哈夫曼树实现文件的压缩与解压缩

利用哈夫曼树实现文件的压缩与解压缩
压缩：
1、统计出文件中相同字符出现的次数
2、获取哈夫曼编码
次数作为权值构建哈夫曼树
3、重新编码，写回压缩文件
保存头文件：
源文件后缀
编码信息的行数
每个字符的权
保存编码

解压缩：
1、获取原文件后缀
2、获取每个字符出现的次数，即权值
3、利用之前后的的权值，还原哈夫曼树
4、找到对应的叶子节点，将信息保存到解压文件中
在写压缩文件之前，首先需要实现堆和哈夫曼树
源代码戳这里
(https://coding.net/u/g33_N/p/fileCompress/git)

#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE
#include"HuffManTree.h"
#include<assert.h>
struct FileInfo
{FileInfo():_count(0){}unsigned char _ch;//当前字符size_t _count;//当前字符出现的次数std::string _strCode;//当前字符的哈夫曼编码//重载+FileInfo operator+(const FileInfo& fileInfo){FileInfo ret(*this);ret._count += fileInfo._count;return ret;}//重载<bool operator<(const FileInfo& fileInfo)const{return _count<fileInfo._count;}//重载!=bool operator != (const FileInfo& fileInfo)const{return _count != fileInfo._count;}
};
class CompressFile
{
public:CompressFile(){for (size_t idx = 0; idx < 256; ++idx){_fileInfo[idx]._ch = idx;_fileInfo[idx]._count = 0;//每一个字符出现的次数初始化为0}}void FileCount(const std::string& strFileName){//统计字符出现的次数FILE* fOut = fopen(strFileName.c_str(), "r");//打开一个文件assert(fOut);unsigned char rBuf[1024];//存取读到的文件内容while (1){size_t rSize = fread(rBuf, 1, 1024, fOut);//返回从文件中读到的字节数if (rSize == 0)break;for (size_t idx = 0; idx < rSize; ++idx){_fileInfo[rBuf[idx]]._count++;//统计每个字符出现的次数}}}//获取编码信息void GetHuffManCode(){// 创建HuffManTreeHuffmanTree<FileInfo> ht(_fileInfo, sizeof(_fileInfo) / sizeof(_fileInfo[0]), FileInfo());_GetHuffManCode(ht.GetRoot());//获取哈夫曼编码}//文件压缩void FileCopress(const std::string& strFileName)//参数为要压缩的文件名{FileCount(strFileName);GetHuffManCode();unsigned char value = 0;//一个字节，保存8位编码unsigned char wBuff[1024];//保存编码信息int wSize = 0;FILE* fOut = fopen(strFileName.c_str(), "rb");assert(fOut);std::string fileName = GetFileName(strFileName.c_str());//获取文件名fileName += ".hzp";//给文件名加后缀（压缩后）FILE* fIn = fopen(fileName.c_str(), "wb");//打开一个文件写入压缩信息assert(fIn);unsigned char rBuf[1024];std::string strCode;int pos = 0;//保存编码信息std::string  strHead;strHead += GetPostFix(strFileName.c_str());//获取文件后缀strHead += '\n';char strLineCount[32];//编码信息的行数size_t lineCount = 0;//统计每个字符出现的次数 a:1size_t idx = 0;while (idx<256){if (_fileInfo[idx]._count){if（_fileInfo[idx]._ch!='\n'）strCode += _fileInfo[idx]._ch;strCode += ':';_itoa(_fileInfo[idx]._count, strLineCount, 10);strCode += strLineCount;lineCount++;strCode += '\n';}idx++;}_itoa(lineCount, strLineCount, 10);strHead += strLineCount;//保存行数strHead += '\n';strHead += strCode;//保存编码信息fwrite(strHead.c_str(), 1, strHead.length(), fIn);//此处写入文件的大小一定是写入内容的实际大小，否则写入文件的内容之后会出现随机值fseek(fOut, 0, SEEK_SET);//跳到文件开头，之前已读到结尾//遍历编码，8位一字节写入Buff中while (1){size_t rSize = fread(rBuf, 1, 1024, fOut);if (rSize == 0)break;for (size_t idx = 0; idx < rSize; ++idx){std::string strCode = _fileInfo[rBuf[idx]]._strCode;for (size_t idx = 0; idx < strCode.length(); ++idx){value <<= 1;//若编码为0，左移一位if (strCode[idx] == '1')//若编码为1，value或1{value |= 1;}if (++pos == 8)//满8位，将value写入buff里{wBuff[wSize++] = value;if (wSize == 1024)//buff大小满1024写入文件{fwrite(wBuff, 1, 1024, fIn);wSize = 0;//写入文件之后将buff索引置0}pos = 0;//value写入buff后，pos置0value = 0;//value也置0，重新保存下一个字节}}}}if (pos < 8)//若编码读完后，pos<8,buff大小也不满1024，将编码左移至最高位，然后写入buff,最终写入文件{value <<= (8 - pos);wBuff[wSize++] = value;fwrite(wBuff, 1, wSize, fIn);}//关闭文件fclose(fOut);fclose(fIn);}//解压缩void UnCompressFile(const std::string& compressFile){FILE* fOut = fopen(compressFile.c_str(), "rb");//打开一个压缩文件assert(fOut);//获取源文件后缀std::string  strPostFix = ReadLine(fOut);//获取信息行数int LineCount = atoi(ReadLine(fOut).c_str());//获取压缩后的编码int idx = 0;while (idx < LineCount){std::string strCode = ReadLine(fOut);//读取每一行信息_fileInfo[(unsigned char )strCode[0]]._count = atoi(strCode.substr(2).c_str());//获取每个字符出现的次数，也就是权++idx;}//利用上边获取到的权还原哈夫曼树HuffmanTree<FileInfo> ht(_fileInfo, sizeof(_fileInfo) / sizeof(_fileInfo[0]), FileInfo());HuffmanTreeNode<FileInfo>* pRoot = ht.GetRoot();//获取哈夫曼树的根_GetHuffManCode(pRoot);//获取哈夫曼编码std::string fileName = GetFileName(compressFile.c_str());//获取文件名std::string strFix = GetPostFix(compressFile.c_str());//文件后缀fileName += strPostFix;//解压缩后文件名及后缀FILE* fIn = fopen(fileName.c_str(), "wb");// 打开一个文件写入解压缩后的信息assert(fIn);unsigned char rBuff[1024];int pos = 8;unsigned char wBuff[1024];size_t wSize = 0;long long FileSize = pRoot->_weight._count;//压缩信息的大小HuffmanTreeNode<FileInfo>* pCur = pRoot;//解压缩while (1&&pCur){int rSize = fread(rBuff, 1, 1024, fOut);if (rSize == 0)return;for (int idx = 0; idx < rSize; ++idx){while (1){--pos;if (rBuff[idx] & (1 << pos))//若当前位为1，则访问右子树，为0，则访问左子树pCur = pCur->_pRight;elsepCur = pCur->_pLeft;if (pCur&&pCur->_pLeft == NULL&&pCur->_pRight == NULL)//当前节点为叶子节点{wBuff[wSize++] = pCur->_weight._ch;//将当前字符写入buffif (wSize == 1024)//若buff满1024，写入文件{fwrite(wBuff, 1, wSize, fIn);wSize = 0;}if (0 == --FileSize)//若buff不满1024，但文件已读完，将其直接写入文件{fwrite(wBuff, 1, wSize, fIn);//此处大小一定为buff中内容的大小，否则会出现随机值，第三个参数的类型为size_t,int无法写入break;}pCur = pRoot;//每找到一个叶子节点，便将当前节点指向根节点，否则会崩溃}if (pos == 0)//若pos为8，置0，重新计数{pos = 8;break;}}}}//关闭文件fclose(fOut);fclose(fIn);}private://获取哈弗曼编码void _GetHuffManCode(HuffmanTreeNode<FileInfo>* pRoot){if (pRoot){_GetHuffManCode(pRoot->_pLeft);_GetHuffManCode(pRoot->_pRight);if (pRoot->_pLeft == NULL&&pRoot->_pRight == NULL)//叶子节点{HuffmanTreeNode<FileInfo>* pCur = pRoot;HuffmanTreeNode<FileInfo>* pParent = pCur->_pParent;std::string strCode;while (pParent){if (pParent->_pLeft == pCur)//若当前节点是双亲结点的左孩子,编码为0{strCode += '0';}if (pParent->_pRight == pCur)//若当前节点是双亲结点的左孩子,编码为1{strCode += '1';}pParent = pParent->_pParent;pCur = pCur->_pParent;}std::reverse(strCode.begin(), strCode.end());//由于上边获取编码是从叶子节点开始的，所以拿到编码后需要逆置_fileInfo[pRoot->_weight._ch]._strCode = strCode;//将编码保存到结构体内}}}std::string GetFileName(const std::string strFilePath)//获取文件名{//com.txt//E://code//com.txtsize_t  last = strFilePath.find_last_of("/");//找到租后一个‘/’size_t first = strFilePath.find_first_of(".");//找到第一个‘.’std::string fileName = strFilePath.substr(last + 1, first);//获取中间的子串，即文件名return fileName;}std::string GetPostFix(const std::string strFilePath)//获取文件后缀{//com.txt//E:\code\com.txtsize_t first = strFilePath.find_last_of(".");//找到读后一个‘.’size_t end = strFilePath.size() - 1;//字符串的结尾std::string fileName = strFilePath.substr(first, end);//获得子串，即文件后缀return fileName;}std::string ReadLine(FILE* fp)//读取文件的每一行内容{std::string strLine;if (feof(fp))//检查文件是否为空return strLine;unsigned char c = fgetc(fp);while (c != '\n'){strLine += c;if (feof(fp))return strLine;c = fgetc(fp);}return strLine;}
private:FileInfo _fileInfo[256];};

结果如图：

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