golang高性能变长整数编解码插件库varint的使用

Golang高性能变长整数编解码插件库varint的使用

变长无符号整数编码

小无符号整数值比大值更常见。通过删除序列化整数时不重要的0位，可以实现显著的压缩。编码整数的字节长度将根据有效位数而变化。

编码整数的长度必须与整数位一起编码，以便可以恢复原始整数。存在不同的方法来编码变长整数。这里我们只考虑uint64值的编码。

使用方法

初始化项目

首先确保你的项目中有go.mod文件。在终端中执行以下命令创建go.mod文件：

$ go mod init myProgram

导入包

在需要使用该包的Go源文件中导入：

import "github.com/chmike/varint"

编码

使用以下函数编码uint64值。它会在字节切片中序列化值并返回写入的字节数。如果切片太小无法容纳编码的整数，函数返回0。函数不会panic。

func varint.Encode([]byte, uint64) int

在程序中编码值1234的示例：

l := varint.Encode(b, 1234)
if l == 0 {
  // b太小无法容纳编码值
}
b = b[l:]

解码

使用以下函数解码编码的uint64值。它会反序列化值并返回读取的字节数。如果切片太小（切片为空或值被截断），函数返回值0和0字节读取。函数不会panic。

func varint.Decode([]byte) (uint64,int)

在程序中解码编码值的示例：

l, v := varint.Decod(b)
if l == 0 {
  // b为空或值被截断
}
b = b[l:]

与Uvarint函数的区别

这些函数与binary.PutUvarint()和binary.Uvarint函数具有相同的API，可以方便地替换它们。但有一些区别：

  • Uvarint()和PatUvarint函数可能会panic
  • PutUvarint()函数永远不会返回0
  • Uvarint()在某些情况下可能返回负的读取字节数

性能

基准测试结果

benchmarks

benchmark encode and decode

基准测试注意事项

由于分支预测优化，基准测试对chmike/varint代码有利。编码不同大小的uint64值切片会减轻这种影响。Zipf分布的大小可能更现实。

完整示例Demo

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/chmike/varint"
)

func main() {
	// 编码示例
	buf := make([]byte, 10) // 准备足够大的缓冲区
	value := uint64(123456789)
	
	// 编码
	encodedLen := varint.Encode(buf, value)
	if encodedLen == 0 {
		fmt.Println("缓冲区太小")
		return
	}
	
	fmt.Printf("编码后的值: %v\n", buf[:encodedLen])
	
	// 解码示例
	decodedValue, decodedLen := varint.Decode(buf)
	if decodedLen == 0 {
		fmt.Println("解码失败: 缓冲区为空或值被截断")
		return
	}
	
	fmt.Printf("解码后的值: %d, 读取字节数: %d\n", decodedValue, decodedLen)
	
	// 验证原始值和解码值是否相同
	if decodedValue == value {
		fmt.Println("编码解码成功!")
	} else {
		fmt.Println("编码解码失败!")
	}
}

更多关于golang高性能变长整数编解码插件库varint的使用的实战教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html

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Golang 高性能变长整数编解码：varint 使用指南

在 Golang 中，varint 是一种高效的变长整数编码方式，特别适合用于需要节省空间的场景，如网络传输或持久化存储。下面我将详细介绍如何使用 Golang 标准库中的 varint 功能。

标准库 varint 包

Golang 在 encoding/binary 包中提供了 varint 相关的函数：

import "encoding/binary"

基本使用方法

1. 编码整数为 varint

func EncodeVarint(n int64) []byte {
    buf := make([]byte, binary.MaxVarintLen64)
    length := binary.PutVarint(buf, n)
    return buf[:length]
}

2. 解码 varint 为整数

func DecodeVarint(data []byte) (int64, int, error) {
    n, length := binary.Varint(data)
    if length == 0 {
        return 0, 0, errors.New("buffer too small")
    }
    if length < 0 {
        return 0, 0, errors.New("value larger than 64 bits")
    }
    return n, length, nil
}

完整示例

package main

import (
    "encoding/binary"
    "errors"
    "fmt"
    "log"
)

func main() {
    // 编码示例
    numbers := []int64{1, 127, 128, 255, 256, 1024, -1, -100}
    
    for _, n := range numbers {
        encoded := EncodeVarint(n)
        decoded, _, err := DecodeVarint(encoded)
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        
        fmt.Printf("原始值: %5d, 编码后: %-15v, 解码值: %5d, 编码长度: %d\n",
            n, encoded, decoded, len(encoded))
    }
}

func EncodeVarint(n int64) []byte {
    buf := make([]byte, binary.MaxVarintLen64)
    length := binary.PutVarint(buf, n)
    return buf[:length]
}

func DecodeVarint(data []byte) (int64, int, error) {
    n, length := binary.Varint(data)
    if length == 0 {
        return 0, 0, errors.New("buffer too small")
    }
    if length < 0 {
        return 0, 0, errors.New("value larger than 64 bits")
    }
    return n, length, nil
}

无符号整数变长编码

对于无符号整数，可以使用 PutUvarint 和 Uvarint：

func EncodeUvarint(n uint64) []byte {
    buf := make([]byte, binary.MaxVarintLen64)
    length := binary.PutUvarint(buf, n)
    return buf[:length]
}

func DecodeUvarint(data []byte) (uint64, int, error) {
    n, length := binary.Uvarint(data)
    if length == 0 {
        return 0, 0, errors.New("buffer too small")
    }
    if length < 0 {
        return 0, 0, errors.New("value larger than 64 bits")
    }
    return n, length, nil
}

性能优化技巧

  1. 复用缓冲区：频繁编码时，可以复用缓冲区减少内存分配

    var buf [binary.MaxVarintLen64]byte
length := binary.PutVarint(buf[:], n)
encoded := buf[:length]

  2. 批量处理：对于多个数字，可以一次性写入到同一个缓冲区

  3. 预估大小：如果知道数字大致范围，可以使用更小的缓冲区

使用场景

  1. Protocol Buffers：protobuf 使用 varint 编码整数
  2. 数据库存储：节省存储空间
  3. 网络传输：减少带宽使用
  4. 日志记录：压缩日志大小

注意事项

  1. 负数编码后会占用更多空间（因为使用 zig-zag 编码）
  2. 大整数（接近64位限制）可能不会节省空间
  3. 解码时需要检查返回值，确保解码成功

替代方案

如果需要更高性能的变长整数编码，可以考虑以下第三方库：

  1. github.com/golang/protobuf/proto - Protocol Buffers 官方实现
  2. github.com/dennwc/varint - 优化的 varint 实现

希望这份指南能帮助你高效地使用 Golang 的 varint 功能！

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