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变数长度编码的秘密：为什么LEB128是数字压缩的游戏改变者？
在现代数据处理的世界中，数字的压缩和编码技巧对于提高效率至关重要。其中，LEB128（Little Endian Base 128）作为一种变数长度的数据编码方式，已经在许多应用中广泛使用。 LEB128不仅能够高效地存储任意大的整数，还优化了数据的传输和储存。本文将探讨LEB128的编码格式、应用案例及其对数字压缩技术的影响。
LEB128的编码格式
LEB128的编码方式类似于变长数量（VLQ）格式，其主要的区别在于LEB128是小端编码，而变长数量则是大端编码。 LEB128有两种版本：无符号LEB128和有符号LEB128，解码器需要知道编码的值是无符号还是有符号。
「LEB128无论是用于无符号还是有符号的整数，都是通过将数字转换为二进制形式来表示，然后对数字进行分组，最终以七位一组的形式输出。」
无符号LEB128
在编码无符号整数时，首先将该数表示为二进制。然后将数字零扩展到七位的倍数（以确保如果数字不为零，最上面的七位不是全为零）。接着，将数字分成七位的组。每个字节的最下位7位将包含这组数据，并在每个字节的最上位设置1，除了最后一个字节。
有符号LEB128
有符号整数的编码与无符号整数相似。从N位的二进制补码表示开始，将数字分组。那么，如何将-
6编码为LEB128呢？「对于有符号整数，我们将其二进制表示进行反转并加一，然后与无符号整数以相同的方式分组和编码。」
快速解码技术
LEB128的解码虽然简单，但在现代硬体上进行的纯标量实现往往速度较慢，特别是在分支预测成本非常高的情况下。为了解决这个问题，一系列的研究提出了SIMD技术来加速解码，这被称为「VByte」技术。最新的「Masked VByte」方法展示了在商用Haswell硬体上的速度提升，达到650至2700百万整数每秒。在此基础上，另一篇论文介绍了「Stream VByte」压缩技术，进一步增加了速度，能够达到每秒超过4亿个整数的解码速度。
LEB128的应用案例
LEB128的应用范围广泛，例如在Android项目的Dalvik执行格式中，LEB128是文件格式的重要组成部分。此外，DWARF档案格式和LLVM的覆盖映射格式也使用LEB128进行数字编码。其他例子包括Minecraft协议的数据包长度测量、OSU游戏回放格式、W3C的高效XML交换格式等。
「LEB128的灵活性和高效性使其成为多个领域中数据压缩和传输的首选方案，从而大大提升了效率。」
相关编码技术
LEB128虽然在数据压缩领域表现优异，但还有许多其他编码技术值得注意。例如，Dlugosz的变长整数编码使用了不同的大小分段来处理整数；而Protocol Buffers则在其无符号整数的编码中也采用了类似的技术。
未来的展望
随着数据量的显著增长，数字压缩和编码技术将变得愈发重要。 LEB128技术的演进不仅促进了数据存储和传输效率的提升，还影响到许多其他编码技术的发展。因此，我们不禁要思考，在未来的数据世界中，还会有哪些创新会出现，改变我们对数字的理解和使用方式呢？
