📄 哈夫曼编码压缩解压缩.cpp
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//哈夫曼编码压缩解压缩程序.cpp 2007.6.19
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
struct head
{
unsigned char b; //记录字符在数组中的位置
long count; //字符出现频率（权值）
long parent,lch,rch; //定义哈夫曼树指针变量
char bits[256]; //定义存储哈夫曼编码的数组
}
header[512],tmp;
char *filename="D:\\复件 示例数据.txt";
char outputfile[255];
/*压缩*/
void compress()
{
char /*filename[255],outputfile[255],*/buf[512];
unsigned char c;
long i,j,m,n,f;
long min1,pt1,flength,length1,length2;
double div;
FILE *ifp,*ofp;
/* printf("\t请您输入需要压缩的文件：");
gets(filename); */
ifp=fopen(filename,"rb");
if(ifp==NULL)
{
printf("\n\t文件打开失败!\n\n");
return;
}
///////////////////////////////
strcpy(outputfile,"yy.hub");
ofp=fopen(outputfile,"wb");
///////////////////////////////////
/*printf("\t请您输入压缩后的文件名：");
gets(outputfile);
ofp=fopen(strcat(outputfile,".hub"),"wb"); */
if(ofp==NULL)
{
printf("\n\t压缩文件失败!\n\n");
return;
}
flength=0;
while(!feof(ifp))
{
fread(&c,1,1,ifp);
header[c].count++; //字符重复出现频率+1
flength++; //字符出现原文件长度+1
}
flength--;
length1=flength; //原文件长度用作求压缩率的分母
header[c].count--;
for(i=0;i<512;i++)
{
if(header[i].count!=0) header[i].b=(unsigned char)i;
/*将每个哈夫曼码值及其对应的ASCII码存放在一维数组header[i]中，
且编码表中的下标和ASCII码满足顺序存放关系*/
else header[i].b=0;
header[i].parent=-1;header[i].lch=header[i].rch=-1; //对结点进行初始化
}
for(i=0;i<256;i++) //根据频率（权值）大小，对结点进行排序，选择较小的结点进树
{
for(j=i+1;j<256;j++)
{
if(header[i].count<header[j].count)
{
tmp=header[i];
header[i]=header[j];
header[j]=tmp;
}
}
}
for(i=0;i<256;i++) if(header[i].count==0) break;
n=i; //外部叶子结点数为n个时，内部结点数为n-1，整个哈夫曼树的需要的结点数为2*n-1.
m=2*n-1;
for(i=n;i<m;i++) //构建哈夫曼树
{
min1=999999999; //预设的最大权值，即结点出现的最大次数
for(j=0;j<i;j++)
{
if(header[j].parent!=-1) continue;
//parent!=-1说明该结点已存在哈夫曼树中，跳出循环重新选择新结点*/
if(min1>header[j].count)
{
pt1=j;
min1=header[j].count;
continue;
}
}
header[i].count=header[pt1].count;
header[pt1].parent=i; //依据parent域值（结点层数）确定树中结点之间的关系
header[i].lch=pt1; //计算左分支权值大小
min1=999999999;
for(j=0;j<i;j++)
{
if(header[j].parent!=-1) continue;
if(min1>header[j].count)
{
pt1=j;
min1=header[j].count;
continue;
}
}
header[i].count+=header[pt1].count;
header[i].rch=pt1; //计算右分支权值大小
header[pt1].parent=i;
}
for(i=0;i<n;i++) //哈夫曼无重复前缀编码
{
f=i;
header[i].bits[0]=0; //根结点编码0
while(header[f].parent!=-1)
{
j=f;
f=header[f].parent;
if(header[f].lch==j) //置左分支编码0
{
j=strlen(header[i].bits);
memmove(header[i].bits+1,header[i].bits,j+1);
//依次存储连接“0”“1”编码
header[i].bits[0]='0';
}
else //置右分支编码1
{
j=strlen(header[i].bits);
memmove(header[i].bits+1,header[i].bits,j+1);
header[i].bits[0]='1';
}
}
}
fseek(ifp,0,SEEK_SET); //从文件开始位置向前移动0字节，即定位到文件开始位置
fwrite(&flength,sizeof(int),1,ofp);
/*用来将数据写入文件流中，参数flength指向欲写入的数据地址，
总共写入的字符数以参数size*int来决定，返回实际写入的int数目1*/
fseek(ofp,8,SEEK_SET);
buf[0]=0; //定义缓冲区,它的二进制表示00000000
f=0;
pt1=8;
/*假设原文件第一个字符是"A"，8位2进制为01000001，编码后为0110识别编码第一个'0'，
那么我们就可以将其左移一位，看起来没什么变化。下一个是'1'，应该|1，结果00000001
同理4位都做完，应该是00000110，由于字节中的8位并没有全部用完，我们应该继续读下一个字符，
根据编码表继续拼完剩下的4位，如果字符的编码不足4位，还要继续读一个字符，
如果字符编码超过4位，那么我们将把剩下的位信息拼接到一个新的字节里*/
while(!feof(ifp))
{
c=fgetc(ifp);
f++;
for(i=0;i<n;i++)
{
if(c==header[i].b) break;
}
strcat(buf,header[i].bits);
j=strlen(buf);
c=0;
while(j>=8) //对哈夫曼编码位操作进行压缩存储
{
for(i=0;i<8;i++)
{
if(buf[i]=='1') c=(c<<1)|1;
else c=c<<1;
}
fwrite(&c,1,1,ofp);
pt1++; //统计压缩后文件的长度
strcpy(buf,buf+8); //一个字节一个字节拼接
j=strlen(buf);
}
if(f==flength) break;
}
if(j>0) //对哈夫曼编码位操作进行压缩存储
{
strcat(buf,"00000000");
for(i=0;i<8;i++)
{
if(buf[i]=='1') c=(c<<1)|1;
else c=c<<1;
}
fwrite(&c,1,1,ofp);
pt1++;
}
fseek(ofp,4,SEEK_SET);
fwrite(&pt1,sizeof(long),1,ofp);
fseek(ofp,pt1,SEEK_SET);
fwrite(&n,sizeof(long),1,ofp);
for(i=0;i<n;i++)
{
fwrite(&(header[i].b),1,1,ofp);
c=strlen(header[i].bits);
fwrite(&c,1,1,ofp);
j=strlen(header[i].bits);
if(j%8!=0) //若存储的位数不是8的倍数，则补0
{
for(f=j%8;f<8;f++)
strcat(header[i].bits,"0");
}
while(header[i].bits[0]!=0)
{
c=0;
for(j=0;j<8;j++) //字符的有效存储不超过8位，则对有效位数左移实现两字符编码的连接
{
if(header[i].bits[j]=='1') c=(c<<1)|1; //|1不改变原位置上的“0”“1”值
else c=c<<1;
}
strcpy(header[i].bits,header[i].bits+8); //把字符的编码按原先存储顺序连接
fwrite(&c,1,1,ofp);
}
}
length2=pt1--;
div=((double)length1-(double)length2)/(double)length1; //计算文件的压缩率
fclose(ifp);
fclose(ofp);
printf("\n\t压缩文件成功!\n");
printf("\t压缩率为 %f%%\n\n",div*100);
return;
}
/*解压缩*/
void uncompress()
{
char filename[255],outputfile[255],buf[255],bx[255];
unsigned char c;
long i,j,m,n,f,p,l;
long flength;
FILE *ifp,*ofp;
printf("\t请您输入需要解压缩的文件：");
gets(filename);
ifp=fopen(strcat(filename,".hub"),"rb");
if(ifp==NULL)
{
printf("\n\t文件打开失败!\n");
return;
}
printf("\t请您输入解压缩后的文件名：");
gets(outputfile);
ofp=fopen(outputfile,"wb");
if(ofp==NULL)
{
printf("\n\t解压缩文件失败!\n");
return;
}
fread(&flength,sizeof(long),1,ifp); //读取原文件长度，对文件进行定位
fread(&f,sizeof(long),1,ifp);
fseek(ifp,f,SEEK_SET);
fread(&n,sizeof(long),1,ifp);
for(i=0;i<n;i++)
{
fread(&header[i].b,1,1,ifp);
fread(&c,1,1,ifp);
p=(long)c; //读取原文件字符的权值
header[i].count=p;
header[i].bits[0]=0;
if(p%8>0) m=p/8+1;
else m=p/8;
for(j=0;j<m;j++)
{
fread(&c,1,1,ifp);
f=c;
itoa(f,buf,2); //将f转换为二进制表示的字符串
f=strlen(buf);
for(l=8;l>f;l--)
{
strcat(header[i].bits,"0");
}
strcat(header[i].bits,buf);
}
header[i].bits[p]=0;
}
for(i=0;i<n;i++) //根据哈夫曼编码的长短，对结点进行排序
{
for(j=i+1;j<n;j++)
{
if(strlen(header[i].bits)>strlen(header[j].bits))
{
tmp=header[i];
header[i]=header[j];
header[j]=tmp;
}
}
}
p=strlen(header[n-1].bits);
fseek(ifp,8,SEEK_SET);
m=0;
bx[0]=0;
while(1) //通过哈夫曼编码的长短，依次解码，从原来的位存储还原到字节存储
{
while(strlen(bx)<(unsigned int)p)
{
fread(&c,1,1,ifp);
f=c;
itoa(f,buf,2);
f=strlen(buf);
for(l=8;l>f;l--) //在单字节内对相应位置补0
{
strcat(bx,"0");
}
strcat(bx,buf);
}
for(i=0;i<n;i++)
{
if(memcmp(header[i].bits,bx,header[i].count)==0) break;
}
strcpy(bx,bx+header[i].count); /*从压缩文件中的按位存储还原到按字节存储字符，
字符位置不改变*/
c=header[i].b;
fwrite(&c,1,1,ofp);
m++; //统计解压缩后文件的长度
if(m==flength) break; //flength是原文件长度
}
fclose(ifp);
fclose(ofp);
printf("\n\t解压缩文件成功!\n");
if(m==flength) //对解压缩后文件和原文件相同性比较进行判断（根据文件大小）
printf("\t解压缩文件与原文件相同!\n\n");
else printf("\t解压缩文件与原文件不同!\n\n");
return;
}
/*主函数*/
int main()
{
int c;
while(1) //菜单工具栏
{
printf("\t _______________________________________________\n");
printf("\n");
printf("\t * 压缩、解压缩 小工具 * \n");
printf("\t _______________________________________________\n");
printf("\t _______________________________________________\n");
printf("\t| |\n");
printf("\t| 1.压缩 |\n");
printf("\t| 2.解压缩 |\n");
printf("\t| 0.退出 |\n");
printf("\t|_______________________________________________|\n");
printf("\n");
printf("\t 说明：（1）采用哈夫曼编码\n");
printf("\t （2）适用于字符型文本文件\n");
printf("\n");
do //对用户输入进行容错处理
{
printf("\n\t*请选择相应功能(0-2):");
c=getch();
printf("%c\n",c);
if(c!='0' && c!='1' && c!='2')
{
printf("\t@_@请检查您输入的数字在0~2之间！\n");
printf("\t请再输入一遍！\n");
}
}while(c!='0' && c!='1' && c!='2');
if(c=='1') compress(); //调用压缩子函数
else if(c=='2') uncompress(); //调用解压缩子函数
else
{
printf("\t欢迎您再次使用该工具^_^\n");
exit(0); //退出该工具
}
system("pause"); //任意键继续
system("cls"); //清屏
}
return 0;
}
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