【C言語】ファイルをzip圧縮する方法

2024-06-012024-07-26

この記事では、C言語を使ってファイルをZIP形式で圧縮する方法について詳しく解説します。

圧縮することでファイルのサイズを小さくし、保存や転送がしやすくなります。

具体的には、zlibというライブラリを使って、圧縮と解凍の基本的な仕組みや実際のコード例を紹介します。

目次から探す

ZIP圧縮ライブラリの紹介

C言語でファイルをZIP圧縮するためには、一般的に zlib というライブラリが使用されます。

このライブラリは、データの圧縮と解凍を行うための機能を提供しており、非常に広く利用されています。

ここでは、zlibライブラリの概要やインストール方法、基本機能について詳しく解説します。

zlibライブラリとは

zlibの概要

zlibは、データ圧縮のためのオープンソースライブラリで、特にDEFLATEアルゴリズムを使用してデータを圧縮します。

このライブラリは、圧縮率が高く、処理速度も速いため、多くのアプリケーションで利用されています。

zlibは、ZIPファイルの作成や解凍だけでなく、HTTP圧縮やPNG画像の圧縮など、さまざまな用途に対応しています。

zlibのインストール方法

zlibを使用するためには、まずライブラリをインストールする必要があります。

以下は、一般的なLinux環境でのインストール手順です。

パッケージマネージャを使用する方法

多くのLinuxディストリビューションでは、zlibがパッケージとして提供されています。

以下のコマンドでインストールできます。

Ubuntu/Debian系:

sudo apt-get install zlib1g-dev

CentOS/RHEL系:

sudo yum install zlib-devel

ソースからのインストール

zlibの公式サイトからソースコードをダウンロードし、コンパイルしてインストールすることもできます。

以下はその手順です。

wget https://zlib.net/zlib-1.2.11.tar.gz
tar -xzf zlib-1.2.11.tar.gz
cd zlib-1.2.11
./configure
make
sudo make install

zlibの基本機能

zlibは、主に以下の機能を提供しています。

圧縮: データを圧縮してサイズを小さくする機能。
解凍: 圧縮されたデータを元の状態に戻す機能。
ストリーム処理: 大きなデータを小さなチャンクに分けて処理する機能。
エラーハンドリング: 圧縮や解凍中に発生するエラーを管理する機能。

これらの機能を利用することで、C言語で簡単にファイルの圧縮や解凍を行うことができます。

圧縮と解凍の基本

圧縮と解凍は、データを効率的に保存・転送するための重要なプロセスです。

zlibを使用することで、これらのプロセスを簡単に実装できます。

ストリーム処理の概念

ストリーム処理とは、大きなデータを一度に処理するのではなく、データを小さな部分(チャンク)に分けて順次処理する方法です。

これにより、メモリの使用量を抑えつつ、大きなデータを効率的に扱うことができます。

zlibでは、z_streamという構造体を使用してストリーム処理を行います。

この構造体には、圧縮や解凍に必要な情報が格納されており、データの圧縮や解凍を行う際に使用されます。

ストリーム処理を利用することで、リアルタイムでのデータ圧縮や解凍が可能となり、特にネットワーク通信やファイル入出力の際に非常に便利です。

次のセクションでは、C言語でのZIP圧縮の実装方法について詳しく解説します。

C言語でのZIP圧縮の実装

C言語を使用してファイルをZIP圧縮するためには、zlibライブラリを利用します。

このセクションでは、必要なヘッダファイルのインクルードから始まり、圧縮処理と解凍処理の実装方法について詳しく解説します。

必要なヘッダファイルのインクルード

C言語でzlibを使用するためには、まず必要なヘッダファイルをインクルードする必要があります。

以下のように、zlib.hをインクルードします。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <zlib.h>

zlib関連のヘッダファイル

ヘッダファイル	説明
`stdio.h`	標準入出力ライブラリ。ファイルの読み書きに使用します。
`stdlib.h`	標準ライブラリ。メモリ管理やプログラムの終了処理に使用します。
`string.h`	文字列操作に関する関数を提供します。
`zlib.h`	zlibライブラリの主要な機能を提供します。

圧縮処理の実装

次に、ファイルを圧縮するための関数を作成します。

以下は、指定したファイルをZIP形式で圧縮する関数の例です。

void compressFile(const char *source, const char *destination) {
    FILE *sourceFile = fopen(source, "rb");
    FILE *destFile = fopen(destination, "wb");
    if (!sourceFile || !destFile) {
        perror("ファイルオープンエラー");
        return;
    }
    // zlibの圧縮用ストリームを初期化
    z_stream strm;
    memset(&strm, 0, sizeof(strm));
    strm.zalloc = Z_NULL;
    strm.zfree = Z_NULL;
    strm.opaque = Z_NULL;
    strm.avail_in = 0;
    strm.next_in = Z_NULL;
    if (deflateInit(&strm, Z_DEFAULT_COMPRESSION) != Z_OK) {
        fclose(sourceFile);
        fclose(destFile);
        perror("圧縮初期化エラー");
        return;
    }
    unsigned char in[CHUNK];
    unsigned char out[CHUNK];
    int flush;
    do {
        strm.avail_in = fread(in, 1, CHUNK, sourceFile);
        if (ferror(sourceFile)) {
            deflateEnd(&strm);
            fclose(sourceFile);
            fclose(destFile);
            perror("ファイル読み込みエラー");
            return;
        }
        flush = feof(sourceFile) ? Z_FINISH : Z_NO_FLUSH;
        strm.next_in = in;
        do {
            strm.avail_out = CHUNK;
            strm.next_out = out;
            deflate(&strm, flush);
            size_t have = CHUNK - strm.avail_out;
            fwrite(out, 1, have, destFile);
        } while (strm.avail_out == 0);
    } while (flush != Z_FINISH);
    deflateEnd(&strm);
    fclose(sourceFile);
    fclose(destFile);
}

圧縮用関数の作成

この関数では、指定されたソースファイルを読み込み、圧縮して指定された宛先ファイルに書き込みます。

deflateInit関数で圧縮ストリームを初期化し、deflate関数でデータを圧縮します。

エラーハンドリングも行い、ファイルのオープンや読み込みエラーに対処しています。

エラーハンドリングの実装

上記のコードでは、ファイルのオープンや読み込みエラーが発生した場合にperror関数を使用してエラーメッセージを表示し、適切にリソースを解放しています。

これにより、プログラムが異常終了することを防ぎます。

解凍処理の実装

次に、圧縮されたファイルを解凍するための関数を作成します。

以下は、ZIPファイルを解凍する関数の例です。

void decompressFile(const char *source, const char *destination) {
    FILE *sourceFile = fopen(source, "rb");
    FILE *destFile = fopen(destination, "wb");
    if (!sourceFile || !destFile) {
        perror("ファイルオープンエラー");
        return;
    }
    // zlibの解凍用ストリームを初期化
    z_stream strm;
    memset(&strm, 0, sizeof(strm));
    strm.zalloc = Z_NULL;
    strm.zfree = Z_NULL;
    strm.opaque = Z_NULL;
    strm.avail_in = 0;
    strm.next_in = Z_NULL;
    if (inflateInit(&strm) != Z_OK) {
        fclose(sourceFile);
        fclose(destFile);
        perror("解凍初期化エラー");
        return;
    }
    unsigned char in[CHUNK];
    unsigned char out[CHUNK];
    int ret;
    do {
        strm.avail_in = fread(in, 1, CHUNK, sourceFile);
        if (ferror(sourceFile)) {
            inflateEnd(&strm);
            fclose(sourceFile);
            fclose(destFile);
            perror("ファイル読み込みエラー");
            return;
        }
        strm.next_in = in;
        do {
            strm.avail_out = CHUNK;
            strm.next_out = out;
            ret = inflate(&strm);
            if (ret < 0) {
                inflateEnd(&strm);
                fclose(sourceFile);
                fclose(destFile);
                perror("解凍エラー");
                return;
            }
            size_t have = CHUNK - strm.avail_out;
            fwrite(out, 1, have, destFile);
        } while (strm.avail_out == 0);
    } while (ret != Z_STREAM_END);
    inflateEnd(&strm);
    fclose(sourceFile);
    fclose(destFile);
}

解凍用関数の作成

この関数では、圧縮されたファイルを読み込み、解凍して指定された宛先ファイルに書き込みます。

inflateInit関数で解凍ストリームを初期化し、inflate関数でデータを解凍します。

エラーハンドリングも行い、ファイルのオープンや読み込みエラーに対処しています。

エラーハンドリングの実装

解凍処理でも、ファイルのオープンや読み込みエラーが発生した場合にperror関数を使用してエラーメッセージを表示し、適切にリソースを解放しています。

これにより、プログラムが異常終了することを防ぎます。

以上で、C言語を使用したZIP圧縮と解凍の基本的な実装方法について解説しました。

次のセクションでは、実際のコード例を通じて、これらの関数をどのように使用するかを見ていきます。

実際のコード例

簡単なZIP圧縮プログラム

以下に、C言語を使用してファイルをZIP圧縮する簡単なプログラムの例を示します。

このプログラムでは、zlibライブラリを使用して指定したファイルを圧縮し、ZIPファイルを生成します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <zlib.h>
void compressFile(const char *source, const char *dest) {
    FILE *sourceFile = fopen(source, "rb");
    if (!sourceFile) {
        perror("Source file opening failed");
        return;
    }
    FILE *destFile = fopen(dest, "wb");
    if (!destFile) {
        perror("Destination file opening failed");
        fclose(sourceFile);
        return;
    }
    // zlibの圧縮用バッファ
    unsigned char in[1024];
    unsigned char out[1024];
    z_stream strm;
    memset(&strm, 0, sizeof(strm));
    // zlibの初期化
    strm.zalloc = Z_NULL;
    strm.zfree = Z_NULL;
    strm.opaque = Z_NULL;
    strm.avail_in = 0;
    strm.next_in = Z_NULL;
    if (deflateInit(&strm, Z_DEFAULT_COMPRESSION) != Z_OK) {
        fclose(sourceFile);
        fclose(destFile);
        return;
    }
    int flush;
    do {
        strm.avail_in = fread(in, 1, sizeof(in), sourceFile);
        if (ferror(sourceFile)) {
            deflateEnd(&strm);
            fclose(sourceFile);
            fclose(destFile);
            return;
        }
        flush = feof(sourceFile) ? Z_FINISH : Z_NO_FLUSH;
        strm.next_in = in;
        do {
            strm.avail_out = sizeof(out);
            strm.next_out = out;
            deflate(&strm, flush);
            size_t have = sizeof(out) - strm.avail_out;
            fwrite(out, 1, have, destFile);
        } while (strm.avail_out == 0);
    } while (flush != Z_FINISH);
    deflateEnd(&strm);
    fclose(sourceFile);
    fclose(destFile);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <source file> <destination zip file>\n", argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    compressFile(argv[1], argv[2]);
    return EXIT_SUCCESS;
}

コードの解説

このプログラムは、指定されたソースファイルをZIP形式で圧縮し、指定された宛先ファイルに保存します。

以下に、主要な部分を解説します。

compressFile関数では、まずソースファイルと宛先ファイルを開きます。

ファイルが開けない場合はエラーメッセージを表示します。

zlibのz_stream構造体を初期化し、deflateInit関数で圧縮の準備を行います。
freadを使用してソースファイルからデータを読み込み、deflate関数で圧縮します。

圧縮されたデータは宛先ファイルに書き込まれます。

最後に、deflateEnd関数で圧縮処理を終了し、ファイルを閉じます。

実行方法

このプログラムをコンパイルするには、zlibライブラリがインストールされている必要があります。

以下のコマンドを使用してコンパイルします。

gcc -o zip_compress zip_compress.c -lz

実行する際は、圧縮したいファイルと生成するZIPファイルの名前を引数として指定します。

./zip_compress input.txt output.zip

ZIPファイルの解凍プログラム

次に、ZIPファイルを解凍するプログラムの例を示します。

このプログラムもzlibライブラリを使用して、指定されたZIPファイルを解凍し、元のファイルを復元します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <zlib.h>
void decompressFile(const char *source, const char *dest) {
    FILE *sourceFile = fopen(source, "rb");
    if (!sourceFile) {
        perror("Source file opening failed");
        return;
    }
    FILE *destFile = fopen(dest, "wb");
    if (!destFile) {
        perror("Destination file opening failed");
        fclose(sourceFile);
        return;
    }
    // zlibの解凍用バッファ
    unsigned char in[1024];
    unsigned char out[1024];
    z_stream strm;
    memset(&strm, 0, sizeof(strm));
    // zlibの初期化
    strm.zalloc = Z_NULL;
    strm.zfree = Z_NULL;
    strm.opaque = Z_NULL;
    strm.avail_in = 0;
    strm.next_in = Z_NULL;
    if (inflateInit(&strm) != Z_OK) {
        fclose(sourceFile);
        fclose(destFile);
        return;
    }
    int ret;
    do {
        strm.avail_in = fread(in, 1, sizeof(in), sourceFile);
        if (ferror(sourceFile)) {
            inflateEnd(&strm);
            fclose(sourceFile);
            fclose(destFile);
            return;
        }
        strm.next_in = in;
        do {
            strm.avail_out = sizeof(out);
            strm.next_out = out;
            ret = inflate(&strm, Z_NO_FLUSH);
            if (ret < 0) {
                inflateEnd(&strm);
                fclose(sourceFile);
                fclose(destFile);
                return;
            }
            size_t have = sizeof(out) - strm.avail_out;
            fwrite(out, 1, have, destFile);
        } while (strm.avail_out == 0);
    } while (ret != Z_STREAM_END);
    inflateEnd(&strm);
    fclose(sourceFile);
    fclose(destFile);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <source zip file> <destination file>\n", argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    decompressFile(argv[1], argv[2]);
    return EXIT_SUCCESS;
}

コードの解説

このプログラムは、指定されたZIPファイルを解凍し、元のファイルを復元します。

以下に、主要な部分を解説します。

decompressFile関数では、ソースZIPファイルと宛先ファイルを開きます。

ファイルが開けない場合はエラーメッセージを表示します。

zlibのz_stream構造体を初期化し、inflateInit関数で解凍の準備を行います。
freadを使用してZIPファイルからデータを読み込み、inflate関数で解凍します。

解凍されたデータは宛先ファイルに書き込まれます。

最後に、inflateEnd関数で解凍処理を終了し、ファイルを閉じます。

実行方法

このプログラムも、zlibライブラリがインストールされている必要があります。

以下のコマンドを使用してコンパイルします。

gcc -o zip_decompress zip_decompress.c -lz

実行する際は、解凍したいZIPファイルと生成するファイルの名前を引数として指定します。

./zip_decompress output.zip restored.txt

これで、C言語を使用してファイルをZIP圧縮および解凍する方法が理解できたと思います。

zlibライブラリを活用することで、簡単にファイルの圧縮と解凍が行えます。

C言語でのファイル圧縮の応用

大規模データの圧縮

効率的なデータ管理

大規模なデータを扱う際、ファイルサイズが大きくなると、ストレージの消費やデータ転送の時間が増加します。

C言語を使用してZIP圧縮を行うことで、これらの問題を軽減できます。

圧縮されたファイルは、元のデータを保持しつつ、サイズを小さくするため、ストレージの効率的な利用が可能になります。

例えば、数百MBのログファイルや画像データを圧縮することで、数十MBにまでサイズを削減できることがあります。

これにより、データのバックアップや転送が迅速に行えるようになります。

また、圧縮されたデータは、ネットワークを介して送信する際の帯域幅の使用を最小限に抑えることができ、コスト削減にも寄与します。

圧縮率の向上

圧縮率は、圧縮前のデータサイズと圧縮後のデータサイズの比率を示します。

C言語でのZIP圧縮を利用することで、特にテキストデータや繰り返しの多いデータに対して高い圧縮率を実現できます。

zlibライブラリを使用することで、圧縮レベルを調整することも可能です。

圧縮レベルを上げることで、より高い圧縮率を得ることができますが、その分処理時間が長くなることも考慮する必要があります。

例えば、以下のように圧縮レベルを指定することができます。

compress2(compressed_data, &compressed_size, original_data, original_size, Z_BEST_COMPRESSION);

ここで、Z_BEST_COMPRESSIONを指定することで、最も高い圧縮率を目指すことができます。

他の圧縮形式との比較

ZIP以外の圧縮形式

ZIP形式は広く使用されていますが、他にもさまざまな圧縮形式があります。

例えば、Gzip、Bzip2、7zなどがあり、それぞれ異なるアルゴリズムを使用しています。

これらの形式は、特定の用途やデータの特性に応じて選択されることが多いです。

Gzip: 主にテキストファイルの圧縮に使用され、圧縮速度が速いのが特徴です。
Bzip2: より高い圧縮率を提供しますが、圧縮速度はGzipより遅くなります。
7z: 高圧縮率を実現し、さまざまな圧縮アルゴリズムをサポートしています。

各形式の利点と欠点

各圧縮形式には、それぞれ利点と欠点があります。

以下に簡単にまとめます。

圧縮形式	利点	欠点
ZIP	幅広い互換性、簡単な使用	圧縮率は他の形式に劣ることがある
Gzip	高速な圧縮、特にテキストに強い	圧縮率はBzip2に劣る
Bzip2	高圧縮率、特に大きなファイルに強い	圧縮速度が遅い
7z	非常に高い圧縮率、複数のアルゴリズムをサポート	一部の環境での互換性が低い