作者： TiDBer_zzCOdTu4 原文来源：https://tidb.net/blog/e944f21f

最近在 TiDB 201 系列课程：https://learn.pingcap.cn/learner/course/1050001 里学了 TiDB 的数据类型。里面提到的各个类型的特点引起了我想深入了解其原理的兴趣。

Decimal 类型通常用于需要高精度的计算，比如财务计算。那么为什么它保持精度不丢失呢？让我们通过 DECIMAL(5,2) 存储与读取 123.45 来详细解析 Decimal 数据类型的存储逻辑吧。

核心思想：以整数形式存储

Decimal 类型的所有存储实现都基于一个核心原则：以一个定长的整数来存储数值，同时额外存储小数点位置信息。

这样做的好处是：

• 精确表示：没有浮点数的舍入误差。

• 计算精确：所有的算术运算（加、减、乘）都可以使用整数运算来完成，最后再调整小数点位置。

基本概念与规则

• DECIMAL(M,D) 表示：总位数 M，小数位数 D；整数位数 = M - D。

• 物理压缩规则：

• 每 9 个十进制数字打包为 4 字节（用一个 32 位整数保存那 9 位的数值）。

• 不足 9 位的尾组按下表占用字节数（这是“按位压缩”的规则）：

• 0→0 字节

• 1–2 →1 字节

• 3–4 →2 字节

• 5–6 →3 字节

• 7–9 →4 字节

• 符号处理：

• 正数：编码的第一个字节的最高位（MSB）被置为 1（即与 0x80 有关的标识）。

• 负数：先对编码后的字节取按位反，然后最高位为 0（或相应规则），以区别负数。

TiDB 中 DECIMAL(5,2) 存储与读取 123.45 的逻辑

1) 把 123.45 拆解为整数组与小数组

• 原数值：123.45
  

• 整数部分（integer part） = 123（3 位）

• 小数部分（fraction part） = 45（2 位）

• 因为每 9 位一组，这里每边都只占 “剩余” 组：整数组需 2 字节（3 位 -> 对应 2 字节），小数组需 1 字节（2 位 -> 对应 1 字节）。（表格对照：3–4 位 → 2 字节；1–2 位 → 1 字节。）

2) 存储编码过程

1. 解析数值把 "123.45" 解析为内部十进制结构：记录符号、总位数、整数位数、以及每一位的数字序列（或按组存储的数值）。

2. 按组打包

3. 把整数部分从高位到低位按组（每组最多 9 位）分组；这里只有一组（123），需 2 字节存储。

4. 把小数部分从高位到低位按组分组；这里只有一组（45），需 1 字节存储。

5. 每组的数值以二进制整数形式存放（紧凑存放，不是 ASCII）。例如整数 123 -> 对应数值 123，会以 2 字节或合适的字节数保存其数值。

6. 加上符号位（正 / 负区分）

7. 对于正数：把编码序列的第一个字节的最高位置 1（即把该字节与 0x80 或在实现中置位的方式）。

8. 对于负数：按 MySQL 规则做按位取反（ones’ complement）以方便排序。

9. 输出字节序列最终产物是一个紧凑的字节数组：整数组字节（高位组先）紧接着小数组字节（高位组先），并在第一个字节包含符号标志位。

[ firstByte_with_signBit ] [ remaining int-byte(s) ] [ frac-byte(s) ]

以 DECIMAL(5,2) 为例：

• 整数组（3 位）按 2 字节存储表示 123；小数组（2 位）按 1 字节表示 45。

• 加上正号标志（最高位置 1），得到的字节序列（示意）为： [ 0x80 ][ 0x7B ][ 0x2D ]
  

| 区段 | 含义 | 举例说明（以 DECIMAL(5,2)=123.45） | | —————————- | ———————————————————————– | ———————————————————- | | firstByte_with_signBit | 整数部分的最高字节 + 符号标志。 即在整数部分编码的第一个字节上，把最高位 (bit7) 置 1 表示“正数”；若为负，则取反并清零最高位。 | 整数部分 “123” 编码为 2 字节（00 7B）， 正数 → 在第一个字节加上 0x80 → 80 7B | | remaining int-byte(s) | 整数部分剩余的字节（不含符号位部分）。 | 第二个字节为 7B（对应十进制 123 的余值） | | frac-byte(s) | 小数部分字节，按同样的压缩规则存储（1–2 位 → 1 字节）。 | 小数部分 “45” 编码为 2D |

3) 读取（解码）过程——TiDB 如何把存储的字节还原为可用的 Decimal

1. 从存储读取原始字节数组

2. 检查并处理符号位

• 查看第一个字节的最高位：若为 1 → 原数为正；若为 0 → 可能是按位取反后的负数编码（需要补偿以还原原始负数数值）。

• 对于负数，需要做反向操作（按位取反并重建十进制组）以得到原始数值。

1. 按组拆分并恢复十进制位

• 依据列定义（例如 DECIMAL(5,2) 的 M/D）或在编码中内嵌的长度信息，知道每一侧（整数组 / 小数组）应当按多少字节读取，依次读取每组字节并转换为对应的十进制数片段（把每组的二进制数值转换回对应的 1..9 位十进制字符序列）。

• 将整数组段和小数组段拼起来，得出完整的十进制数字字符序列（例如 "12345"），再根据小数位数插入小数点得到 123.45。

1. 组装为内部数值对象与 SQL 层输出

结论

• TiDB 的 DECIMAL 存储使用 * 压缩的十进制定点编码 *（每 9 位 -> 4 字节，剩余按表占字节）。

• 编码时整数组在前、分组内用二进制数值保存、最高字节最高位用于标志正负（正数置 1，负数按位取反处理）。

• 读取时反向：检查符号位 → 按组解析数值 → 重建十进制字符序列 → 变成内部 Decimal 对象，再由 SQL 层格式化为字符串或其他输出。