Node.js緩衝區（Buffer）：處理二進制數據入門

在 Node.js 中處理二進制數據時，我們經常需要操作字節流、文件內容或網絡傳輸的數據。這些數據本質上是二進制形式的，而 JavaScript 原生類型（如字符串、數字）難以直接高效地處理這類數據。此時，Buffer 便成爲了 Node.js 中專門用於處理二進制數據的核心工具。

一、爲什麼需要 Buffer？¶

在 JavaScript 中，我們可以輕鬆處理文本（如字符串）和數字，但當涉及到二進制數據（例如圖片、音頻文件、網絡傳輸的原始數據包）時，字符串或普通數組就顯得力不從心了。例如：
- 讀取一個圖片文件時，得到的是一連串字節（二進制數據），而非文本；
- 網絡請求中，服務器返回的響應是二進制流（如 JSON 格式的二進制編碼）；
- 處理數據庫中的二進制數據（如 BLOB 類型）。

Node.js 的 Buffer 正是爲解決這類問題而生，它提供了高效的二進制數據存儲和操作能力，是 Node.js 處理 I/O 操作（輸入/輸出）的基石。

二、什麼是 Buffer？¶

Buffer 是 Node.js 中的一個全局對象，專門用於存儲和操作二進制數據。可以將它理解爲一個固定長度的“字節數組”，其中每個元素是 0~255 之間的整數（代表一個字節）。例如，Buffer 可以存儲一張圖片的全部字節，或一段音頻的採樣數據。

Buffer 的核心特點：
- 所有元素都是 0~255 的整數（即一個字節）；
- 無法動態擴容，創建時需指定長度；
- 存儲二進制數據，不依賴字符串編碼。

三、創建 Buffer 的幾種方式¶

在 Node.js 中，創建 Buffer 有多種方法，以下是最常用的幾種：

1. 通過長度創建（初始化爲 0）¶

使用 Buffer.alloc(size) 方法創建一個指定長度的 Buffer，所有字節初始化爲 0。
例如，創建一個長度爲 5 的 Buffer：

const buf = Buffer.alloc(5); 
console.log(buf); // 輸出: <Buffer 00 00 00 00 00> 
// 此時 Buffer 中每個位置都是 0（對應 ASCII 碼中的空字符）

2. 通過數組創建¶

使用 Buffer.from(array) 方法，將數組中的元素（0~255 的整數）轉換爲 Buffer。
例如，創建一個包含 [65, 66, 67] 的 Buffer（對應 ASCII 碼 A、B、C）：

const buf = Buffer.from([65, 66, 67]); 
console.log(buf); // 輸出: <Buffer 41 42 43> 
// 41 是 A，42 是 B，43 是 C 的十六進制表示

3. 通過字符串創建¶

使用 Buffer.from(string, encoding) 方法，將字符串轉換爲 Buffer（需指定編碼，如 utf8、base64 等）。
例如，將字符串 "hello" 轉換爲 Buffer（默認使用 utf8 編碼）：

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf); // 輸出: <Buffer 68 65 6c 6c 6f> 
// 68 是 'h'，65 是 'e'，依此類推

四、Buffer 的讀寫操作¶

Buffer 的核心操作是通過索引訪問或修改字節數據，以及獲取長度等基本信息。

1. 訪問與修改數據¶

Buffer 支持通過索引（從 0 開始）讀取或修改單個字節。每個索引對應一個 0~255 的整數（超過 255 會被截斷，負數會被轉爲正數）。

示例：修改 Buffer 中的第一個字節

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf[0]); // 輸出: 104（對應字符 'h' 的 ASCII 碼）

buf[0] = 72; // 將第一個字節改爲 72（ASCII 碼 'H'）
console.log(buf.toString()); // 輸出: "Hello" 
// 原字符串 "hello" 的第一個字符被改爲 'H'，變成 "Hello"

2. 查看 Buffer 長度¶

Buffer 的 length 屬性表示其包含的字節數：

const buf = Buffer.from("hello"); 
console.log(buf.length); // 輸出: 5 
// "hello" 是 5 個字符，每個字符在 UTF-8 中佔 1 字節

3. 遍歷 Buffer 數據¶

通過 for 循環遍歷 Buffer 的所有字節：

const buf = Buffer.from("abc"); 
for (let i = 0; i < buf.length; i++) { 
  console.log(`第 ${i} 個字節: ${buf[i]}, 字符: ${String.fromCharCode(buf[i])}`); 
}
// 輸出：
// 第 0 個字節: 97, 字符: a
// 第 1 個字節: 98, 字符: b
// 第 2 個字節: 99, 字符: c

五、Buffer 與字符串的轉換¶

Buffer 最常用的場景之一是與字符串互相轉換，需注意編碼一致性（如 utf8、base64、hex 等）。

1. Buffer 轉字符串¶

使用 buf.toString(encoding) 方法，將 Buffer 轉換爲字符串，需指定編碼：

const buf = Buffer.from([72, 101, 108, 108, 111]); // 對應 "Hello" 的 ASCII 碼
console.log(buf.toString("utf8")); // 輸出: "Hello"（默認編碼爲 utf8）
console.log(buf.toString("base64")); // 輸出: "SGVsbG8="（base64 編碼結果）

2. 字符串轉 Buffer¶

使用 Buffer.from(string, encoding) 方法，將字符串轉換爲 Buffer（默認 utf8 編碼）：

const str = "你好，Node.js"; 
const buf = Buffer.from(str, "utf8"); 
console.log(buf.toString("hex")); // 輸出十六進制編碼（如：e4 bd a0 e5 a5 bd ef bc 8c 4e 6f 64 65 2e 6a 73）

3. Buffer 拼接¶

多個 Buffer 無法直接用 + 拼接，需使用 Buffer.concat([buf1, buf2, ...]) 方法：

const buf1 = Buffer.from("Hello"); 
const buf2 = Buffer.from(" World"); 
const combined = Buffer.concat([buf1, buf2]); 
console.log(combined.toString()); // 輸出: "Hello World"

六、Buffer 的常用方法¶

除了上述基礎操作，Buffer 還提供了一些實用方法，例如：

1. 寫入字符串到 Buffer¶

使用 buf.write(string, offset, length, encoding) 方法，將字符串寫入 Buffer（從指定位置開始）：

const buf = Buffer.alloc(10); // 創建長度爲 10 的 Buffer（初始爲 0）
buf.write("Hi", 0); // 從偏移量 0 開始寫入 "Hi"（佔 2 字節）
console.log(buf.toString()); // 輸出: "Hi"（剩餘 8 字節爲 0，不影響輸出）

2. 截取部分 Buffer¶

使用 buf.slice(start, end) 方法，截取 Buffer 的子部分（不修改原 Buffer）：

const buf = Buffer.from("abcdef"); 
const sub = buf.slice(1, 4); // 從索引 1 到 3（不包含 4）
console.log(sub.toString()); // 輸出: "bcd"

七、應用場景與注意事項¶

常見應用場景¶

文件處理：讀取圖片、視頻等二進制文件時，Buffer 用於存儲文件內容；
網絡通信：HTTP 請求/響應的原始數據通過 Buffer 傳輸和解析；
數據庫操作：處理 BLOB（二進制大對象）類型數據時，Buffer 用於存儲和讀取二進制內容。

注意事項¶

編碼一致性：轉換字符串時，需確保編碼一致（如 utf8 轉 base64 後，必須用 base64 轉回字符串），否則會出現亂碼；
溢出處理：修改 Buffer 時，若賦值超過 255 會被截斷（如 256 → 0，-1 → 255）；
內存管理：Buffer 是 Node.js 堆外內存（非 V8 垃圾回收），操作時需注意避免內存泄漏（如大 Buffer 未及時釋放）。

總結¶

Buffer 是 Node.js 處理二進制數據的核心工具，掌握它的基礎操作（創建、讀寫、轉換）是理解文件、網絡、數據庫等 I/O 操作的關鍵。從簡單的字符串轉 Buffer，到複雜的二進制數據拼接，Buffer 爲我們提供了高效且靈活的二進制處理能力。通過多練習 Buffer 的創建、轉換和拼接，你會逐漸熟悉 Node.js 中處理二進制數據的核心邏輯。

希望這篇入門文章能幫助你快速理解 Buffer 的作用和使用方法！