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C#中對字符串進行壓縮和解壓的實現_C#教程

作者：DebugUsery ? 更新時間： 2022-09-27 編程語言

利用GZip和Brotli壓縮方法的優勢，減少字符串數據的大小，提高.NET核心應用程序的性能。

在開發應用程序時，你經常需要處理字符串。由于字符串對象在性能方面的成本很高，你經常想壓縮你的字符串內容，即字符串對象中的數據，以減少有效載荷。有幾個庫可以做到這一點，但兩個流行的技術是GZip和Brotli。

在這篇文章中，我們將討論如何在C#中使用GZip和Brotli算法對字符串進行壓縮和解壓。要使用這里提供的代碼示例，你的系統中應該安裝有Visual Studio 2022。如果你還沒有副本，你可以在這里下載Visual Studio 2022。

在Visual Studio 2022中創建一個控制臺應用程序項目

首先，讓我們在Visual Studio中創建一個.NET Core控制臺應用程序項目。假設你的系統中已經安裝了Visual Studio 2022，按照下面的步驟創建一個新的.NET Core控制臺應用程序項目:

  • 啟動Visual Studio IDE。
  • 點擊 "創建一個新項目"。
  • 在 "創建一個新項目 "窗口中，從顯示的模板列表中選擇 "控制臺應用程序"。
  • 點擊 "下一步"。
  • 在接下來顯示的 "配置你的新項目 "窗口中，指定新項目的名稱和位置。
  • 在 "其他信息 "窗口中，選擇.NET 6.0作為運行時間，然后點擊下一步。
  • 點擊 "創建"。

我們將使用這個項目來說明下面的字符串壓縮和解壓縮。但首先我們要安裝一個基準測試包BenchmarkDotNet，它將使我們能夠衡量我們從壓縮中獲得的好處。

安裝BenchmarkDotNet NuGet包

基準測試代碼對于了解你的應用程序的性能至關重要。在這篇文章中，我們將利用BenchmarkDotNet來跟蹤方法的性能。

要使用BenchmarkDotNet，你必須安裝BenchmarkDotNet軟件包。你可以通過Visual Studio 2022里面的NuGet軟件包管理器，或者在NuGet軟件包管理器控制臺執行以下命令來完成。

Install-Package BenchmarkDotNet

C#中的System.IO.Compression命名空間

System.IO.Compression命名空間包括壓縮文件和字符串的方法。它包含兩種壓縮算法。GZip 和 Brotli。在接下來的章節中，我們將研究如何在C#中使用GZip和Brotli壓縮算法對字符串數據進行壓縮和解壓。

我們將在下面的例子中使用以下文本。

string originalString = "To work with BenchmarkDotNet you must install the BenchmarkDotNet package. " +
"You can do this either via the NuGet Package Manager inside the Visual Studio 2019 IDE, " +
"or by executing the Install-Package BenchmarkDotNet command at the NuGet Package Manager Console";

在C#中使用GZip對數據進行壓縮和解壓

下面的代碼片斷顯示了如何在C#中使用GZipStream類來壓縮數據。注意，壓縮方法的參數是一個字節數組:

public static byte[] Compress(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream())
            {
                using (var gzipStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionLevel.Optimal))
                {
                    gzipStream.Write(bytes, 0, bytes.Length);
                }
                return memoryStream.ToArray();
            }
        }

要解壓使用GZip算法壓縮過的數據，我們可以使用以下方法:

public static byte[] Decompress(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream(bytes))
            {

                using (var outputStream = new MemoryStream())
                {
                    using (var decompressStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionMode.Decompress))
                    {
                        decompressStream.CopyTo(outputStream);
                    }
                    return outputStream.ToArray();
                }
            }
        }

運行GZip壓縮算法

你可以使用下面的代碼片斷來執行我們剛剛創建的GZip壓縮方法:

byte[] dataToCompress = Encoding.UTF8.GetBytes(originalString);
byte[] compressedData = GZipCompressor.Compress(dataToCompress);
string compressedString = Encoding.UTF8.GetString(compressedData);
Console.WriteLine("Length of compressed string: " + compressedString.Length);
byte[] decompressedData = GZipCompressor.Decompress(compressedData);
string deCompressedString = Encoding.UTF8.GetString(decompressedData);
Console.WriteLine("Length of decompressed string: " + deCompressedString.Length);

當你運行上述代碼時，你會在控制臺窗口看到以下輸出:

圖1.GZip將原來259個字符的字符串壓縮成167個字符。

請注意，GZip從原始的259個字符的字符串中修剪了92個字符。因為原始字符串和解壓后的字符串應該是相同的，它們的長度也應該是相同的。

在C#中使用Brotli對數據進行壓縮和解壓

下面的代碼片斷說明了如何在C#中使用BrotliStream類來壓縮數據。與上面的GZip例子一樣，注意壓縮方法的參數是一個字節數組:

public static byte[] Compress(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream())
            {
                using (var brotliStream = new BrotliStream(memoryStream, CompressionLevel.Optimal))
                {
                    brotliStream.Write(bytes, 0, bytes.Length);
                }
                return memoryStream.ToArray();
            }
        }

而這里是你如何使用BrotliStream來解壓數據的:

public static byte[] Decompress(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream(bytes))
            {
                using (var outputStream = new MemoryStream())
                {
                    using (var decompressStream = new BrotliStream(memoryStream, CompressionMode.Decompress))
                    {
                        decompressStream.CopyTo(outputStream);
                    }
                    return outputStream.ToArray();
                }
            }
        }

運行Brotli壓縮算法

下面的代碼片斷顯示了你如何使用我們上面創建的Brotli壓縮方法來壓縮一個字符串:

Console.WriteLine("Length of original string: " + originalString.Length);
byte[] dataToCompress = Encoding.UTF8.GetBytes(originalString);
byte[] compressedData = BrotliCompressor.Compress(dataToCompress);
string compressedString = Convert.ToBase64String(compressedData);
Console.WriteLine("Length of compressed string: " + compressedString.Length);
byte[] decompressedData = BrotliCompressor.Decompress(compressedData);
string deCompressedString = Convert.ToBase64String(decompressedData);
Console.WriteLine("Length of decompressed string: " + deCompressedString.Length);

當你運行該程序時，你將在控制臺窗口看到以下輸出:

圖2.Brotli將原來259個字符的字符串壓縮成121個字符。

正如你所看到的，Brotli的壓縮效果比GZip好得多。然而，壓縮率并不是故事的全部，我們將在下面看到。

用GZip和Brotli進行異步壓縮和解壓

請注意，我們之前使用的壓縮和解壓方法也有異步的對應方法。這里是使用GZip算法的壓縮和解壓方法的異步版本:

public async static Task<byte[]> CompressAsync(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream())
            {
                using (var gzipStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionLevel.Optimal))
                {
                    await gzipStream.WriteAsync(bytes, 0, bytes.Length);
                }
                return memoryStream.ToArray();
            }
        }

public async static Task<byte[]> DecompressAsync(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream(bytes))
            {
                using (var outputStream = new MemoryStream())
                {
                    using (var decompressStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionMode.Decompress))
                    {
                        await decompressStream.CopyToAsync(outputStream);
                    }
                    return outputStream.ToArray();
                }
            }
        }

這里是使用Brotli的壓縮和解壓方法的異步版本:

public static async Task<byte[]> CompressAsync(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream())
            {
                using (var brotliStream = new BrotliStream(memoryStream, CompressionLevel.Optimal))
                {
                    await brotliStream.WriteAsync(bytes, 0, bytes.Length);
                }
                return memoryStream.ToArray();
            }
        }

public static async Task<byte[]> DecompressAsync(byte[] bytes)
        {
            using (var memoryStream = new MemoryStream(bytes))
            {
                using (var outputStream = new MemoryStream())
                {
                    using (var brotliStream = new BrotliStream(memoryStream, CompressionMode.Decompress))
                    {
                        await brotliStream.CopyToAsync(outputStream);
                    }
                    return outputStream.ToArray();
                }
            }
        }

在C#中用GZip和Brotli進行壓縮和解壓的基準測試

在我們之前創建的控制臺應用程序項目中，創建一個名為BenchmarkCompression.cs的新文件并輸入以下代碼:

[MemoryDiagnoser]
[Orderer(BenchmarkDotNet.Order.SummaryOrderPolicy.FastestToSlowest)]
[RankColumn]
public class BenchmarkCompression
    {
        string originalString = "To work with BenchmarkDotNet you must install the BenchmarkDotNet package. " +
            "You can do this either via the NuGet Package Manager inside the Visual Studio 2019 IDE, " +
            "or by executing the Install-Package BenchmarkDotNet command at the NuGet Package Manager Console";

        [Benchmark]
        public void GZipCompress()
        {
            byte[] dataToCompress = Encoding.UTF8.GetBytes(originalString);
            var compressedData = GZipCompressor.Compress(dataToCompress);
        }

        [Benchmark]
        public void BrotliCompress()
        {
            byte[] dataToCompress = Encoding.UTF8.GetBytes(originalString);
            var compressedData = BrotliCompressor.Compress(dataToCompress); 
        }
    }

當你運行基準時，你應該看到類似于下面圖3所示的控制臺輸出。

圖3.來自BenchmarkDotNet的結果...GZip贏了!

顯然，在選擇壓縮算法時，壓縮率并不是唯一的考慮因素。盡管與GZip相比，你可以使用Brotli實現更好的壓縮，但額外的壓縮是以性能為代價的。GZip在壓縮和解壓數據方面明顯比Brotli快。

當對你的.NET應用程序進行基準測試時，你應該始終確保你的項目在發布模式下運行。原因是編譯器為調試和發布模式優化代碼的方式不同。關于基準測試和應用程序的性能，我在以后的文章中會有更多論述。

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7127103519835815973

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