LEB128 または Little Endian Base 128 は 任意精度の整数を少ないバイト数に格納するのに用いられる可変長符号圧縮である。

LEB128はDWARF デバッグファイルフォーマッ^[1][2]や WebAssembly のすべての整数リテラルの符号化方式に使用されている^[3]。

符号化形式

LEB128形式は可変長数値表現 (VLQ) と非常に似ている。主な違いは LEB128 は リトルエンディアン であるのに対し、可変長数値表現はビッグエンディアンであることであり、どちらも小さな数値を1バイトで格納できる一方で、任意の長さの数値をエンコードすることもできる。LEB128には2つのバージョンがあり、符号無しLEB128と符号付きLEB128である。復号する際は、エンコードされた値が符号無しLEB128か符号付きLEB128かを知っている必要がある。

MSB ------------------ LSB
      10011000011101100101  元の値の2進数表現
     010011000011101100101  7の倍数ビットに拡張
 0100110  0001110  1100101  7ビットごとに分割
00100110 10001110 11100101  最後（最上位）のグループを除くすべてに高位1ビットを追加してバイトを形成
    0x26     0x8E     0xE5  16進数表現

→ 0xE5 0x8E 0x26            出力 (最下位ビットから最上位ビットの順)

MSB ------------------ LSB
         11110001001000000  123456 の2進数表現
     000011110001001000000  21ビットの
     111100001110110111111  すべてのビットを反転 (1の補数)
     111100001110111000000  1を足す(2の補数)
 1111000  0111011  1000000  7ビットごとに分割
01111000 10111011 11000000  最後（最上位）のグループを除くすべてに高位1ビットを追加してバイトを形成
    0x78     0xBB     0xC0  16進数表現

→ 0xC0 0xBB 0x78            出力 (最下位ビットから最上位ビットの順)

C言語風 擬似コード

do {
  byte = low-order 7 bits of value;
  value >>= 7;
  if (value != 0) /* more bytes to come */
    set high-order bit of byte;
  emit byte;
} while (value != 0);

more = 1;
negative = (value < 0);

/* the size in bits of the variable value, e.g., 64 if value's type is int64_t */
size = no. of bits in signed integer;

while (more) {
  byte = low-order 7 bits of value;
  value >>= 7;
  /* the following is only necessary if the implementation of >>= uses a
     logical shift rather than an arithmetic shift for a signed left operand */
  if (negative)
    value |= (~0 << (size - 7)); /* sign extend */

  /* sign bit of byte is second high-order bit (0x40) */
  if ((value == 0 && sign bit of byte is clear) || (value == -1 && sign bit of byte is set))
    more = 0;
  else
    set high-order bit of byte;
  emit byte;
}

result = 0;
shift = 0;
while (true) {
  byte = next byte in input;
  result |= (low-order 7 bits of byte) << shift;
  if (high-order bit of byte == 0)
    break;
  shift += 7;
}

result = 0;
shift = 0;

/* the size in bits of the result variable, e.g., 64 if result's type is int64_t */
size = number of bits in signed integer;

do {
  byte = next byte in input;
  result |= (low-order 7 bits of byte << shift);
  shift += 7;
} while (high-order bit of byte != 0);

/* sign bit of byte is second high-order bit (0x40) */
if ((shift <size) && (sign bit of byte is set))
  /* sign extend */
  result |= (~0 << shift);

使用例

• Android プロジェクトはDalvik 実行可能ファイルフォーマット (.dex) で LEB128 で使用^[1]。
• Hewlett-Packard IA-64の例外処理におけるテーブルの圧縮^[2]。
• DWARF ファイルフォーマットは、様々なフィールドで符号なしと符号付きの両方のLEB128エンコーディングを使用。
• LLVM ではカバレッジマッピングフォーマットで使用している^[3]。LLVMのLEB128エンコーディングとデコーディングの実装は、前述の擬似コードと並んで有用である^[4]。
• Microsoft .NET Framework では、BinaryReaderとBinaryWriterクラスで「7ビットエンコード整数」フォーマットをサポートしており、BinaryWriterで文字列を書き込む際、文字列の長さはこのメソッドでエンコードされている。
• Minecraft は、パケット内のデータの長さを測定するためにプロトコルでLEB128を使用^[5]。
• mpatrolデバッギングツールは、トレースファイルフォーマットでLEB128を使用^[6]。
• osu! は、osu!リプレイ（.osr）フォーマットでLEB128を使用^[7]。
• W3C Efficient XML Interchange (EXI) は、ここで説明されているのとまったく同じ方法で、LEB128を使用して符号無し整数を表現する^[8]。
• WebAssemblyは、モジュールのポータブルなバイナリエンコーディングで使用。
• Ixzファイルフォーマット^[9]

関連するエンコーディング

• Dlugoszの可変長整数エンコーディング (original) は、最初の3つのサイズブレークで7ビットの倍数を使用しますが、その後は増分が変化します。また、プレフィックスビットを各バイトの先頭ではなく、ワードの先頭にすべて配置します。
• ヒューマン・インターフェース・デバイスレポートディスクリプタバイトは、2ビットのバイトカウントビットフィールドを使用して、後に続く0、1、2、または4バイトの整数のサイズをエンコードします。常にリトルエンディアンです。符号性、つまり短縮された整数を符号付きで拡張するかどうかは、ディスクリプタタイプに依存します。
• LLVM ビットコードファイルフォーマットは、類似の技術を使用して^[10] 固定の7ビットの代わりに、コンテキストに依存したサイズのビットグループに値を分割し、最上位ビットで継続を示します。
• Protocol Buffers (Protobuf) は、符号なし整数には同じエンコーディングを使用しますが、符号付き整数は最初のバイトの最下位ビットとして符号を付加します。
• ASN.1 BER, DER は、各ASN.1タイプの値を8ビットオクテットの文字列としてエンコードします。

関連項目

• DWARF デバッグフォーマット
• UTF-7

出典

1. ↑ “Dalvik Executable Format”. 2021年5月18日閲覧。
2. ↑ Christophe de Dinechin (October 2000). “C++ Exception Handling for IA-64”. 2009年7月19日閲覧。
3. ↑ LLVM Project (2016年). “LLVM Code Coverage Mapping Format”. 2016年10月20日閲覧。
4. ↑ LLVM Project (2019年). “LLVM LEB128 encoding and decoding”. 2019年11月2日閲覧。
5. ↑ “Minecraft Modern Varint & Varlong”. wiki.vg (2020年). 2020年11月29日閲覧。
6. ↑ “MPatrol documentation” (December 2008). 2009年7月19日閲覧。
7. ↑ “Osr (file format) - osu!wiki” (英語). osu.ppy.sh. 2017年3月18日閲覧。
8. ↑ “Efficient XML Interchange (EXI) Format 1.0”. www.w3.org. World Wide Web Consortium (2014年2月11日). 2020年12月31日閲覧。
9. ↑ “The .xz File Format”. tukaani.org (2009年). 2017年10月30日閲覧。
10. ↑ “LLVM Bitcode File Format — LLVM 13 documentation”. 2024年10月4日閲覧。