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【C】7z源代码的使用——LZMA压缩解压算法

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发表于 2014-4-22 06:35:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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7z是目前流行的高压缩比压缩软件。它的压缩比甚至超过了WinRAR的最高压缩＋固实压缩包（虽然从速度上WinRAR比7z快很多）。
7z使用了LZMA算法（这个LZMA不要把它联想成“楼主默哀”的拼音首字母）。而且7z是开源的。因此我们可以引用7z的压缩代码进行压缩解压。
首先我们需要下载7z的源代码。
LZMA的SDK官网：
http://www.7-zip.org/sdk.html
LZMA SDK下载地址：
http://ncu.dl.sourceforge.net/project/sevenzip/LZMA%20SDK/lzma920.tar.bz2

笔者下载的是9.20稳定版的源码。
从源代码中我们会看到很多文件。其中，LZMA的算法部分是以下这些文件：（在C文件夹内）
Alloc.c
Alloc.h
Bra.c
Bra.h
Bra86.c
BraIA64.c
LzFind.c
LzFind.h
LzFindMt.c
LzFindMt.h
LzHash.h
Lzma2Dec.c
Lzma2Dec.h
Lzma2Enc.c
Lzma2Enc.h
Lzma86.h
Lzma86Dec.c
Lzma86Enc.c
LzmaDec.c
LzmaDec.h
LzmaEnc.c
LzmaEnc.h
LzmaLib.c
LzmaLib.h
MtCoder.c
MtCoder.h
Threads.c
Threads.h
Types.h
好像很多的样子。把它们复制出来吧。
其中对于使用LZMA的我们来说，只需要关心LzmaLib.h即可。这个头文件也很简单，导出了两个函数，LzmaCompress和LzmaUncompress。
LzmaCompress用于压缩，而LzmaUncompress用于解压缩。
它们的原型如下：
  1. MY_STDAPI LzmaCompress(unsigned char *dest, size_t *destLen, const unsigned char *src, size_t srcLen,
  2.   unsigned char *outProps, size_t *outPropsSize, /* *outPropsSize must be = 5 */
  3.   int level,      /* 0 <= level <= 9, default = 5 */
  4.   unsigned dictSize,  /* default = (1 << 24) */
  5.   int lc,        /* 0 <= lc <= 8, default = 3  */
  6.   int lp,        /* 0 <= lp <= 4, default = 0  */
  7.   int pb,        /* 0 <= pb <= 4, default = 2  */
  8.   int fb,        /* 5 <= fb <= 273, default = 32 */
  9.   int numThreads /* 1 or 2, default = 2 */
  10.   );
  11. MY_STDAPI LzmaUncompress(unsigned char *dest, size_t *destLen, const unsigned char *src, SizeT *srcLen,
  12.   const unsigned char *props, size_t propsSize);
复制代码
其中有个概念是“Props”（全写应该是Properties，属性的意思）
LzmaCompress在压缩的时候会产生一个5字节的包，存储“属性”。在解压缩的时候，LzmaUncompress就需要你提供这个包，否则无法完成解压缩。
参数lc、lp、pb、fb、numThreads可以直接给-1，这样LzmaCompress就会自动填写默认值。dictSize给0也表示使用默认值。
因为属性包的大小目前被定死为5字节，因此*outPropsSize的值必须为5。outProps这个内存块也要有至少5字节的容量。
这里笔者我写了一些代码来应用LZMA的算法完成一些非常简单的压缩和解压缩的试验。
我建立了一个VC6的工程（VS2012在我这台笔记本上启动太慢，而且它会产生一些奇怪的东西总之就是麻烦。），新建了一个Entry.c作为程序入口点。

试验的方法是编写一个专门用来压缩、解压单个文件的程序，来试试效果。

代码如下。
  1. #include<stdio.h>
  2. #include<malloc.h>
  3. #include"lzmalib.h"

  5. void Usage()
  6. {
  7.     fputs(
  8.         "Usage:\n"
  9.         "LZMAComp <command> <input> <output>\n"
  10.         "Command:\n"
  11.         "  -c: Compress a single file <input> into <output>.\n"
  12.         "  -d: Decompress a single file <input> into <output>.\n",stderr);
  13. }

  15. int CompressFile(FILE*fpOut,FILE*fpIn,unsigned long InSize);
  16. int DecompressFile(FILE*fpOut,FILE*fpIn);

  18. int main(int argc,char**argv)
  19. {
  20.     if(argc<4)
  21.     {
  22.         Usage();
  23.         return 1;
  24.     }
  25.     if(!stricmp(argv[1],"-c"))//压缩一个文件
  26.     {
  27.         FILE*fp=fopen(argv[2],"rb");
  28.         FILE*fpout=fopen(argv[3],"wb");
  29.         int iRet;
  30.         unsigned long fLen;
  31.         if(!fp)
  32.         {
  33.             fprintf(stderr,"Unable to open %s\n",argv[2]);
  34.             return 2;
  35.         }
  36.         if(!fpout)
  37.         {
  38.             fprintf(stderr,"Unable to write %s\n",argv[3]);
  39.             return 2;
  40.         }
  41.         fseek(fp,0,SEEK_END);
  42.         fLen=ftell(fp);
  43.         fseek(fp,0,SEEK_SET);
  44.         printf("Input file size=%u\n",fLen);
  45.         iRet=CompressFile(fpout,fp,fLen);
  46.         if(iRet)
  47.             fprintf(stderr,"Error:%d\n",iRet);
  48.         fclose(fpout);
  49.         fclose(fp);
  50.         if(iRet)
  51.             unlink(argv[3]);
  52.         return iRet;
  53.     }
  54.     if(!stricmp(argv[1],"-d"))//解压一个文件
  55.     {
  56.         FILE*fp=fopen(argv[2],"rb");
  57.         FILE*fpout=fopen(argv[3],"wb");
  58.         int iRet;
  59.         if(!fp)
  60.         {
  61.             fprintf(stderr,"Unable to open %s\n",argv[2]);
  62.             return 2;
  63.         }
  64.         if(!fpout)
  65.         {
  66.             fprintf(stderr,"Unable to write %s\n",argv[3]);
  67.             return 2;
  68.         }
  69.         iRet=DecompressFile(fpout,fp);
  70.         if(iRet)
  71.             fprintf(stderr,"Error:%d\n",iRet);
  72.         fclose(fpout);
  73.         fclose(fp);
  74.         if(iRet)
  75.             unlink(argv[3]);
  76.         return iRet;
  77.     }
  78.     Usage();
  79.     return 1;
  80. }

  82. int CompressFile(FILE*fpOut,FILE*fpIn,unsigned long InSize)
  83. {
  84.     void*pInBuffer;//输入缓冲区
  85.     void*pOutBuffer;//输出缓冲区
  86.     unsigned long OutSize;//输出缓冲区大小

  88.     unsigned char Props[LZMA_PROPS_SIZE];//属性
  89.     size_t PropsSize=LZMA_PROPS_SIZE;//属性大小

  91.     pInBuffer=malloc(InSize);//缓冲区分配内存
  92.     pOutBuffer=malloc(OutSize=InSize);//输出缓冲区分配和输入缓冲区一样大的内存
  93.     if(!pInBuffer||!pOutBuffer)
  94.     {
  95.         free(pInBuffer);
  96.         free(pOutBuffer);
  97.         return 2;
  98.     }

  100.     fread(pInBuffer,1,InSize,fpIn);//读取文件

  102.     switch(LzmaCompress(//开始压缩
  103.         pOutBuffer,&OutSize,//输出缓冲区，大小
  104.         pInBuffer,InSize,//输入缓冲区，大小
  105.         Props,&PropsSize,//属性，属性大小
  106.         9,0,-1,-1,-1,-1,-1))//压缩比最大。其余全部取默认
  107.     {
  108.     case SZ_OK://成功完成
  109.         fwrite(&InSize,1,sizeof(InSize),fpOut);//写入原数据大小
  110.         fwrite(&OutSize,1,sizeof(OutSize),fpOut);//写入解压后的数据大小
  111.         fwrite(Props,1,PropsSize,fpOut);//写入属性
  112.         fwrite(pOutBuffer,1,OutSize,fpOut);//写入缓冲区
  113.         free(pInBuffer);//释放内存
  114.         free(pOutBuffer);
  115.         return 0;
  116.     case SZ_ERROR_PARAM://参数错误
  117.         free(pInBuffer);
  118.         free(pOutBuffer);
  119.         return 1;
  120.     default:
  121.     case SZ_ERROR_MEM://内存分配错误
  122.     case SZ_ERROR_THREAD://线程错误
  123.         free(pInBuffer);
  124.         free(pOutBuffer);
  125.         return 2;
  126.     case SZ_ERROR_OUTPUT_EOF://缓冲区过小
  127.         free(pInBuffer);
  128.         free(pOutBuffer);
  129.         return 3;
  130.     }
  131. }

  133. int DecompressFile(FILE*fpOut,FILE*fpIn)
  134. {
  135.     void*pSrcBuffer;
  136.     size_t InSize;

  138.     void*pDestBuffer;
  139.     size_t OutSize;

  141.     unsigned char Props[LZMA_PROPS_SIZE];

  143.     fread(&OutSize,1,sizeof(OutSize),fpIn);//读取原数据大小
  144.     fread(&InSize,1,sizeof(InSize),fpIn);//读取压缩后的数据大小

  146.     pDestBuffer=malloc(OutSize);//分配内存
  147.     pSrcBuffer=malloc(InSize);//分配内存
  148.     if(!pSrcBuffer||!pDestBuffer)//内存不足
  149.     {
  150.         free(pSrcBuffer);
  151.         free(pDestBuffer);
  152.         return 2;
  153.     }

  155.     fread(Props,1,sizeof(Props),fpIn);
  156.     fread(pSrcBuffer,1,InSize,fpIn);

  158.     switch(LzmaUncompress(pDestBuffer,&OutSize,pSrcBuffer,&InSize,Props,sizeof(Props)))
  159.     {
  160.     case SZ_OK:
  161.         fwrite(pDestBuffer,1,OutSize,fpOut);
  162.         free(pDestBuffer);
  163.         free(pSrcBuffer);
  164.         return 0;
  165.     case SZ_ERROR_DATA:
  166.     case SZ_ERROR_UNSUPPORTED:
  167.     case SZ_ERROR_INPUT_EOF:
  168.         free(pDestBuffer);
  169.         free(pSrcBuffer);
  170.         return 1;
  171.     default:
  172.     case SZ_ERROR_MEM:
  173.         free(pDestBuffer);
  174.         free(pSrcBuffer);
  175.         return 2;
  176.     }
  177. }
复制代码
然后就是测试的部分了。这里笔者就懒得专门跑去找文件进行测试了。我们就试试让它压缩Entry.c这个文件为Entry.lzma，然后再解压Entry.lzma到dec.txt。看看效果如何。
20140422062109.png
这应该是没有出错吧。哟西。那么我们来看看得到的文件。
20140422062302.png
嗯，我这边看了一下属性，Entry.lzma确实比Entry.c小很多。然后我们看看解压得到的dec.txt的内容。
20140422062424.png
经鉴定没有问题。接下来用WinHex看看Entry.lzma是个什么样子。
20140422062626.png
因为我的程序会在文件开头写入一些信息，因此第一个DWORD的值是解压后数据的大小，第二个DWORD的值是压缩后的数据的大小，然后5个字节是Props的值，后面的内容就是压缩包的内容了。总之LZMA的算法我懒得去研究了，所以这些压缩后的数据怎么解读这个我也不知道。感兴趣的可以去研究一下LzmaUncompress的实现。
如果你需要经常使用LZMA进行压缩解压，请抽个时间将其做成LIB静态库或者DLL动态库。这样就不用每次都复制粘贴这么多源码了。
LZMA的压缩和解压都比zlib慢，但是压缩率就比zlib高很多。大家可以根据情况来选择使用LZMA还是zlib。
个人感觉LZMA的接口挺方便的，比起zlib还要设置z_stream结构体来说，LZMA这种显得更直观。
EXE下载：
LZMAComp.exe (80 KB, 下载次数: 2, 售价: 1 个宅币)
源码下载：
LZMAComp.7z (75.13 KB, 下载次数: 17, 售价: 10 个宅币)
源代码, lzma, 压缩, C语言

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0xAA55
 楼主| 发表于 2014-4-25 14:35:41 | 显示全部楼层
没人回帖？唉。。。
突然觉得自己可以发明一种新的图片格式:7png。我们平时见到的png图片都是用zlib压缩的。我弄一个LZMA压缩的png出来，估计一定比正常的png小很多吧？那么就把它起名为7png。一定很有意思。
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0xAA55
 楼主| 发表于 2014-5-3 14:06:41 来自手机 | 显示全部楼层
这东西也可以拿来给网络传输的数据进行加密、压缩。
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琦天大圣orz
发表于 2014-5-26 19:08:29 | 显示全部楼层
楼主，在不？
用你的方法，出现了一些bug诶，首先是有一些文件不能压缩，其次是，多个文件一起压缩时候，就不能解压了？
请问该怎么办呢？
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琦天大圣orz
发表于 2014-5-26 19:17:59 | 显示全部楼层
请问楼主，这个缓冲区大小怎么定义呢？
压缩时最常见错误就是缓冲区过小呢
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琦天大圣orz
发表于 2014-5-26 19:52:20 | 显示全部楼层
一个关键型问题，为什么我解压缩不成功呢，总是error：1
用的是vs2010 vc6.0 也试过了，一开始解压图片不成功，后来按照楼主的帖子上的Entry。c来压缩，成功，但是解压缩不成功呢，，，，
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0xAA55
 楼主| 发表于 2014-6-11 15:07:26 | 显示全部楼层
琦天大圣orz 发表于 2014-5-26 11:08
楼主，在不？
用你的方法，出现了一些bug诶，首先是有一些文件不能压缩，其次是，多个文件一起压缩时候，就 ...

我的这个实例只是用于压缩、解压单个文件，作为7z的使用范例。肯定不能压缩多个文件。想得美。
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0xAA55
 楼主| 发表于 2014-6-11 15:07:59 | 显示全部楼层
琦天大圣orz 发表于 2014-5-26 11:17
请问楼主，这个缓冲区大小怎么定义呢？
压缩时最常见错误就是缓冲区过小呢 ...

缓冲区过小是因为，那个文件已经没有压缩的必要了（因为它被压缩后体积反而膨胀了）
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0xAA55
 楼主| 发表于 2014-6-11 15:08:40 | 显示全部楼层
琦天大圣orz 发表于 2014-5-26 11:52
一个关键型问题，为什么我解压缩不成功呢，总是error：1
用的是vs2010 vc6.0 也试过了，一开始解压图片不成 ...

如果你直接下载我的LZMAComp的源码就会成功。我是试过的，都没有问题。
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