 아니면 형 변환이 실패합니다.

alert( +"100px" ); // NaN

엄격한 규칙이 적용되지 않는 유일한 예외는 문자열의 처음 또는 끝에 공백이 있어서 공백을 무시할 때입니다.

그런데 실무에선 CSS 등에서 "100px", "12pt"와 같이 숫자와 단위를 함께 쓰는 경우가 흔합니다. 대다수 국가에서 "19€"처럼 금액 뒤에 통화 기호를 붙여 표시하기도 하죠. 숫자만 추출하는 방법이 필요해 보이네요.

내장 함수 parseInt와 parseFloat는 이런 경우를 위해 만들어졌습니다.

두 함수는 불가능할 때까지 문자열에서 숫자를 "읽습니다". 숫자를 읽는 도중 오류가 발생하면 이미 수집된 숫자를 반환하죠. parseInt는 정수, parseFloat는 부동 소수점 숫자를 반환합니다.

alert( parseInt("100px") ); // 100
alert( parseFloat("12.5em") ); // 12.5

alert( parseInt("12.3") ); // 12, 정수 부분만 반환됩니다.
alert( parseFloat("12.3.4") ); // 12.3, 두 번째 점에서 숫자 읽기를 멈춥니다.

parseInt와 parseFloat가 NaN을 반환할 때도 있습니다. 읽을 수 있는 숫자가 없을 때 그렇죠.

alert( parseInt("a123") ); // NaN, a는 숫자가 아니므로 숫자를 읽는 게 중지됩니다.

🔥 parseInt(str, radix)의 두 번째 인수
parseInt()의 두 번째 매개 변수는 선택적으로 사용할 수 있습니다. radix는 원하는 진수를 지정해 줄 때 사용합니다. 따라서 parseInt를 사용하면 16진수 문자열, 2진수 문자열 등을 파싱할 수 있습니다.

alert( parseInt("0xff", 16) ); // 255
alert( parseInt("ff", 16) ); // 255, 0x가 없어도 동작합니다.

alert( parseInt("2n9c", 36) ); // 123456
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