字符串压缩（三）之短字符串压缩-创新互联
一、通用算法的短字符压缩
目前创新互联已为上1000+的企业提供了网站建设、域名、虚拟空间、网站托管、服务器租用、企业网站设计、南部网站维护等服务，公司将坚持客户导向、应用为本的策略，正道将秉承"和谐、参与、激情"的文化，与客户和合作伙伴齐心协力一起成长，共同发展。开门见山，我们使用一段比较短的文本：Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining.
使用ZSTD与LZ4分别压缩一下上面这段短文本。下面分别是它们的压缩结果。
ZSTD：
LZ4：
对短文本的压缩，zstd的压缩率很低，lz4压缩后的文本长度尽然超过了原有字符串的长度。这是为什么？说实话在这之前我也没想到。
引用两位大佬的名言：
Are you ok?
What's your problem?
二、短字符串压缩
从上面的结果可以得知，任何压缩算法都有它的使用场景，并不是所有长度的字符串都适合被某种算法压缩。一般原因是通用压缩算法维护了被压缩字符串的，用于字符串还原的相关数据结构，而这些数据结构的长度超过了被压缩短字符串的自身长度。
那么问题来了，“我真的有压缩短字符串的需求，我想体验压缩的极致感，怎么办？”。
短字符压缩算法它来了。这里挑选了3种比较优异的短字符压缩算法，分别是smaz，shoco，以及压轴的unisox2。跟前两章一样，还是从压缩率，压缩和解压缩性能的角度，一起看看他们在短字符压缩场景的各自表现吧。
（1）Smaz
1、Smaz的压缩和解压缩
1 #include2 #include 3 #include 4 #include "smaz.h" 5 6 using namespace std; 7 8 int main() 9 { 10 int buf_len; 11 int com_size; 12 int decom_size; 13 14 char com_buf[4096] = {0}; 15 char decom_buf[4096] = {0}; 16 17 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 18 19 buf_len = strlen(str_buf); 20 com_size = smaz_compress(str_buf, buf_len, com_buf, 4096); 21 22 cout<< "text size:"<< buf_len<< endl; 23 cout<< "compress text size:"<< com_size<< endl; 24 cout<< "compress ratio:"<< (float)buf_len / (float)com_size<< endl<< endl; 25 26 decom_size = smaz_decompress(com_buf, com_size, decom_buf, 4096); 27 cout<< "decompress text size:"<< decom_size<< endl; 28 29 if(strncmp(str_buf, decom_buf, buf_len)) { 30 cout<< "decompress text is not equal to source text"<< endl; 31 } 32 33 return 0; 34 }
执行结果如下：
通过smaz压缩后的短字符串长度为77，和源字符串相比，减少了30Byte。
2、Smaz的压缩和解压缩性能
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include "smaz.h" 6 7 using namespace std; 8 9 int main() 10 { 11 int cnt = 0; 12 int buf_len; 13 int com_size; 14 int decom_size; 15 16 timeval st, et; 17 18 char *com_ptr = NULL; 19 char* decom_ptr = NULL; 20 21 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 22 23 buf_len = strlen(str_buf); 24 gettimeofday(&st, NULL); 25 while(1) { 26 27 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 28 com_size = smaz_compress(str_buf, buf_len, com_ptr, buf_len); 29 30 free(com_ptr); 31 cnt++; 32 33 gettimeofday(&et, NULL); 34 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 35 break; 36 } 37 } 38 39 cout<< endl<<"compress per second:"<< cnt/10<< " times"<< endl; 40 41 cnt = 0; 42 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 43 com_size = smaz_compress(str_buf, buf_len, com_ptr, buf_len); 44 45 gettimeofday(&st, NULL); 46 while(1) { 47 48 // decompress length not more than origin buf length 49 decom_ptr = (char *)malloc(buf_len + 1); 50 decom_size = smaz_decompress(com_ptr, com_size, decom_ptr, buf_len + 1); 51 52 // check decompress length 53 if(buf_len != decom_size) { 54 cout<< "decom error"<< endl; 55 } 56 57 free(decom_ptr); 58 cnt++; 59 60 gettimeofday(&et, NULL); 61 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 62 break; 63 } 64 } 65 66 cout<< "decompress per second:"<< cnt/10<< " times"<< endl<< endl; 67 68 free(com_ptr); 69 return 0; 70 }
结果如何？
压缩性能在40w条/S，解压在百万级，好像还不错哈！
（2）Shoco
1、Shoco的压缩和解压缩
1 #include2 #include 3 #include 4 #include "shoco.h" 5 6 using namespace std; 7 8 int main() 9 { 10 int buf_len; 11 int com_size; 12 int decom_size; 13 14 char com_buf[4096] = {0}; 15 char decom_buf[4096] = {0}; 16 17 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 18 19 buf_len = strlen(str_buf); 20 com_size = shoco_compress(str_buf, buf_len, com_buf, 4096); 21 22 cout<< "text size:"<< buf_len<< endl; 23 cout<< "compress text size:"<< com_size<< endl; 24 cout<< "compress ratio:"<< (float)buf_len / (float)com_size<< endl<< endl; 25 26 decom_size = shoco_decompress(com_buf, com_size, decom_buf, 4096); 27 cout<< "decompress text size:"<< decom_size<< endl; 28 29 if(strncmp(str_buf, decom_buf, buf_len)) { 30 cout<< "decompress text is not equal to source text"<< endl; 31 } 32 33 return 0; 34 }
执行结果如下：
通过shoco压缩后的短字符串长度为86，和源字符串相比，减少了21Byte。压缩率比smaz要低。
2、Shoco的压缩和解压缩性能
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include "shoco.h" 6 7 using namespace std; 8 9 int main() 10 { 11 int cnt = 0; 12 int buf_len; 13 int com_size; 14 int decom_size; 15 16 timeval st, et; 17 18 char *com_ptr = NULL; 19 char* decom_ptr = NULL; 20 21 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 22 23 buf_len = strlen(str_buf); 24 gettimeofday(&st, NULL); 25 while(1) { 26 27 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 28 com_size = shoco_compress(str_buf, buf_len, com_ptr, buf_len); 29 30 free(com_ptr); 31 cnt++; 32 33 gettimeofday(&et, NULL); 34 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 35 break; 36 } 37 } 38 39 cout<< endl<<"compress per second:"<< cnt/10<< " times"<< endl; 40 41 cnt = 0; 42 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 43 com_size = shoco_compress(str_buf, buf_len, com_ptr, buf_len); 44 45 gettimeofday(&st, NULL); 46 while(1) { 47 48 // decompress length not more than origin buf length 49 decom_ptr = (char *)malloc(buf_len + 1); 50 decom_size = shoco_decompress(com_ptr, com_size, decom_ptr, buf_len + 1); 51 52 // check decompress length 53 if(buf_len != decom_size) { 54 cout<< "decom error"<< endl; 55 } 56 57 free(decom_ptr); 58 cnt++; 59 60 gettimeofday(&et, NULL); 61 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 62 break; 63 } 64 } 65 66 cout<< "decompress per second:"<< cnt/10<< " times"<< endl<< endl; 67 68 free(com_ptr); 69 return 0; 70 }
执行结果如何呢？
holy shit！压缩和解压缩居然都达到了惊人的百万级。就像算法作者们自己说的一样：“在长字符串压缩领域，shoco不想与通用压缩算法竞争，我们的优势是短字符的快速压缩，虽然压缩率很烂！”。这样说，好像也没毛病。
（3）Unisox2
我们再来看看unisox2呢。
1、Unisox2的压缩和解压缩
1 #include2 #include 3 #include "unishox2.h" 4 5 int main() 6 { 7 int buf_len; 8 int com_size; 9 int decom_size; 10 11 char com_buf[4096] = {0}; 12 char decom_buf[4096] = {0}; 13 14 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 15 16 buf_len = strlen(str_buf); 17 com_size = unishox2_compress_simple(str_buf, buf_len, com_buf); 18 19 printf("text size:%d\n", buf_len); 20 printf("compress text size:%d\n", com_size); 21 printf("compress ratio:%f\n\n", (float)buf_len / (float)com_size); 22 23 decom_size = unishox2_decompress_simple(com_buf, com_size, decom_buf); 24 25 printf("decompress text size:%d\n", decom_size); 26 27 if(strncmp(str_buf, decom_buf, buf_len)) { 28 printf("decompress text is not equal to source text\n"); 29 } 30 31 return 0; 32 }
结果如下：
通过Unisox2压缩后的短字符串长度为67，和源字符串相比，减少了40Byte，相当于是打了6折啊！不错不错。
2、Unisox2的压缩和解压缩性能
Unisox2的压缩能力目前来看是三者中最好的，如果他的压缩和解压性能也不错的话，那就真的就比较完美了。再一起看看Unisox2的压缩和解压性能吧！
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include "unishox2.h" 6 7 int main() 8 { 9 int cnt = 0; 10 int buf_len; 11 int com_size; 12 int decom_size; 13 14 struct timeval st, et; 15 16 char *com_ptr = NULL; 17 char* decom_ptr = NULL; 18 19 char str_buf[1024] = "Narrator: It is raining today. So, Peppa and George cannot play outside.Peppa: Daddy, it's stopped raining."; 20 21 buf_len = strlen(str_buf); 22 gettimeofday(&st, NULL); 23 while(1) { 24 25 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 26 com_size = unishox2_compress_simple(str_buf, buf_len, com_ptr); 27 28 free(com_ptr); 29 cnt++; 30 31 gettimeofday(&et, NULL); 32 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 33 break; 34 } 35 } 36 37 printf("\ncompress per second:%d times\n", cnt/10); 38 39 cnt = 0; 40 com_ptr = (char *)malloc(buf_len); 41 com_size = unishox2_compress_simple(str_buf, buf_len, com_ptr); 42 43 gettimeofday(&st, NULL); 44 while(1) { 45 46 // decompress length not more than origin buf length 47 decom_ptr = (char *)malloc(buf_len + 1); 48 decom_size = unishox2_decompress_simple(com_ptr, com_size, decom_ptr); 49 50 // check decompress length 51 if(buf_len != decom_size) { 52 printf("decom error\n"); 53 } 54 55 free(decom_ptr); 56 cnt++; 57 58 gettimeofday(&et, NULL); 59 if(et.tv_sec - st.tv_sec >= 10) { 60 break; 61 } 62 } 63 64 printf("decompress per second:%d times\n\n", cnt/10); 65 66 free(com_ptr); 67 return 0; 68 }
执行结果如下：
事与愿违，Unisox2虽然有三个算法中最好的压缩率，可是却也拥有最差的压缩和解压性能。
三、总结
本篇分享了smaz，shoco，unisox2三种短字符串压缩算法，分别探索了它们各自的压缩率与压缩和解压缩性能，结果如下表所示。
表1
shoco的压缩率最低，但是拥有最高的压缩和解压速率；smaz居中；unisox2拥有最高的压缩率，可是它的压缩和解压性能最低。
结论与前两章有关长字符串压缩的分析不谋而合：拥有高压缩率，就会损失自身的压缩性能，两者不可兼得。
实际使用还是看自身需求和环境吧。如果适当压缩就好，那就可以选用shoco，毕竟性能高；想要节约更多的空间，那就选择smaz或者unisox2。
好了，字符串压缩系列的分享就到此为止了，如果对你有些许帮助，还请各位技术爱好者登录点赞呀，谢谢！
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