C/C++ 使用API实现数据压缩与解压缩

发表于 2023-11-22 更新于 2023-12-06 分类于《Visual C++ 编程技术实践》

在Windows编程中，经常会遇到需要对数据进行压缩和解压缩的情况，数据压缩是一种常见的优化手段，能够减小数据的存储空间并提高传输效率。Windows提供了这些API函数，本文将深入探讨使用Windows API进行数据压缩与解压缩的过程，主要使用`ntdll.dll`库中的相关函数。

在Windows编程中，经常会遇到需要对数据进行压缩和解压缩的情况，数据压缩是一种常见的优化手段，能够减小数据的存储空间并提高传输效率。Windows提供了这些API函数，本文将深入探讨使用Windows API进行数据压缩与解压缩的过程，主要使用ntdll.dll库中的相关函数。

RtlGetCompressionWorkSpaceSize

RtlGetCompressionWorkSpaceSize 函数，位于ntdll.dll库中。该函数用于获取数据压缩所需的工作空间大小。CompressionFormatAndEngine参数指定压缩格式和引擎，CompressBufferWorkSpaceSize和CompressFragmentWorkSpaceSize分别用于输出缓冲区和片段的工作空间大小。

以下是该函数的声明：

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlGetCompressionWorkSpaceSize)(
  _In_  USHORT CompressionFormatAndEngine,
  _Out_ PULONG CompressBufferWorkSpaceSize,
  _Out_ PULONG CompressFragmentWorkSpaceSize
);

该函数有以下参数：

CompressionFormatAndEngine：指定压缩格式和引擎的参数。
CompressBufferWorkSpaceSize：用于输出压缩缓冲区工作空间大小的指针。
CompressFragmentWorkSpaceSize：用于输出压缩片段工作空间大小的指针。

函数返回NTSTATUS类型的状态码，其中STATUS_SUCCESS表示成功执行。

在使用这个函数时，你需要提供足够大的缓冲区来存储工作空间大小。可以按照以下步骤使用该函数：

加载 ntdll.dll 库。
获取 RtlGetCompressionWorkSpaceSize 函数地址。
定义变量用于存储工作空间大小。
调用 RtlGetCompressionWorkSpaceSize 函数，获取工作空间大小。

RtlCompressBuffer

RtlCompressBuffer 同样位于ntdll.dll库中。该函数用于将数据进行压缩。CompressionFormatAndEngine参数指定压缩格式和引擎，UncompressedBuffer和UncompressedBufferSize表示输入的未压缩数据，CompressedBuffer和CompressedBufferSize表示输出的压缩数据，UncompressedChunkSize表示未压缩数据的块大小，FinalCompressedSize表示最终压缩后的大小，WorkSpace表示用于工作的缓冲区。

以下是该函数的声明：

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlCompressBuffer)(
  _In_  USHORT CompressionFormatAndEngine,
  _In_  PUCHAR UncompressedBuffer,
  _In_  ULONG  UncompressedBufferSize,
  _Out_ PUCHAR CompressedBuffer,
  _In_  ULONG  CompressedBufferSize,
  _In_  ULONG  UncompressedChunkSize,
  _Out_ PULONG FinalCompressedSize,
  _In_  PVOID  WorkSpace
);

该函数的参数包括：

CompressionFormatAndEngine：指定压缩格式和引擎的参数。
UncompressedBuffer：指向待压缩数据的指针。
UncompressedBufferSize：待压缩数据的大小。
CompressedBuffer：指向存储压缩数据的缓冲区的指针。
CompressedBufferSize：存储压缩数据的缓冲区的大小。
UncompressedChunkSize：未压缩的数据块的大小。
FinalCompressedSize：用于输出最终压缩数据的大小的指针。
WorkSpace：用于提供工作空间的指针。

函数返回NTSTATUS类型的状态码，其中STATUS_SUCCESS表示成功执行。

在使用这个函数时，你需要提供足够大的缓冲区来存储压缩后的数据。可以按照以下步骤使用该函数：

加载ntdll.dll库。
获取RtlCompressBuffer函数地址。
定义变量并分配内存用于存储未压缩的数据和压缩后的数据。
定义变量用于存储工作空间。
调用RtlCompressBuffer函数，将数据进行压缩。
处理压缩后的数据。

RtlDecompressBuffer

RtlDecompressBuffer 同样位于ntdll.dll库中。该函数用于将压缩数据进行解压缩。CompressionFormat参数指定压缩格式，UncompressedBuffer和UncompressedBufferSize表示输出的未压缩数据，CompressedBuffer和CompressedBufferSize表示输入的压缩数据，FinalUncompressedSize表示最终解压缩后的大小。

以下是该函数的声明：

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlDecompressBuffer)(
  _In_  USHORT CompressionFormat,
  _Out_ PUCHAR UncompressedBuffer,
  _In_  ULONG  UncompressedBufferSize,
  _In_  PUCHAR CompressedBuffer,
  _In_  ULONG  CompressedBufferSize,
  _Out_ PULONG FinalUncompressedSize
);

该函数的参数包括：

CompressionFormat：指定解压缩的格式。
UncompressedBuffer：指向存储解压后数据的缓冲区的指针。
UncompressedBufferSize：存储解压后数据的缓冲区的大小。
CompressedBuffer：指向待解压数据的指针。
CompressedBufferSize：待解压数据的大小。
FinalUncompressedSize：用于输出最终解压后数据的大小的指针。

函数返回NTSTATUS类型的状态码，其中STATUS_SUCCESS表示成功执行。

在使用这个函数时，你需要提供足够大的缓冲区来存储解压后的数据。可以按照以下步骤使用该函数：

加载ntdll.dll库。
获取RtlDecompressBuffer函数地址。
定义变量并分配内存用于存储待解压的数据和解压后的数据。
调用RtlDecompressBuffer函数，将数据进行解压。
处理解压后的数据。

// 代码来源 《WINDOWS黑客编程技术详解》
// 作者：甘迪文
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <windef.h>

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlGetCompressionWorkSpaceSize)(
  _In_  USHORT CompressionFormatAndEngine,
  _Out_ PULONG CompressBufferWorkSpaceSize,
  _Out_ PULONG CompressFragmentWorkSpaceSize
  );

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlCompressBuffer)(
  _In_  USHORT CompressionFormatAndEngine,
  _In_  PUCHAR UncompressedBuffer,
  _In_  ULONG  UncompressedBufferSize,
  _Out_ PUCHAR CompressedBuffer,
  _In_  ULONG  CompressedBufferSize,
  _In_  ULONG  UncompressedChunkSize,
  _Out_ PULONG FinalCompressedSize,
  _In_  PVOID  WorkSpace
  );

typedef NTSTATUS(WINAPI *typedef_RtlDecompressBuffer)(
  _In_  USHORT CompressionFormat,
  _Out_ PUCHAR UncompressedBuffer,
  _In_  ULONG  UncompressedBufferSize,
  _In_  PUCHAR CompressedBuffer,
  _In_  ULONG  CompressedBufferSize,
  _Out_ PULONG FinalUncompressedSize
  );

// 数据压缩
BOOL CompressData(BYTE *pUncompressData, DWORD dwUncompressDataLength, BYTE **ppCompressData, DWORD *pdwCompressDataLength)
{
  BOOL bRet = FALSE;
  NTSTATUS status = 0;
  HMODULE hModule = NULL;
  typedef_RtlGetCompressionWorkSpaceSize RtlGetCompressionWorkSpaceSize = NULL;
  typedef_RtlCompressBuffer RtlCompressBuffer = NULL;
  DWORD dwWorkSpaceSize = 0, dwFragmentWorkSpaceSize = 0;
  BYTE *pWorkSpace = NULL;
  BYTE *pCompressData = NULL;
  DWORD dwCompressDataLength = 4096;
  DWORD dwFinalCompressSize = 0;
  do
  {
    // 加载 ntdll.dll 
    hModule = ::LoadLibrary("ntdll.dll");
    if (NULL == hModule)
    {
      ShowError("LoadLibrary");
      break;
    }

    // 获取 RtlGetCompressionWorkSpaceSize 函数地址
    RtlGetCompressionWorkSpaceSize = (typedef_RtlGetCompressionWorkSpaceSize)::GetProcAddress(hModule, "RtlGetCompressionWorkSpaceSize");
    if (NULL == RtlGetCompressionWorkSpaceSize)
    {
      ShowError("GetProcAddress");
      break;
    }

    // 获取 RtlCompressBuffer 函数地址
    RtlCompressBuffer = (typedef_RtlCompressBuffer)::GetProcAddress(hModule, "RtlCompressBuffer");
    if (NULL == RtlCompressBuffer)
    {
      ShowError("GetProcAddress");
      break;
    }

    // 获取WorkSpqce大小
    status = RtlGetCompressionWorkSpaceSize(COMPRESSION_FORMAT_LZNT1 | COMPRESSION_ENGINE_STANDARD, &dwWorkSpaceSize, &dwFragmentWorkSpaceSize);
    if (0 != status)
    {
      break;
    }

    // 申请动态内存
    pWorkSpace = new BYTE[dwWorkSpaceSize];
    if (NULL == pWorkSpace)
    {
      break;
    }
    ::RtlZeroMemory(pWorkSpace, dwWorkSpaceSize);

    while (TRUE)
    {
      // 申请动态内存
      pCompressData = new BYTE[dwCompressDataLength];
      if (NULL == pCompressData)
      {
        break;
      }
      ::RtlZeroMemory(pCompressData, dwCompressDataLength);

      // 调用RtlCompressBuffer压缩数据
      RtlCompressBuffer(COMPRESSION_FORMAT_LZNT1, pUncompressData, dwUncompressDataLength, pCompressData, dwCompressDataLength, 4096, &dwFinalCompressSize, (PVOID)pWorkSpace);
      if (dwCompressDataLength < dwFinalCompressSize)
      {
        // 释放内存
        if (pCompressData)
        {
          delete[]pCompressData;
          pCompressData = NULL;
        }
        dwCompressDataLength = dwFinalCompressSize;
      }
      else
      {
        break;
      }
    }

    // 返回
    *ppCompressData = pCompressData;
    *pdwCompressDataLength = dwFinalCompressSize;
    bRet = TRUE;

  } while (FALSE);

  // 释放
  if (pWorkSpace)
  {
    delete[]pWorkSpace;
    pWorkSpace = NULL;
  }
  if (hModule)
  {
    ::FreeLibrary(hModule);
  }

  return bRet;
}


// 数据解压缩
BOOL UncompressData(BYTE *pCompressData, DWORD dwCompressDataLength, BYTE **ppUncompressData, DWORD *pdwUncompressDataLength)
{
  BOOL bRet = FALSE;
  HMODULE hModule = NULL;
  typedef_RtlDecompressBuffer RtlDecompressBuffer = NULL;
  BYTE *pUncompressData = NULL;
  DWORD dwUncompressDataLength = 4096;
  DWORD dwFinalUncompressSize = 0;
  do
  {
    // 加载 ntdll.dll 
    hModule = ::LoadLibrary("ntdll.dll");
    if (NULL == hModule)
    {
      break;
    }

    // 获取 RtlDecompressBuffer 函数地址
    RtlDecompressBuffer = (typedef_RtlDecompressBuffer)::GetProcAddress(hModule, "RtlDecompressBuffer");
    if (NULL == RtlDecompressBuffer)
    {
      break;
    }

    while (TRUE)
    {
      // 申请动态内存
      pUncompressData = new BYTE[dwUncompressDataLength];
      if (NULL == pUncompressData)
      {
        break;
      }
      ::RtlZeroMemory(pUncompressData, dwUncompressDataLength);

      // 调用RtlCompressBuffer压缩数据
      RtlDecompressBuffer(COMPRESSION_FORMAT_LZNT1, pUncompressData, dwUncompressDataLength, pCompressData, dwCompressDataLength, &dwFinalUncompressSize);
      if (dwUncompressDataLength < dwFinalUncompressSize)
      {
        // 释放内存
        if (pUncompressData)
        {
          delete[]pUncompressData;
          pUncompressData = NULL;
        }
        dwUncompressDataLength = dwFinalUncompressSize;
      }
      else
      {
        break;
      }
    }

    // 返回
    *ppUncompressData = pUncompressData;
    *pdwUncompressDataLength = dwFinalUncompressSize;
    bRet = TRUE;

  } while (FALSE);

  // 释放
  if (hModule)
  {
    ::FreeLibrary(hModule);
  }

  return bRet;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  DWORD i = 0;
  BOOL bRet = FALSE;
  char szBuffer[] = "DDDDDDDDDDGGGGGGGGGGGG";
  DWORD dwBufferLength = ::lstrlen(szBuffer);
  BYTE *pCompressData = NULL;
  DWORD dwCompressDataLength = 0;
  BYTE *pUncompressData = NULL;
  DWORD dwUncompressDataLength = 0;

  // 压缩数据
  CompressData((BYTE *)szBuffer, dwBufferLength, &pCompressData, &dwCompressDataLength);

  // 解压数据
  UncompressData(pCompressData, dwCompressDataLength, &pUncompressData, &dwUncompressDataLength);

  // 显示
  printf("原数据为:\n");
  for (i = 0; i < dwBufferLength; i++)
  {
    printf("%X ", szBuffer[i]);
  }
  printf("\n\n压缩数据为:\n");
  for (i = 0; i < dwCompressDataLength; i++)
  {
    printf("%X ", pCompressData[i]);
  }
  printf("\n\n解压缩数据为:\n");
  for (i = 0; i < dwUncompressDataLength; i++)
  {
    printf("%X ", pUncompressData[i]);
  }
  printf("\n");

  // 释放
  if (pUncompressData)
  {
    delete[]pUncompressData;
    pUncompressData = NULL;
  }
  if (pCompressData)
  {
    delete[]pCompressData;
    pCompressData = NULL;
  }

  system("pause");
  return 0;
}