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hkotsubo
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Antes de mais nada, vale lembrar que Undefined é um dos tipos definidos pela linguagem (assim como String, Number, Boolean, etc). E a especificação diz o seguinte:

The Undefined type has exactly one value, called undefined. Any variable that has not been assigned a value has the value undefined.

Ou seja, o tipo Undefined possui apenas um valor, que é undefined. E qualquer variável a qual não foi atribuído um valor, tem o valor undefined.

Ou seja, ao fazer apenas let variavel;, a variável possui o valor undefined (e só para deixar mais confuso, ainda existe uma propriedade do objeto global chamada undefined cujo valor é - adivinhe - undefined).


Quanto a arrays, é um pouco mais complicado. Segue explicação baseada nesta resposta do SOen.

O construtor Array(n), quando chamado com apenas um argumento, e este argumento é um número inteiro, retorna um array cujo tamanho (ou seja, cujo valor da propriedade length) é este número.

Mas ao tentar acessar qualquer um dos elementos do mesmo, o retorno é undefined:

let x = Array(2);
console.log(x.length); // 2
console.log(x[0], x[1]); // undefined, undefined
console.log(x);

Obs: na última linha podem haver divergências quanto à saída. Rodando no snippet do site, eu obtive [undefined, undefined], mas próprio console do Chrome, o retorno foi [empty x 2] e no Node foi [ <2 empty items> ].

O que acontece é que, apesar de parecer, Array(2) não é a mesma coisa que [undefined, undefined]. Por exemplo, se mapearmos cada elemento do array para algum valor qualquer, usando map:

console.log([undefined, undefined].map(e => 1));  // [1, 1]
console.log(new Array(2).map(e => 1));

Sobre a última linha, novamente houve a divergência: no snippet do site, a saída foi [undefined, undefined] e no Chrome e Node a saída foi respectivamente [empty x 2] e [ <2 empty items> ].

Enfim, segundo a especificação, o construtor Array(tamanho) só cria um array cujo valor da propriedade length é o tamanho informado, e só. Nenhum elemento de fato foi criado dentro dele.

Por isso ao percorrê-lo com map o resultado continua sendo "2 empty items", pois a especificação diz que map verifica se a propriedade do array (o índice, no caso) existe. Mas o array criado com Array(tamanho) não possui essas propriedades:

function verificarIndices(array) {
    for (let i = 0; i < array.length; i++) {
        console.log(`tem ${i}? ${array.hasOwnProperty(i)}`);
    }
}

console.log('array de undefined');
verificarIndices([undefined, undefined]); // imprime "true" para os índices
console.log('Array(2)');
verificarIndices(Array(2));  // imprime "false" para os índices

console.log(Object.getOwnPropertyNames([undefined, undefined]));  // ['0', '1', 'length']
console.log(Object.getOwnPropertyNames(new Array(2))); // ['length']

O que nos leva a concluir que o array não possui elementos, e undefined é apenas um valor que é retornado quando um elemento não existe. Afinal, é isso que ocorre quando acessamos um índice que não existe:

let x = [1, 2, 3];
console.log(x[999]); // undefined

Por fim, outra forma de ver que o array criado por Array(n) não tem índices (e portanto podemos concluir que não tem os respectivos elementos):

console.log('percorrendo [undefined, undefined]');
for (let i in [undefined, undefined])
    console.log(i); // imprime 0 e 1

console.log('percorrendo Array(2)');
for (let i in Array(2))
    console.log(i); // não imprime nada

console.log('--------');
console.log(Object.keys([undefined, undefined])); // [ '0', '1' ]
console.log(Object.keys(Array(2))); // []


E quanto ao comentário sobre toString, a especificação diz que toString chama internamente o método join sem argumentos. E quando join é chamado sem argumentos, a especificação diz que é usada uma vírgula como separador. O algoritmo também diz que, se o elemento for undefined ou null, é usada a string vazia no lugar. E como já vimos que o acesso aos elementos não existentes de Array(2) retorna undefined, o resultado de toString será um monte de vírgulas (para ser mais preciso, em um array de tamanho N, serão N - 1 vírgulas).

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