直解 Varint 编码的精髓：化繁为简的字节魔术

引言

在数字世界的汪洋中，整数无处不在。存储和处理这些庞大的整数大军是一门技术活，既要保证数据的准确性，又要兼顾存储效率和计算便利。Varint 编码应运而生，它就像一位字节魔术师，用变长的字节序列将整数巧妙编码，既压缩了存储空间，又简化了数据处理。

Varint 编码原理

Varint 编码的核心思想是：用最少的字节来表示给定整数 。它将整数分解为一组 7 位的块，从最低有效位开始。每个块的前 7 位用于存储整数的实际值，而第 8 位则用作延续位，表示是否有后续块。

32 位整数编码

对于 32 位整数，Varint 编码最多需要 5 个字节。每个块占 1 个字节，如果整数大于 127（7 位二进制数的最大值），则延续位设为 1，否则设为 0。

例如，整数 100 的 Varint 编码为：

01100100

第一个字节的延续位为 0，表示这是最后一个字节。第 2-7 位的值为 100，因此 100 的 Varint 编码为 01100100。

64 位整数编码

64 位整数的 Varint 编码与 32 位整数类似，但最多需要 10 个字节。每个块仍然占 1 个字节，延续位也遵循相同的规则。

解码过程

解码 Varint 编码的整数也非常简单。从最后一个字节开始，依次读取字节。如果延续位为 0，则该字节是最后一个字节，从该字节开始向左读取 7 位并连接起来即可得到整数。如果延续位为 1，则该字节不是最后一个字节，需要继续读取下一个字节。

应用场景

Varint 编码在数据存储和处理领域有着广泛的应用：

• Bigtable 和 HBase ：用于存储海量整数数据，有效节省存储空间。
• Protocol Buffers ：用于序列化和反序列化整数，提高数据传输效率。
• 其他数据类型 ：Varint 编码还可以用于编码其他数据类型，如时间戳和日期。

技术指南

编码步骤

1. 将整数分解为 7 位块。
2. 从最低有效位开始，为每个块添加延续位。
3. 将块连接起来，形成 Varint 编码的字节序列。

解码步骤

1. 从最后一个字节开始读取字节。
2. 如果延续位为 0，则该字节是最后一个字节，从该字节开始向左读取 7 位并连接起来得到整数。
3. 如果延续位为 1，则该字节不是最后一个字节，继续读取下一个字节。

实例

编码： 整数 12345

• 12345 = 1100000000001001

• 分解为 7 位块：1100000，0000010，01

• 添加延续位：11000001，00000101，01

• 连接字节：11000001 00000101 01

解码： Varint 编码 11000001 00000101 01

• 从最后一个字节开始读取：01
• 延续位为 0，读取 7 位：01
• 连接到前面的字节：00000101 01
• 延续位为 1，继续读取下一个字节：00000101
• 延续位为 1，继续读取下一个字节：11000001
• 读取 7 位：1100000
• 连接到前面的字节：11000000 00000101 01
• 得到整数：12345

结语

Varint 编码的精髓在于用变长的字节序列巧妙地表示整数，既节省了存储空间，又简化了数据处理。它在海量数据存储、数据传输和各种数据类型编码中发挥着至关重要的作用。掌握 Varint 编码的原理和技术指南，将让你在数据处理的道路上游刃有余。