浅谈在c#中使用Zlib压缩与解压的方法

作者：Compasslg

介绍

近期用c#开发一个游戏的存档编辑工具需要用 Zlib 标准的 Deflate 算法对数据进行解压。在 StackOverflow 上逛了一圈，发现 c# 比较常用到的方式是微软提供的 System.IO.Compression, zlib.net, 以及 ICSharpCode 的SharpZipLib。我简单的测试和包装了一下，便在这里分享一下成果以及我个人的看法。

System.IO.Compression

通常来说，使用c#开发时能用微软官方提供的工具就尽量用，一个是bug会比较少，维护会比较稳定。此外，官方提供的方案往往在优化上也会高于第三方工具。

虽然在.NET Framework 4.5 开始 System.IO.Compression.DeflateStream 也使用Zlib进行Deflate格式的压缩与解压了，但经过测试其压缩和解压结果与其他Zlib库有所不同.
仔细观察就会发现，用 DeflateStream 压缩后的数据开头比Zlib压缩的数据少两个字节，结尾比Zlib少四个字节; 这种输出格式叫做 Raw Deflate 。
经过查证，C# 提供的 DeflateStream只能压缩成或者解压这种Raw Deflate, 而不能处理标准的 Zlib Deflate 格式 (不过据说可以自己生成); 但反过来，Zlib 可以处理或生成这种不包含头尾数据的Raw Deflate.
当然，你也可以选择手动添加 header 和 trailer. 具体怎么添加可以阅读文末链接的参考资料，由于不是特别重要，我就偷个懒了。

以下是我使用此方法简单包装的压缩与解压数据的代码：

// 使用System.IO.Compression进行Deflate压缩
public static byte[] MicrosoftCompress(byte[] data)
{
    MemoryStream uncompressed = new MemoryStream(data); // 这里举例用的是内存中的数据；需要对文本进行压缩的话，使用 FileStream 即可
    MemoryStream compressed = new MemoryStream();
    DeflateStream deflateStream = new DeflateStream(compressed, CompressionMode.Compress); // 注意：这里第一个参数填写的是压缩后的数据应该被输出到的地方
    uncompressed.CopyTo(deflateStream); // 用 CopyTo 将需要压缩的数据一次性输入；也可以使用Write进行部分输入
    deflateStream.Close();  // 在Close中，会先后执行 Finish 和 Flush 操作。
    byte[] result = compressed.ToArray();
    return result;
}

// 使用System.IO.Compression进行Deflate解压
public static byte[] MicrosoftDecompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream(data);
    MemoryStream decompressed = new MemoryStream();
    DeflateStream deflateStream = new DeflateStream(compressed, CompressionMode.Decompress); // 注意： 这里第一个参数同样是填写压缩的数据，但是这次是作为输入的数据
    deflateStream.CopyTo(decompressed);
    byte[] result = decompressed.ToArray();
    return result;
}

zlib.net

zlib.net是一个非常小体量的开源的第三方工具。经过本人有限的研究和了解，这个库其实更像是一个半成品，许多功能都不完善，不过优点在于非常轻巧，而且与c++端使用 boost::iostreams::zlib 效果相同。

以下是用 zlib.net 提供的 ZOutputStream 类来压缩数据的代码

public static byte[] ZLibDotnetCompress(byte[] data)
{
    MemoryStream compressed = new MemoryStream();
    ZOutputStream outputStream = new ZOutputStream(compressed, 2);
    outputStream.Write(data, 0, data.Length); // 这里采用的是用 Write 来写入需要压缩的数据；也可以采用和上面一样的方法
    outputStream.Close();
    byte[] result = compressed.ToArray();
    return result;
}

以下是用zlib.net 提供的 ZInputStream 类来解压数据的代码

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 继承的是BinaryReader而不是Stream, 只能提前准备好输出的 buffer 然后用 read 获取定长数据。
    inputStream.read(result, 0, result.Length); // 注意这里的 read 首字母是小写
    return result;
}

你需要通过read来获取解压后的数据，同时你要在调用其解压的方法时提前提供好外部的buffer用于储存输出的数据，这个buffer的大小就是一个问题了。
如果打算使用这个的话，建议除了储存压缩的数据以外，在不会被压缩的位置添加压缩前大小的数据。

但总体来说，个人不建议使用这个工具。

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

SharpZipLib

我最终选择使用的是 SharpZipLib. （编辑：当时没做速度测试，且我需要解压的文件不是太大，速度也不是很重要，否则的话不推荐选择这个方案。。。）

ICSharpCode 不愧是开发了 ILSpy 的团队，SharpZipLib 在提供强大的功能的同时，使用也很方便。限于主题，这里只讨论用 Deflate 格式来压缩数据流。

简单来说，你需要做的就是通过 DeflaterOutputStream 来压缩，InflaterInputStream 来解压，而除了压缩和解压分在两个不同的类以外，其他的操作方式和 System.IO.Compression.DeflateStream 可以做到完全一样。
而且其压缩和解压的结果和直接使用Zlib官方的库一模一样，开发辅助其他程序的工具时不用担心头尾数据的问题，算是非常省事了。

以下是我使用该方案简单包装的方法：

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();
}

速度对比

为了对比几种方法在压缩与解压效率上的优劣，我准备了两组数据做了一个简单的测试。

第一组为短数据，是一个简单的字符串 "this is just a string for testing, see how this compression thing works."
第二组为长数据，是在网上下载到的英文版的《冰与火之歌：权利的游戏》txt文本，大小约1.7mb。

我分别用每个方法压缩和解压短数据1000次，长数据100次, 最终的结果如下：

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

显而易见的，无论是长数据还是短数据的压缩与解压，System.IO.Compression中提供的方法都优于另外两种方法。

Zlib.net在速度上的劣势不明显，而同样的算法SharpZipLib要花两到三倍的时间。

总结

最终，不出所料的，微软官方提供的 System.IO.Compression 中的方法在速度上有着明显的优势；虽然不会提供Deflate的头尾信息，但可以想办法自己生成，而且这一缺点基本上是可以完全忽略的。 Zlib.net 虽然在速度上表现也不错，同时也会生成Deflate压缩的头尾信息，但因为其包装比较潦草，使用起来相对不方便。而 SharpZipLib 很可惜，虽然其他各方面都很方便，但速度上的缺陷相当致命，只能在一定需要 Deflate 而非 RawDeflate 或者使用的.Net Framework早于4.5的时候（且运行中时间消耗不重要）偷懒的用一用了。

参考与延申

Compasslg