哈弗曼树.cpp

用哈弗曼树实现实现对文件的编码与译码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define M 10000    //定义字符串最大长度
#define N 128        //定义叶子节点个数


typedef struct node              //定义哈夫曼树节点结构体
{
	int weight;
	struct node *LChild,*RChild,*Parent;  //分别指向该节点的左孩子，右孩子，和双亲节点
	struct node *next;                    //指向建立的哈夫曼树的下一个节点
}HFMNode,*HFMTree;


typedef struct                   //定义哈夫曼编码的结构体
{
	char ch;                      //存储对应的字符
	char code[N+1];                //存储对应字符的编码
	int start;                     //存储编码的起始位置
}CodeNode;

int n;               //存储真正叶子节点个数



void clearscreen()
{
system("cls");
}


void Open(char s[])               //打开存放字符或编码的文件，将其存入字符串数组中
{
	char name[10];
	FILE *fp;
	int i=0;
	printf("请输入要打开的文件名：");
	gets(name);                               //要打开的文件名
	if((fp=fopen(name,"rt"))==NULL)
		{
			printf("打开失败！\n");             //若打开失败，则直接退出
			exit(1);
		}
	s[i++]=fgetc(fp);
	while(s[i-1]!=EOF)
		s[i++]=fgetc(fp);
	s[i]='\0';                           //存取字符串结束
	fclose(fp);
}


void Save(char s[])                        //保存字符或编码到文件中
{
	char name[10];
	FILE *fp;
	printf("请输入要保存的文件名：");
	gets(name);
	if((fp=fopen(name,"wt"))==NULL)
		{
			printf("存储失败！");
			exit(1);
		}
	fputs(s,fp);
	printf("\n保存成功，文件名为:%s。\n",name);
	printf("\n按回车键继续...");
	getchar();
	fclose(fp);

}




void SearchStr(char s[],char str[],int count[])  
{
	//查找字符串中字符的个数和每个字符出现的次数
	int i,j,k=0;
	for(i=0;i<N;i++)    //初始化每个字符出现的次数
		count[i]=0;
	for(i=0;s[i];i++)
		{
			for(j=0;j<k;j++)            //在str[]中查找是否有该字符
				if(str[j]==s[i])
					{
						count[j]++;
						break;
					}
			if(j==k)                     //在str[]中无该字符，将其存入最后一个单元
				{
					str[k]=s[i];
					count[k++]++;
				}
		}
	str[k]='\0';                  //将字符串结尾置\0
	n=k;                            //将实际的字符个数作为叶子节点个数存入n
}

void SelectMin(HFMTree HT,int k,HFMTree *HT1,HFMTree *HT2)
{
	//查找哈夫曼链表中两个权值最小的节点
	int i,min;
	HFMTree p;
	min=32767;
	for(i=0,p=HT;i<k;i++,p=p->next)
		if(p->weight<min&&p->Parent==0)
			{
				min=p->weight;
				*HT1=p;
			}
	min=32767;
	for(i=0,p=HT;i<k;i++,p=p->next)
		if(p->weight<min&&p->Parent==0&&p!=*HT1)  //令第二个最小的节点不等于第一个节点
			{
				min=p->weight;
				*HT2=p;
			}
	
}



void CreatHFMTree(HFMTree *HT,int count[])
{
	//创建哈夫曼树
	int i;
	HFMTree p,HT1,HT2;   //HT1，HT2分别存放权值最小和次小的节点的位置
	p=*HT=(HFMTree)malloc(sizeof(HFMNode));
	p->next=p->LChild=p->RChild=p->Parent=NULL;  //初始化哈夫曼链表且有2n-1个节点
	for(i=1;i<2*n-1;i++)
		{
			p->next=(HFMTree)malloc(sizeof(HFMNode));
			p=p->next;
			p->next=p->LChild=p->RChild=p->Parent=NULL;
		}

	for(i=0,p=*HT;i<n;i++)                //将各个字符出现的次数作为权值
	{		                             //存入哈夫曼链表的前n个单元中
			p->weight=count[i];
			p=p->next;
		}

	for(i=n;i<2*n-1;i++)                 //将后n-1个节点赋权值，建树
		{
			SelectMin(*HT,i,&HT1,&HT2);  //每次从前i个节点中选取权值最小的两个节点
			HT1->Parent=HT2->Parent=p;    
			p->LChild=HT1;
			p->RChild=HT2;
			p->weight=HT1->weight+HT2->weight;  //将两个节点的权值相加存入最后一个节点中
			p=p->next;                            //p指向下一个没有存储权值的节点
		}

}


void HFMCode(HFMTree HT,CodeNode HC[],char str[])
{
	//从每个叶子节点开始，利用哈夫曼树对每个字符进行编码，最终建立一个哈夫曼表
	int i;
	HFMTree q,p=HT;
	for(i=0;i<n;i++)             //将字符存入哈夫曼编码结构体数组的字符单元中
		{
			HC[i].ch=str[i];
			HC[i].code[n-1]='\0';  //初始化编码的最后一位
		}
	for(i=0;i<n;i++)
		{
			HC[i].start=n-1;
			for(q=p;q->Parent;q=q->Parent)   //判断q所指向的节点，左孩子置0，右孩子置1
				if(q==q->Parent->LChild)
					HC[i].code[--HC[i].start]='0';
				else	HC[i].code[--HC[i].start]='1';
			p=p->next;                   //判断下一个叶子节点
		}


}



void TotalCoding(char s[],CodeNode HC[],char code[])
{
	//利用哈夫曼编码表对整个字符串进行编码
	int i,j;
	code[0]='\0';            //编码数组初始化
	for(i=0;s[i];i++)                 //将每个字符在哈夫曼编码表中对应的编码存入存放总编码的数组中
		for(j=0;j<n;j++)
		if(s[i]==HC[j].ch)
			strcpy(code+strlen(code),HC[j].code+HC[j].start);
}

void DeCoding(char code[],HFMTree HT,char str[],char s[])
{
	//对哈夫曼编码进行解码，放入字符串s中
	int i,j,k=0;
	HFMTree root,p,q;
	for(root=HT;root->Parent;root=root->Parent); //用root指向哈夫曼树的根结点
	for(i=0,p=root;code[i];i++)            //从根结点开始按编码顺序访问树
	{                                      
			if(code[i]=='0')
				p=p->LChild;
			else	p=p->RChild;
			if(p->LChild==NULL&&p->RChild==NULL) //到根节点时将该节点对应的字符输出
				{
					for(j=0,q=HT;q!=p;q=q->next,j++);
						s[k++]=str[j];
					p=root;                  //回溯到根结点
				}	
		}
	s[k]='\0';                //解码完毕，在字符串最后一个单元存入'\0'
}


void Coding(char s[],char str[],char code[],int count[],HFMTree *HT,CodeNode HC[])
{
	clearscreen();
	printf("\n打开存放字符串的文件...\n\n");
	Open(s);                    //打开源码文件
	SearchStr(s,str,count);  //查找字符串中不同的字符及其出现的次数
	CreatHFMTree(HT,count); //用每个字符出现的次数作为叶子节点的权值建立哈夫曼树
	HFMCode(*HT,HC,str);      //利用哈夫曼树对每个叶子节点进行编码，存入编码表中
	TotalCoding(s,HC,code); //利用编码表对字符串进行最终编码
	printf("\n读入的字符串为:\n");
	puts(s);
	printf("\n最终的哈夫曼编码是:\n");
	puts(code);
	printf("\n保存编码,");
	Save(code);                 //保存最终的哈夫曼编码
}


void TransCode(char code[],char str[],char ss[],HFMTree *HT,CodeNode HC[])
{
	clearscreen();
	printf("\n打开编码的文件...\n\n");
	Open(code);                           //打开编码文件
	DeCoding(code,*HT,str,ss);  //将编码进行解码存入字符串数组ss[]中
	printf("\n得到的最终字符串为:\n");
	puts(ss);
	printf("\n保存译码，");
	Save(ss);                        //保存译码后的字符串
}

void main()
{
	//主函数
	char s[M],ss[M];         //定义字符串数组，s[]存放将要编码的字符串，ss[]存解码后的字符串
	char str[N];             //存放输入的字符串中n个不同的字符
	int count[N];            //存放n个不同字符对应的在原字符串中出现的次数
	char code[M];            //存放最终编码完成后的编码
	char choice;
	HFMTree HT;              //定义一个哈夫曼树的链表
	CodeNode HC[N];          //定义一个哈夫曼编码表的数组，存放每个字符对应的哈夫曼编码
	do
	{
		clearscreen();
		printf("\n\n");
		printf("                       ************哈夫曼树************\n");
		printf("                       **                            **\n");
		printf("                       **        1.编码。            **\n");
		printf("                       **        2.译码。            **\n");
		printf("                       **        0.退出。            **\n");
		printf("                       **                            **\n");
		printf("                       **                            **\n");
		printf("                       **                            **\n");
		printf("                       ** 请输入相应操作的序号(0-2)  **\n");
		printf("                       ********************************\n");
		scanf("%c",&choice);
		getchar();
		switch(choice)
		{
			case '1': Coding(s,str,code,count,&HT,HC);break; //对字符串进行编码
			case '2': TransCode(code,str,ss,&HT,HC);break;  //对编码进行解码
			case '0': break;
			default : printf(" 输入错误！请重新输入！\n");
		}
	}while(choice!='0');
	
}