深入Rust实现LZ77压缩算法（小白也能看懂的无损压缩入门教程）

Rust实现思路

我们将实现两个函数：

• compress：将字节序列压缩为LZ77编码的元组列表
• decompress：将LZ77编码还原为原始字节

每个压缩单元（token）是一个三元组：(offset, length, next_char)

• offset：回溯的距离（0表示无匹配）
• length：匹配的长度
• next_char：匹配后的新字符（用于扩展匹配）

完整Rust代码实现

// 定义LZ77 token结构#[derive(Debug, Clone)]pub struct Token {    pub offset: usize,    pub length: usize,    pub next_char: u8,}// 压缩函数pub fn compress(data: &[u8]) -> Vec<Token> {    let mut tokens = Vec::new();    let mut i = 0;    let window_size = 256; // 滑动窗口大小    while i < data.len() {        let start = if i >= window_size { i - window_size } else { 0 };        let search_window = &data[start..i];        let lookahead = &data[i..];        let mut best_offset = 0;        let mut best_length = 0;        // 在滑动窗口中寻找最长匹配        for j in 0..search_window.len() {            let mut length = 0;            while length < lookahead.len()                 && length < search_window.len() - j                 && lookahead[length] == search_window[j + length] {                length += 1;            }            if length > best_length {                best_length = length;                best_offset = i - (start + j);            }        }        let next_char = if i + best_length < data.len() {            data[i + best_length]        } else {            0 // 末尾填充        };        tokens.push(Token {            offset: best_offset,            length: best_length,            next_char,        });        i += best_length + 1;    }    tokens}// 解压函数pub fn decompress(tokens: &[Token]) -> Vec<u8> {    let mut output = Vec::new();    for token in tokens {        if token.length > 0 {            let start = output.len() - token.offset;            for i in 0..token.length {                output.push(output[start + i]);            }        }        if token.next_char != 0 || output.len() == 0 {            output.push(token.next_char);        }    }    output}// 测试示例fn main() {    let input = b"ABABABA";    let compressed = compress(input);    println!("Compressed: {:?}", compressed);    let decompressed = decompress(&compressed);    println!("Decompressed: {:?}", String::from_utf8(decompressed).unwrap());}

代码说明

1. 滑动窗口：我们限制回溯范围为256字节（可调整），避免无限回溯。

2. 匹配查找：对每个位置，在窗口内逐字节比对，找到最长匹配。

3. 边界处理：末尾字符用0填充，实际应用中可用更严谨的方式处理。

为什么选择Rust？

Rust的内存安全、零成本抽象和强大类型系统，使其非常适合实现底层算法。你无需担心缓冲区溢出或空指针，编译器会帮你拦截大部分错误。同时，Rust的性能接近C/C++，是实现高效压缩工具的理想选择。

总结

通过本教程，你已经掌握了LZ77压缩算法的基本原理，并用Rust实现了完整的压缩/解压流程。虽然这是一个简化版本（未处理二进制编码、未优化性能），但它为你理解更复杂的压缩算法（如LZ78、LZW、Deflate）打下了坚实基础。

记住，Rust不仅是系统编程的利器，也是学习算法与数据结构的优秀平台。动手试试修改窗口大小、添加文件读写功能，或者将此压缩器封装成crate吧！

关键词：Rust, LZ77压缩算法, 数据压缩, 无损压缩