Python学习笔记24：进阶篇(十三)常见标准库使用之数据压缩功能模块zlib，gzip，bz2，lzma的学习使用

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原创 2024-06-27 20:37:08 2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Python中使用zlib库实现字符串的压缩和解压缩是一种常见的操作 Python中使用zlib库实现字符串的压缩和解压缩是一种常见的操作。zlib库提供了一组函数，可以方便地对字符串进行压缩和解压缩操作。下面是一个详细的示例，展示了如何使用zlib库进行字符串的压缩和解压缩。阅读详情

前言

本文是根据python官方教程中标准库模块的介绍，自己查询资料并整理，编写代码示例做出的学习笔记。

根据模块知识，一次讲解单个或者多个模块的内容。

教程链接：https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/index.html

数据压缩

很多时候我们可以利用的内存有限，时间有限，资源有限，但是又不得不进行一些大量数据的操作时，我们可以通过压缩的方式灵活高效地处理数据存储和传输问题，优化应用性能。
在Python中，通过特定的算法，将原始数据转换成一个更紧凑的形式，这个过程称为压缩；而将压缩后的数据恢复到原始形式的过程则称为解压缩。这里简单了解一些这些模块后，一个个进行学习使用。

zlib:
介绍：zlib 模块提供了对 zlib 压缩库的接口，支持 gzip 文件格式的压缩和解压缩。
功能：可以用于数据的简单压缩和解压缩，常用于需要快速压缩速度和相对较高压缩率的场合。
常用函数：compress(), decompress(), crc32() 等。
gzip:
介绍：gzip 模块允许你使用 gzip 文件格式进行压缩和解压缩操作。
功能：提供了文件对象（如 GzipFile）来处理 .gz 文件，可以透明地读写压缩文件，就像它们是普通文件一样。
常用类：GzipFile 类用于创建或读取 gzip 格式的文件。
bz2:
介绍：此模块提供了对 bzip2 压缩算法的支持。
功能：相较于 zlib，bzip2 提供了更高的压缩比，但压缩速度较慢。适用于需要高压缩比而时间不是关键因素的场景。
常用类：BZ2File 类用于读写 bzip2 格式的文件。
lzma:
介绍：lzma 模块提供了对 LZMA (Lempel-Ziv-Markov chain Algorithm) 压缩算法的支持，这是 xz 文件格式的基础。
功能：LZMA 提供了非常高的压缩比，特别适合于大文件的压缩。它在解压速度上也表现良好。
常用类：LZMAFile 类用于读写 xz 格式的文件，以及相关的压缩和解压缩函数。
这些模块使得Python能够方便地处理各种常见的压缩格式，满足不同的数据压缩需求。

zlib

zlib模块是Python的标准库之一，它提供了对zlib压缩库的接口，支持DEFLATE压缩算法，这是一种广泛使用的数据压缩算法，也是gzip、zip等文件格式的基础。zlib模块主要用于需要快速压缩速度和相对较高压缩率的场合，比如网络数据传输、文件存储等。

压缩与解压

import zlib

data = b"This is an example of compressed data."
# 压缩
compressed_data = zlib.compress(data)
# 解压
decompressed_data = zlib.decompress(compressed_data)
print(decompressed_data.decode())

在这里插入图片描述

通过输出可以看出，字符串压缩再解压后打印，并没有什么影响。

这里单独要讲2个点。

字符串前面的b是什么？
这个b表示后面的字符串会被处理成一个字节串。因为compress函数的入参就是一个字节串，直接传入字符串是不行的。为什么字节串可以字符串不行呢？因为zlib这个模块处理的就是原始的二进制数据，而不是文本字符串。字符串在计算机内存中是以特定的字符编码（如UTF-8）表示的，而压缩算法直接作用于这些二进制表示上。
有没有类似的写法呢？这里随便讲几个，以后遇到这种类似的写法可以查查资料学习一下：

字符串前的u前缀（Python 2中）：在Python 2中，字符串前加u表示创建一个Unicode字符串。例如，u"Hello, World!"。Python 3中默认字符串就是Unicode，因此不再需要u前缀。

字符串前的r前缀：表示创建一个原始字符串（rawstring），其中的转义字符不会被处理。这在编写正则表达式或Windows文件路径时特别有用。例如，r"C:\path\to\file.txt"。

字符串前的f前缀：这个就不用多讲了，格式化字符串，用来替换字符串中某些特定的值

怎么压缩中文？
这个问题其实和1有关，还是那句话。这个模块处理的是二进制数据，所以要压缩中文，先把中文转成二进制数据就好了。

# 待压缩的字符串
text = '大家好,我是明月望秋思'

# 将字符串转换为字节串（这里使用UTF-8编码）
data = text.encode('utf-8')

# 使用zlib进行压缩
compressed_data = zlib.compress(data)

# 解压缩，先确保数据被正确压缩，然后解压
decompressed_data = zlib.decompress(compressed_data)

# 将解压缩后的字节串转换回字符串
decompressed_text = decompressed_data.decode('utf-8')

# 打印原字符串和解压缩后的字符串进行对比
print("Original Text:", text)
print("Decompressed Text:", decompressed_text)

# 可选：打印压缩前后数据的长度比较
print("Original Size:", len(data), "bytes")
print("Compressed Size:", len(compressed_data), "bytes")

在这里插入图片描述
很简单转成字节串就行了。大家看压缩前后对比，内容不变，但是数据长度变了。这是正常现象，因为原本的字符串本身长度就不长，转个压缩对象反而增加了对象信息之类的开销。当你压缩的内容越长，受益越大。

gzip

gzip模块提供了对gzip格式压缩文件的支持，gzip是一种流行的文件压缩格式，广泛应用于文件传输和存储，特别是在Unix/Linux系统中。gzip格式基于DEFLATE压缩算法，该算法结合了LZ77压缩方法和霍夫曼编码。

import gzip

with open('original_file.txt', 'rb') as f_in:
    with gzip.open('compressed_file.gz', 'wb') as f_out:
        f_out.writelines(f_in)

在这里插入图片描述
代码很简单。
第一行：打开一个文件，读取二进制流模式。之前讲的rbopen文件打开模式的参数不会忘了吧。
第二行：用gzip模块的open函数打开创建一个.gz文件，写入二进制流模式。
第三行：压缩文件读取原文件的二进制流。
这样就可以看到，文件已经被压缩好了，那么接下来我们解压一下。

with gzip.open('compressed_file.gz', 'rb') as f_in:
    with open('decompressed_file.txt', 'wb') as f_out:
        f_out.writelines(f_in)

在这里插入图片描述
代码一样的简单。
第一行：打开压缩文件，读取二进制流模式。
第二行：打开创建一个txt文件，写入二进制流模式。
第三行：二进制流的写入

最后我们看一下文件内容是不是一样

在这里插入图片描述

事实也证明了，我们使用gzip模块对文件进行压缩和解压，不会改变文件内容。

bz2

bz2模块提供了对BZ2文件格式的支持，这是一种使用Burrows-Wheeler变换和Huffman编码的高压缩比数据压缩算法。BZ2格式通常比传统的gzip格式提供更高的压缩比，尽管它的压缩和解压缩速度可能较慢。bz2模块主要用于需要高压缩率的场合，如存储大量数据或在网络上传输数据时减少带宽消耗。

import bz2

# 待压缩的字符串
text = '这是一个用于演示bz2模块的长文本字符串...'

# 转换为字节串
data = text.encode('utf-8')

# 压缩数据
compressed_data = bz2.compress(data)

# 解压缩数据
decompressed_data = bz2.decompress(compressed_data)

# 将解压缩后的字节串转换回字符串
decompressed_text = decompressed_data.decode('utf-8')

print('压缩前:', text)
print('压缩后:', compressed_data)
print('解压缩后:', decompressed_text)

在这里插入图片描述
看代码就知道，compresse函数仍然接受字节串类型的参数。

最后，我们操作一下文件试试。

# 写入BZ2文件
with bz2.BZ2File('example.bz2', 'wb') as f:
    f.write(text.encode('utf-8'))

# 读取BZ2文件
with bz2.BZ2File('example.bz2', 'rb') as f:
    content = f.read().decode('utf-8')

在这里插入图片描述

也能看到，我们将text的内容存到bz2文件后，读取出的内容与text的内容仍然是一致的。

lzma

lzma模块提供了对LZMA（Lempel-Ziv-Markov Chain Algorithm）压缩算法的支持，这是一种高效的压缩算法，以其高压缩比和相对较快的解压速度而著称。LZMA算法是7-Zip归档工具的核心部分，常用于创建.xz格式的压缩文件。

import lzma

# 写入.xz文件
with lzma.open('example.xz', 'w') as f:
    f.write(b'This is some example text to compress.')

# 读取.xz文件
with lzma.open('example.xz', 'r') as f:
    content = f.read()
print(content.decode('utf-8'))