前端二進制數據指南：從 ArrayBuffer 到高級流處理

前端開發中，二進制數據是處理文件、圖像、音視頻、網絡通信等場景的基礎。以下是核心概念和用途的通俗解釋：

前端二進制數據介紹

1. 什么是前端二進制數據？

指計算機原始的?0?和?1?格式的數據（比如一張圖片的底層代碼），前端通過特定 API 操作這些數據。

2. 核心用途

文件操作
上傳/下載文件（如用戶傳圖片）、切片大文件（斷點續傳）。
圖像處理
修改圖片像素（濾鏡、裁剪）、Canvas 繪圖。
網絡通信
WebSocket 傳輸二進制幀、AJAX 上傳二進制數據。
高性能計算
WebAssembly 運行編譯型代碼（如游戲、加密算法）。

3. 關鍵 API 速覽

API	作用	示例場景
`ArrayBuffer`	存儲原始二進制數據	文件解析、網絡數據接收
`Uint8Array`	按字節操作數據（8位無符號整數）	圖像像素處理
`Blob`	表示文件類數據（不可變）	文件分片上傳
`FileReader`	讀取本地文件內容	圖片預覽（轉Base64）
`Canvas`	操作圖像像素數據	實時濾鏡效果

4. 為什么需要二進制操作？

性能更高：直接操作內存，比文本處理快。
功能更強：實現文件編輯、音視頻解碼等復雜功能。
節省帶寬：二進制比文本格式（如JSON）體積更小。

前端二進制數據核心類型對比表

類型/API	繼承關系	使用場景	核心優勢
`ArrayBuffer`	基礎容器，無繼承關系	存儲原始二進制數據，如網絡傳輸、文件解析、WebAssembly 內存操作	直接操作內存，性能極高
`TypedArray`	基于?`ArrayBuffer`?的視圖（如?`Uint8Array`）	類型化數據處理（圖像像素、音頻采樣、網絡協議解析）	類型明確，自動處理字節對齊，簡化操作
`DataView`	基于?`ArrayBuffer`?的視圖	處理混合數據類型或需要控制字節序的場景（如解析二進制文件格式、網絡協議）	靈活讀寫不同數據類型，支持手動控制字節序
`Blob`	無繼承關系	處理不可變的類文件數據（文件分片上傳、生成臨時 URL）	支持大文件分片（`Blob.slice()`），可直接用于?`fetch`?或?`FormData`
`File`	繼承自?`Blob`	表示用戶上傳的本地文件（通過?`<input type="file">`?獲取）	包含文件名、類型、修改時間等元信息
`FileReader`	無繼承關系	異步讀取?`Blob`?或?`File`?內容（轉為?`ArrayBuffer`、`DataURL`、文本等）	支持多種讀取格式，兼容瀏覽器文件操作
`ImageData`	包含?`Uint8ClampedArray`	操作 Canvas 像素數據（圖像濾鏡、特效處理）	直接映射到 Canvas 像素，RGBA 格式標準化
`Streams API`	基于?`ReadableStream`/`WritableStream`	流式處理大文件（如視頻分塊加載、實時數據傳輸）	分塊處理數據，避免內存溢出，提升性能
`WebAssembly`	通過?`ArrayBuffer`?加載模塊	高性能計算（游戲、音視頻編碼、密碼學算法）	接近原生代碼性能，支持 C/C++/Rust 編譯運行

二進制數據核心類型關鍵關聯說明

繼承鏈
- File?→?Blob?→ 所有文件相關操作基于?Blob?擴展。
- TypedArray/DataView?→?ArrayBuffer?→ 所有類型化操作依賴原始二進制緩沖區。
協作流程示例
- 文件上傳：
  File?→?FileReader?→?ArrayBuffer?→?TypedArray（處理數據） →?fetch?上傳。
- 圖像處理：
  Blob?→?Image?→?Canvas?→?ImageData（像素操作） → 顯示結果。
- WebAssembly：
  .wasm?→?ArrayBuffer?→ 編譯實例化 → 調用高性能函數。

?快速對比示例

// 1. Blob → ArrayBuffer → TypedArray
const blob = new Blob([new Uint8Array([0x48, 0x65, 0x6c, 0x6c, 0x6f])]); // "Hello"
blob.arrayBuffer().then(buffer => {const uint8 = new Uint8Array(buffer);console.log(uint8); // Uint8Array(5) [72, 101, 108, 108, 111]
});// 2. File → FileReader → ArrayBuffer
const fileInput = document.querySelector('input[type="file"]');
fileInput.addEventListener('change', (e) => {const file = e.target.files[0];const reader = new FileReader();reader.onload = () => {const buffer = reader.result;const dataView = new DataView(buffer);console.log("文件頭:", dataView.getUint32(0));};reader.readAsArrayBuffer(file);
});

二進制數據核心類型總結

底層核心：ArrayBuffer?是二進制操作的基礎，其他類型均圍繞它擴展。
文件處理：Blob?和?File?用于文件級操作，FileReader?提供讀取能力。
數據視圖：TypedArray?和?DataView?提供靈活的內存操作方式。
高性能場景：WebAssembly?和?Streams API?解決計算和流式處理需求。

前端常用二進制數據介紹

1. ArrayBuffer

作用：最基礎的二進制數據容器，表示通用的、固定長度的原始二進制數據緩沖區,不能直接操作，需通過?TypedArray?或?DataView?訪問
優勢：直接操作內存，性能極高，適合處理音頻、視頻等二進制數據。
使用場景：網絡傳輸、文件解析、WebAssembly 內存操作。

區分:Buffer是Node.js 特有的二進制類型（等同于 Uint8Array），前端通常通過瀏覽器 API 或工具庫（如 buffer polyfill）使用

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>ArrayBuffer 示例</title>
</head>
<body><script>// 1. 創建一個 16 字節的 ArrayBufferconst buffer = new ArrayBuffer(16);// 2. 使用 TypedArray 操作數據const int32View = new Int32Array(buffer); // 每個元素占 4 字節int32View[0] = 42;                        // 寫入數據int32View[1] = 1024;// 3. 通過另一個視圖驗證數據const uint8View = new Uint8Array(buffer);console.log("ArrayBuffer 內容（十六進制）:");for (let i = 0; i < uint8View.length; i++) {console.log(uint8View[i].toString(16).padStart(2, '0'));}</script>
</body>
</html>

2. TypedArray

作用：

基于?ArrayBuffer?的視圖，提供特定類型的二進制數據操作，包括：
- Int8Array、Uint8Array（無符號字節）
- Uint8ClampedArray（限制在 0-255，常用于圖像處理）
- Int16Array、Uint16Array
- Int32Array、Uint32Array
- Float32Array、Float64Array
- BigInt64Array、BigUint64Array（ES2020 引入，用于大整數）

優勢：類型明確，無需手動處理字節細節。
使用場景：圖像像素操作、音頻數據處理。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>TypedArray 示例</title>
</head>
<body><script>// 1. 創建一個 4 字節的 ArrayBufferconst buffer = new ArrayBuffer(4);// 2. 使用不同類型視圖操作同一 bufferconst uint8View = new Uint8Array(buffer);uint8View[0] = 0x12;  // 寫入字節數據uint8View[1] = 0x34;const uint16View = new Uint16Array(buffer);console.log("Uint16 視圖的值:", uint16View[0].toString(16)); // 輸出 3412（小端序）const uint32View = new Uint32Array(buffer);console.log("Uint32 視圖的值:", uint32View[0].toString(16)); // 輸出 34120000</script>
</body>
</html>

3. DataView

作用：靈活讀寫 ArrayBuffer，支持混合數據類型和字節序控制。
優勢：處理復雜二進制格式時更靈活。
使用場景：解析自定義協議、處理網絡數據包

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>DataView 示例</title>
</head>
<body><script>// 1. 創建一個 8 字節的 ArrayBufferconst buffer = new ArrayBuffer(8);const view = new DataView(buffer);// 2. 寫入不同數據類型（大端序）view.setInt32(0, 0x12345678, false);  // 大端序寫入 4 字節整數view.setFloat32(4, Math.PI, false);   // 大端序寫入浮點數// 3. 讀取數據console.log("整數:", view.getInt32(0, false).toString(16));console.log("浮點數:", view.getFloat32(4, false));</script>
</body>
</html>

4. Blob (Binary Large Object)

作用：不可變的類文件對象，常用于文件切片（slice()）、下載或上傳（如 fetch 的 FormData）
優勢：適合處理大文件，可直接用于網絡請求。
使用場景：文件下載、圖片預覽。

<!DOCTYPE html>
<html>
<body><button onclick="downloadFile()">下載 Blob 文件</button><script>function downloadFile() {// 1. 創建 Blob 內容const text = "Hello, Blob!";const blob = new Blob([text], { type: 'text/plain' });// 2. 生成臨時 URL 并下載const url = URL.createObjectURL(blob);const a = document.createElement('a');a.href = url;a.download = 'example.txt';a.click();URL.revokeObjectURL(url);}</script>
</body>
</html>

5. File 和 FileReader

File作用:讀取用戶本地文件內容,繼承自 Blob，表示用戶本地文件（通過 <input type="file"> 獲取），包含文件名、類型等元數據

FileReader作用:用于異步讀取?Blob?或?File?內容為?ArrayBuffer、DataURL?或文本
優勢：直接獲取文件元數據，支持異步讀取。
使用場景：文件上傳、圖片預覽。

<!DOCTYPE html>
<html>
<body><input type="file" id="fileInput"><div id="output"></div><script>document.getElementById('fileInput').addEventListener('change', function(e) {const file = e.target.files[0];const reader = new FileReader();// 1. 讀取為文本reader.readAsText(file);reader.onload = () => {document.getElementById('output').innerHTML = `<p>文件名: ${file.name}</p><p>大小: ${file.size} 字節</p><p>內容: ${reader.result}</p>`;};});</script>
</body>
</html>

6. ImageData 和 Canvas

作用：操作 Canvas 的像素數據。
優勢：直接修改圖像像素，實現實時效果。
使用場景：圖像濾鏡、實時視頻處理。

<!DOCTYPE html>
<html>
<body><canvas id="canvas" width="200" height="200"></canvas><script>const canvas = document.getElementById('canvas');const ctx = canvas.getContext('2d');// 1. 繪制原始圖形ctx.fillStyle = 'red';ctx.fillRect(0, 0, 200, 200);// 2. 獲取像素數據并反色const imageData = ctx.getImageData(0, 0, 200, 200);const data = imageData.data;for (let i = 0; i < data.length; i += 4) {data[i] = 255 - data[i];     // Rdata[i + 1] = 255 - data[i + 1]; // Gdata[i + 2] = 255 - data[i + 2]; // B}// 3. 寫回修改后的像素ctx.putImageData(imageData, 0, 0);</script>
</body>
</html>

7. Streams API

作用：分塊處理大型數據流，避免內存溢出。
優勢：高效處理大文件，實時數據傳輸。
使用場景：視頻流、大文件上傳/下載。

<!DOCTYPE html>
<html>
<body><script>// 1. 創建一個簡單的 ReadableStreamconst stream = new ReadableStream({start(controller) {controller.enqueue(new Uint8Array([72, 101, 108, 108, 111])); // "Hello"controller.close();}});// 2. 通過 Reader 讀取數據塊const reader = stream.getReader();reader.read().then(({ done, value }) => {if (!done) {console.log("流數據:", new TextDecoder().decode(value));}});</script>
</body>
</html>

8. WebAssembly

作用：運行高性能編譯型代碼（如 C/C++）。
優勢：接近原生性能，適合計算密集型任務。
使用場景：游戲、音視頻編碼、加密算法。

<!DOCTYPE html>
<html>
<body><script>// 假設存在 add.wasm 文件，導出一個加法函數fetch('add.wasm').then(response => response.arrayBuffer()).then(buffer => WebAssembly.instantiate(buffer)).then(({ instance }) => {console.log("WASM 加法結果:", instance.exports.add(2, 3));});</script>
</body>
</html>

常用的二進制數據轉換函數

1. 將?`File`?對象轉換為?`Blob`?對象

/*** 將 File 對象轉換為 Blob 對象（File 繼承自 Blob，可直接切片）* @param {File} file - 用戶上傳的 File 對象* @returns {Blob} - 轉換后的 Blob 對象*/
function fileToBlob(file) {// File 本身是 Blob 的子類，直接使用 slice 方法切割完整文件return file.slice(0, file.size, file.type);
}// 示例用法
const fileInput = document.querySelector('input[type="file"]');
fileInput.addEventListener('change', (e) => {const file = e.target.files[0];const blob = fileToBlob(file);console.log('File -> Blob:', blob);
});

2. 將?`Blob`?對象轉換為?`File`?對象

/*** 將 Blob 轉換為 File 對象（添加文件名和類型）* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob 對象* @param {string} fileName - 文件名（含擴展名，如 "image.jpg"）* @param {string} [fileType] - 文件類型（如 "image/jpeg"，默認使用 Blob 的 type）* @returns {File} - 轉換后的 File 對象*/
function blobToFile(blob, fileName, fileType) {// 保留原始 Blob 的類型（若未指定 fileType）const type = fileType || blob.type;// 使用 File 構造函數創建對象（兼容性良好）return new File([blob], fileName, { type });
}// 示例用法
const blob = new Blob(['Hello, World!'], { type: 'text/plain' });
const file = blobToFile(blob, 'example.txt');
console.log('Blob -> File:', file);

3. 將?`Blob`?轉換為?`ArrayBuffer`

/*** 異步將 Blob 轉換為 ArrayBuffer* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob 對象* @returns {Promise<ArrayBuffer>} - 返回 Promise 包含 ArrayBuffer*/
function blobToArrayBuffer(blob) {return new Promise((resolve, reject) => {// 使用 FileReader 讀取 Blobconst reader = new FileReader();reader.onload = () => resolve(reader.result); // 讀取完成返回 ArrayBufferreader.onerror = () => reject(reader.error);  // 處理錯誤reader.readAsArrayBuffer(blob); // 關鍵 API 調用});
}// 示例用法
const blob = new Blob(['Hello']);
blobToArrayBuffer(blob).then(buffer => {console.log('Blob -> ArrayBuffer:', buffer);
});

4. 將?`ArrayBuffer`?轉換為?`Blob`

/*** 將 ArrayBuffer 轉換為 Blob 對象* @param {ArrayBuffer} buffer - 需要轉換的 ArrayBuffer* @param {string} [type] - Blob 的 MIME 類型（如 "image/png"）* @returns {Blob} - 轉換后的 Blob*/
function arrayBufferToBlob(buffer, type) {// 直接通過 Blob 構造函數轉換return new Blob([buffer], { type: type || '' });
}// 示例用法
const buffer = new Uint8Array([72, 101, 108, 108, 111]).buffer;
const blob = arrayBufferToBlob(buffer, 'text/plain');
console.log('ArrayBuffer -> Blob:', blob);

5. 將?`Blob`?轉換為?`Base64`?字符串

/*** 異步將 Blob 轉換為 Base64 字符串* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob* @returns {Promise<string>} - 返回 Promise 包含 Base64 字符串*/
function blobToBase64(blob) {return new Promise((resolve, reject) => {const reader = new FileReader();reader.onload = () => {// 去除 DataURL 前綴（如 "data:text/plain;base64,"）const base64 = reader.result.split(',')[1];resolve(base64);};reader.onerror = () => reject(reader.error);reader.readAsDataURL(blob); // 讀取為 DataURL});
}// 示例用法
const blob = new Blob(['Hello']);
blobToBase64(blob).then(base64 => {console.log('Blob -> Base64:', base64); // 輸出 "SGVsbG8="
});

6. 將?`Base64`?字符串轉換為?`Blob`

/*** 將 Base64 字符串轉換為 Blob 對象* @param {string} base64 - Base64 字符串* @param {string} [type] - Blob 的 MIME 類型（如 "image/png"）* @returns {Blob} - 轉換后的 Blob*/
function base64ToBlob(base64, type) {// 將 Base64 轉換為二進制字符串const byteString = atob(base64);// 創建 Uint8Array 視圖const buffer = new Uint8Array(byteString.length);for (let i = 0; i < byteString.length; i++) {buffer[i] = byteString.charCodeAt(i);}// 生成 Blobreturn new Blob([buffer], { type: type || '' });
}// 示例用法
const base64 = 'SGVsbG8='; // "Hello" 的 Base64
const blob = base64ToBlob(base64, 'text/plain');
console.log('Base64 -> Blob:', blob);

7. 將?`Blob`?轉換為?`DataURL`

/*** 異步將 Blob 轉換為 DataURL（可直接用于 img.src）* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob* @returns {Promise<string>} - 返回 Promise 包含 DataURL*/
function blobToDataURL(blob) {return new Promise((resolve, reject) => {const reader = new FileReader();reader.onload = () => resolve(reader.result); // 直接返回完整 DataURLreader.onerror = () => reject(reader.error);reader.readAsDataURL(blob);});
}// 示例用法（圖片預覽）
const blob = new Blob([new Uint8Array([0x89, 0x50, 0x4E, 0x47])], { type: 'image/png' });
blobToDataURL(blob).then(dataURL => {console.log('Blob -> DataURL:', dataURL); // 輸出 "data:image/png;base64,..."
});

8. 將?`Blob`?轉換為?`Object URL`

/*** 將 Blob 轉換為 Object URL（需手動釋放內存）* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob* @returns {string} - Object URL（如 "blob:http://..."）*/
function blobToObjectURL(blob) {// 使用 URL.createObjectURL 生成臨時鏈接return URL.createObjectURL(blob);
}// 示例用法
const blob = new Blob(['Hello']);
const url = blobToObjectURL(blob);
console.log('Blob -> Object URL:', url);// 使用后需釋放內存！
// URL.revokeObjectURL(url);

9. 將?`Blob`?轉換為?`Uint8Array`

/*** 異步將 Blob 轉換為 Uint8Array* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob* @returns {Promise<Uint8Array>} - 返回 Promise 包含 Uint8Array*/
function blobToUint8Array(blob) {return new Promise((resolve, reject) => {const reader = new FileReader();reader.onload = () => {// 通過 ArrayBuffer 創建 Uint8Arrayconst buffer = reader.result;resolve(new Uint8Array(buffer));};reader.onerror = () => reject(reader.error);reader.readAsArrayBuffer(blob);});
}// 示例用法
const blob = new Blob(['Hello']);
blobToUint8Array(blob).then(uint8Array => {console.log('Blob -> Uint8Array:', uint8Array); // 輸出 [72, 101, 108, 108, 111]
});

10. 將?`Blob`?轉換為文本

/*** 異步將 Blob 轉換為文本內容* @param {Blob} blob - 需要轉換的 Blob* @param {string} [encoding] - 文本編碼（默認 "utf-8"）* @returns {Promise<string>} - 返回 Promise 包含文本內容*/
function blobToText(blob, encoding = 'utf-8') {return new Promise((resolve, reject) => {const reader = new FileReader();reader.onload = () => resolve(reader.result);reader.onerror = () => reject(reader.error);reader.readAsText(blob, encoding); // 指定編碼讀取});
}// 示例用法
const blob = new Blob(['你好']);
blobToText(blob).then(text => {console.log('Blob -> Text:', text); // 輸出 "你好"
});

11.使用總結

通用邏輯：大部分轉換依賴?FileReader?和?Blob?構造函數。
關鍵點：
- FileReader?的?readAsXXX?方法決定讀取格式。
- Blob?的?type?屬性影響生成文件的 MIME 類型。
- Object URL?使用后需調用?URL.revokeObjectURL()?釋放內存。
錯誤處理：所有異步函數均返回 Promise，建議用?try/catch?包裹。

完整的圖片上傳案例

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>圖片上傳與居中全屏預覽</title><style>/* 基礎樣式重置 */* {margin: 0;padding: 0;box-sizing: border-box;}/* 頁面主體樣式 */body {font-family: Arial, sans-serif;min-height: 100vh;background: #f5f5f5;display: flex;flex-direction: column;align-items: center;padding: 20px;}/* 上傳容器樣式 */.upload-container {background: white;padding: 30px;border-radius: 10px;box-shadow: 0 2px 10px rgba(0,0,0,0.1);margin-bottom: 20px;text-align: center;}/* 自定義上傳按鈕 */.custom-upload-btn {background: #2196F3;color: white;padding: 12px 24px;border-radius: 5px;cursor: pointer;transition: background 0.3s;display: inline-block;}.custom-upload-btn:hover {background: #1976D2;}/* 隱藏原生文件輸入 */#fileInput {display: none;}/* 錯誤提示樣式 */.error-message {color: #ff4444;margin-top: 10px;display: none;}/* 預覽容器樣式 */#previewContainer {max-width: 90%;margin: 20px 0;cursor: zoom-in;position: relative;display: none; /* 默認隱藏 */}/* 預覽圖片樣式 */#previewImage {max-width: 100%;max-height: 70vh;border-radius: 8px;box-shadow: 0 4px 12px rgba(0,0,0,0.15);transition: transform 0.3s;}/* 全屏模式樣式 */#previewContainer.fullscreen {position: fixed;top: 0;left: 0;width: 100vw;height: 100vh;background: rgba(0, 0, 0, 0.9);z-index: 9999;cursor: zoom-out;display: flex !important; /* 強制覆蓋默認樣式 */align-items: center; /* 垂直居中 */justify-content: center; /* 水平居中 */}/* 全屏時圖片樣式 */#previewContainer.fullscreen #previewImage {max-width: 90vw;max-height: 90vh;object-fit: contain; /* 保持比例填充 */}</style>
</head>
<body>
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<div class="upload-container"><label class="custom-upload-btn" for="fileInput">📷 點擊上傳圖片</label><input type="file" id="fileInput" accept="image/*"><div class="error-message" id="errorMessage">只能上傳圖片文件 (JPEG/PNG/GIF)</div>
</div><!-- 圖片預覽區域 -->
<div id="previewContainer"><img id="previewImage" alt="圖片預覽">
</div><script>// =====================// 元素獲取// =====================const fileInput = document.getElementById('fileInput');const previewImage = document.getElementById('previewImage');const previewContainer = document.getElementById('previewContainer');const errorMessage = document.getElementById('errorMessage');// =====================// 文件上傳處理// =====================fileInput.addEventListener('change', function(e) {const file = e.target.files[0];// 清除錯誤提示errorMessage.style.display = 'none';if (!file) return;// 驗證文件類型if (!file.type.startsWith('image/')) {showError("文件類型錯誤，請選擇圖片");this.value = ''; // 清空選擇return;}// 創建文件閱讀器const reader = new FileReader();// 文件讀取成功回調reader.onload = function(e) {previewImage.src = e.target.result;previewContainer.style.display = 'block'; // 顯示預覽容器};// 錯誤處理reader.onerror = function() {showError("文件讀取失敗");previewContainer.style.display = 'none';};// 開始讀取文件reader.readAsDataURL(file);});// =====================// 全屏功能// =====================previewContainer.addEventListener('click', toggleFullscreen);// 全屏切換函數function toggleFullscreen() {if (document.fullscreenElement) {exitFullscreen();} else {enterFullscreen(previewContainer);}}// 進入全屏function enterFullscreen(element) {if (element.requestFullscreen) {element.requestFullscreen();} else if (element.mozRequestFullScreen) { // Firefoxelement.mozRequestFullScreen();} else if (element.webkitRequestFullscreen) { // Chrome/Safarielement.webkitRequestFullscreen();} else if (element.msRequestFullscreen) { // IE/Edgeelement.msRequestFullscreen();}// 添加全屏類名element.classList.add('fullscreen');}// 退出全屏function exitFullscreen() {if (document.exitFullscreen) {document.exitFullscreen();} else if (document.mozCancelFullScreen) { // Firefoxdocument.mozCancelFullScreen();} else if (document.webkitExitFullscreen) { // Chrome/Safaridocument.webkitExitFullscreen();} else if (document.msExitFullscreen) { // IE/Edgedocument.msExitFullscreen();}// 移除全屏類名previewContainer.classList.remove('fullscreen');}// 監聽全屏狀態變化document.addEventListener('fullscreenchange', () => {previewContainer.classList.toggle('fullscreen', !!document.fullscreenElement);});// =====================// 輔助函數// =====================function showError(message) {errorMessage.textContent = message;errorMessage.style.display = 'block';previewContainer.style.display = 'none';}
</script>
</body>
</html>