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如何在c#中使用Zlib壓縮與解壓

 更新時間:2021年04月28日 08:51:28   作者:Compasslg  
這篇文章主要介紹了如何在c#中使用Zlib壓縮與解壓,幫助大家更好的理解和學習使用c#,感興趣的朋友可以了解下

介紹

近期用c#開發(fā)一個游戲的存檔編輯工具需要用 Zlib 標準的 Deflate 算法對數(shù)據(jù)進行解壓。 在 StackOverflow 上逛了一圈,發(fā)現(xiàn) c# 比較常用到的方式是微軟提供的 System.IO.Compression, zlib.net, 以及 ICSharpCode 的SharpZipLib。我簡單的測試和包裝了一下,便在這里分享一下成果以及我個人的看法。

System.IO.Compression

通常來說,使用c#開發(fā)時能用微軟官方提供的工具就盡量用,一個是bug會比較少,維護會比較穩(wěn)定。此外,官方提供的方案往往在優(yōu)化上也會高于第三方工具。

雖然在.NET Framework 4.5 開始 System.IO.Compression.DeflateStream 也使用Zlib進行Deflate格式的壓縮與解壓了,但經(jīng)過測試其壓縮和解壓結果與其他Zlib庫有所不同.
仔細觀察就會發(fā)現(xiàn),用 DeflateStream 壓縮后的數(shù)據(jù)開頭比Zlib壓縮的數(shù)據(jù)少兩個字節(jié),結尾比Zlib少四個字節(jié); 這種輸出格式叫做 Raw Deflate 。
經(jīng)過查證,C# 提供的 DeflateStream只能壓縮成或者解壓這種Raw Deflate, 而不能處理標準的 Zlib Deflate 格式 (不過據(jù)說可以自己生成); 但反過來,Zlib 可以處理或生成這種不包含頭尾數(shù)據(jù)的Raw Deflate.
當然,你也可以選擇手動添加 header 和 trailer. 具體怎么添加可以閱讀文末鏈接的參考資料,由于不是特別重要,我就偷個懶了。

以下是我使用此方法簡單包裝的壓縮與解壓數(shù)據(jù)的代碼:

// 使用System.IO.Compression進行Deflate壓縮
public static byte[] MicrosoftCompress(byte[] data)
{
    MemoryStream uncompressed = new MemoryStream(data); // 這里舉例用的是內存中的數(shù)據(jù);需要對文本進行壓縮的話,使用 FileStream 即可
    MemoryStream compressed = new MemoryStream();
    DeflateStream deflateStream = new DeflateStream(compressed, CompressionMode.Compress); // 注意:這里第一個參數(shù)填寫的是壓縮后的數(shù)據(jù)應該被輸出到的地方
    uncompressed.CopyTo(deflateStream); // 用 CopyTo 將需要壓縮的數(shù)據(jù)一次性輸入;也可以使用Write進行部分輸入
    deflateStream.Close();  // 在Close中,會先后執(zhí)行 Finish 和 Flush 操作。
    byte[] result = compressed.ToArray();
    return result;
}
// 使用System.IO.Compression進行Deflate解壓
public static byte[] MicrosoftDecompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream(data);
    MemoryStream decompressed = new MemoryStream();
    DeflateStream deflateStream = new DeflateStream(compressed, CompressionMode.Decompress); // 注意: 這里第一個參數(shù)同樣是填寫壓縮的數(shù)據(jù),但是這次是作為輸入的數(shù)據(jù)
    deflateStream.CopyTo(decompressed); 
    byte[] result = decompressed.ToArray();
    return result;
}

zlib.net

zlib.net是一個非常小體量的開源的第三方工具。經(jīng)過本人有限的研究和了解,這個庫其實更像是一個半成品,許多功能都不完善,不過優(yōu)點在于非常輕巧,而且與c++端使用 boost::iostreams::zlib 效果相同。

以下是用 zlib.net 提供的 ZOutputStream 類來壓縮數(shù)據(jù)的代碼

public static byte[] ZLibDotnetCompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream();
    ZOutputStream outputStream = new ZOutputStream(compressed, 2); 
    outputStream.Write(data, 0, data.Length); // 這里采用的是用 Write 來寫入需要壓縮的數(shù)據(jù);也可以采用和上面一樣的方法
    outputStream.Close();
    byte[] result = compressed.ToArray();
    return result;
}

以下是用zlib.net 提供的 ZInputStream 類來解壓數(shù)據(jù)的代碼

public static byte[] ZLibDotnetDecompress(byte[] data, int size)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream(data);
    ZInputStream inputStream = new ZInputStream(compressed);
    byte[] result = new byte[size];   // 由于ZInputStream 繼承的是BinaryReader而不是Stream, 只能提前準備好輸出的 buffer 然后用 read 獲取定長數(shù)據(jù)。
    inputStream.read(result, 0, result.Length); // 注意這里的 read 首字母是小寫
    return result;
}

你需要通過read來獲取解壓后的數(shù)據(jù),同時你要在調用其解壓的方法時提前提供好外部的buffer用于儲存輸出的數(shù)據(jù),這個buffer的大小就是一個問題了。
如果打算使用這個的話,建議除了儲存壓縮的數(shù)據(jù)以外,在不會被壓縮的位置添加壓縮前大小的數(shù)據(jù)。

但總體來說,個人不建議使用這個工具。

https://github.com/zyborg/zlib.net
http://www.componentace.com/zlib_.NET.htm

SharpZipLib

我最終選擇使用的是 SharpZipLib. (編輯:當時沒做速度測試,且我需要解壓的文件不是太大,速度也不是很重要,否則的話不推薦選擇這個方案。。。)

ICSharpCode 不愧是開發(fā)了 ILSpy 的團隊,SharpZipLib 在提供強大的功能的同時,使用也很方便。限于主題,這里只討論用 Deflate 格式來壓縮數(shù)據(jù)流。

簡單來說,你需要做的就是通過 DeflaterOutputStream 來壓縮,InflaterInputStream 來解壓,而除了壓縮和解壓分在兩個不同的類以外,其他的操作方式和 System.IO.Compression.DeflateStream 可以做到完全一樣。
而且其壓縮和解壓的結果和直接使用Zlib官方的庫一模一樣,開發(fā)輔助其他程序的工具時不用擔心頭尾數(shù)據(jù)的問題,算是非常省事了。

以下是我使用該方案簡單包裝的方法:

public static byte[] SharpZipLibCompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream();
    DeflaterOutputStream outputStream = new DeflaterOutputStream(compressed);
    outputStream.Write(data, 0, data.Length);
    outputStream.Close();
    return compressed.ToArray();
}
public static byte[] SharpZipLibDecompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream(data);
    MemoryStream decompressed = new MemoryStream();
    InflaterInputStream inputStream = new InflaterInputStream(compressed);
    inputStream.CopyTo(decompressed);
    return decompressed.ToArray();
}

速度對比

為了對比幾種方法在壓縮與解壓效率上的優(yōu)劣,我準備了兩組數(shù)據(jù)做了一個簡單的測試。

第一組為短數(shù)據(jù),是一個簡單的字符串 "this is just a string for testing, see how this compression thing works."
第二組為長數(shù)據(jù),是在網(wǎng)上下載到的英文版的 《冰與火之歌:權利的游戲》txt文本,大小約1.7mb。

我分別用每個方法壓縮和解壓短數(shù)據(jù)1000次,長數(shù)據(jù)100次, 最終的結果如下:

Length of Short Data: 144
Length of Long Data: 1685502

============================================
Compress and decompress with Microsoft Zlib Compression (1000 times): 54
Compress and decompress with Microsoft Zlib Compression (long data 100 times): 7924

============================================
Compress and decompress with Zlib.net Compression (1000 times): 254
Compress and decompress with Zlib.net Compression (long data 100 times): 9924

============================================
Compress and decompress with SharpZipLib Compression (1000 times): 442
Compress and decompress with SharpZipLib Compression (long data 100 times): 26782

顯而易見的,無論是長數(shù)據(jù)還是短數(shù)據(jù)的壓縮與解壓,System.IO.Compression中提供的方法都優(yōu)于另外兩種方法。

Zlib.net在速度上的劣勢不明顯,而同樣的算法SharpZipLib要花兩到三倍的時間。

總結

最終,不出所料的,微軟官方提供的 System.IO.Compression 中的方法在速度上有著明顯的優(yōu)勢;雖然不會提供Deflate的頭尾信息,但可以想辦法自己生成,而且這一缺點基本上是可以完全忽略的。 Zlib.net 雖然在速度上表現(xiàn)也不錯,同時也會生成Deflate壓縮的頭尾信息,但因為其包裝比較潦草,使用起來相對不方便。而 SharpZipLib 很可惜,雖然其他各方面都很方便,但速度上的缺陷相當致命,只能在一定需要 Deflate 而非 RawDeflate 或者使用的.Net Framework早于4.5的時候(且運行中時間消耗不重要)偷懶的用一用了。

參考與延申

關于Zlib

https://zlib.net/

關于 Deflate 和 Raw Deflate

https://stackoverflow.com/questions/37845440/net-deflatestream-vs-linux-zlib-difference
https://www.ietf.org/rfc/rfc1950.txt
https://www.ietf.org/rfc/rfc1951.txt

關于CSharp System.IO.Compression.DeflateStream

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.io.compression.deflatestream?view=net-5.0

開發(fā)者之一 Mark Adler 在 StackOverflow 上的回答

deflate 和 compress 函數(shù)的區(qū)別

https://stackoverflow.com/questions/10166122/zlib-differences-between-the-deflate-and-compress-functions/10168441#10168441

如何手動添加 header 和 trailer
https://stackoverflow.com/questions/39939869/data-format-for-system-io-compression-deflatestream

以上就是如何再c#中使用Zlib壓縮與解壓的詳細內容,更多關于c#使用Zlib壓縮與解壓的資料請關注腳本之家其它相關文章!

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