基于Huffman编码的C语言解压缩文件程序

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<math.h>//极大值用于生成Huffman树
#define MAXSIZE 100000000//用于生成相应叶子节点Huffman编码的二维字符数组
typedef char* HCode;//Huffman树节点
typedef struct node
{int weight;int data;int parent,lchild,rchild;
}Node;//count 叶子节点数的计算  sum_bit 记录被压缩文件编码后的编码总长度
int sum_bit,count;//Huffman叶子节点，最多不过256个（以字节为单位）
Node huffmanNode[260];//解压缩的时候记录每次读取到编码（0....1..）
int num[8];//对应词频信息表的信息，用ASCII值表示
int code[260];//二维字符数组
HCode *HC;//统计词频时用于查找是否已经记录过,记录过的话返回下标，没有则返回0
int isInNode(int value)
{int i = 1;for(;i<=count;i++){if(huffmanNode[i].data == value){return i;}}return 0;
}//获取文件词频，记录在Node huffmanNode[260]的节点数组当中
void  calWeight(char *file)
{count = 0;FILE *f;int a;//以二进制方式打开文件，为了读取到换行符f = fopen(file,"rb");if(f == NULL){printf("文件不存在！打开失败！");return ;}while(!feof(f)){a = fgetc(f);if(a==EOF) break;if(!isInNode(a))   //count从1开始计数{count++;huffmanNode[count].weight = 1;huffmanNode[count].data   = a;}else{int i = isInNode(a);huffmanNode[i].weight++;}}fclose(f);
}/*得到待压缩文件的总字节数，权值为几就代表着有多少个字节*/
int getSumBytes()
{int i=1;int result = 0;for(;i<=count;i++){result +=huffmanNode[i].weight;}return result;
}//获取压缩后文件的总bit数
int getSumBits()
{int i = 1;int result = 0;for(;i<=count;i++){result+=huffmanNode[i].weight * strlen(HC[i]);}return result;
}//建立huffman树 根据huffman树的特性,具有n个节点的huffman树的具有2n-1个节点//n值由全局变量count值来确定，该函数主要用来初始化Huffman树的所有节点信息
void  createHufmanTree(Node * huffmanTree)
{int m = 2*count - 1;int m1,m2,x1,x2,i,j;//初始化结点信息，从1--count这count个节点信息为叶子节点的信息for(i=1;i<=count;i++){huffmanTree[i].data = huffmanNode[i].data;huffmanTree[i].lchild = -1;huffmanTree[i].rchild = -1;huffmanTree[i].parent = -1;huffmanTree[i].weight = huffmanNode[i].weight;}//从count---2*count-1这些节点首先初始化为空for(;i<=m;i++){huffmanTree[i].data = 0;    huffmanTree[i].weight = 0;huffmanTree[i].lchild = -1; huffmanTree[i].rchild = -1;huffmanTree[i].parent = -1;}//构造huffman树，按照huffman树构建原理for(i=count+1;i<=m;i++){/*m2,m1分别存储倒数第二小的权值和倒数第一小的权值x2,x1分别存储倒数第二小的下标和倒数第一小的下标*/m1 = m2 = MAXSIZE;x1 = x2 = 0;for(j=1;j<i;j++){if(huffmanTree[j].parent == -1&&huffmanTree[j].weight <m1){m2 = m1;                    x2 = x1;m1 = huffmanTree[j].weight; x1 = j;}else if(huffmanTree[j].parent == -1&&huffmanTree[j].weight<m2){m2 = huffmanTree[j].weight;x2 = j;}}/*合并成一颗新的树*/huffmanTree[x1].parent = i; huffmanTree[x2].parent = i;huffmanTree[i].lchild = x1; huffmanTree[i].rchild = x2;huffmanTree[i].weight = m1+m2;}
}/*字符编码，从构建好的Huffman树当中读取每个叶子节点的huffman编码，并将叶子节点的信息放入到code[]中*/
HCode * getHuffmanCode(Node * huffmanTree,HCode *HC,int code[])
{int i = 1,c,start,f;//构造了字符编码的字符数组共有count+1个 通过读取一个复制一个的方式完成编码获取char * cd = (char *)malloc((count+1)*sizeof(char));//还是这个问题的cd[count] = '\0';for(;i<=count;i++){start = count;for(c=i,f=huffmanTree[i].parent;f!=-1;c=f,f=huffmanTree[f].parent){if(huffmanTree[f].lchild == c)  cd[--start] = '0';else cd[--start] = '1';}//为每个字符数组分配相应的数量 由于范围的问题要仔细考虑的HC[i] = (char *)malloc((count+1-start)*sizeof(char));//参数均为char *strcpy(HC[i],&cd[start]);code[i] = huffmanTree[i].data;}return HC;
}/*将编码表写入默认文件当中,并在结尾存入叶子节点数（count）与压缩后文件的总bit数1111000  27......................#sum_bit##count#*/
void freToFile(int code[],HCode *HC)
{int i;//打开默认文件FILE *fe = fopen("C:\\dic.txt","wb");//将编码信息和叶子节点信息写入词典for(i=1;i<=count;i++){fprintf(fe,"%s %d\n",HC[i],code[i]);}char c = '#';//写入sum_bitfprintf(fe,"%c",c);fprintf(fe,"%d",getSumBits());fprintf(fe,"%c",c);//写入countfprintf(fe,"%c",c);fprintf(fe,"%d",count);fprintf(fe,"%c",c);fclose(fe);
}
//由于词频表是按照字符串方式存储的叶子节点信息,读取出来的字符串需要转换成int值再使用
//其中需要使用pow函数，由于pow函数有精度损失，自己写了一个使用
int powmy(int a,int b)
{if(b==0) return 1;int i = 0;int result = 1;for(;i<b;i++){result *=a;}return result;
}/*从编码表文件读取相应信息以用来解压文件，读取信息包括编码和叶子信息*/
HCode* freFromFile(int code[],HCode *HC)
{int i;FILE *fe = fopen("C:\\dic.txt","rb");if(fe==NULL){printf("词典文件不存在！");return NULL;}int k;int num[10];int m;int flag = 0;char * cd = (char *)malloc((256+1)*sizeof(char));//读取一个字节char c = fgetc(fe);for(i=1;flag!=1;i++){//如果读取到#号键，就跳出循环，继续读取sum_bit和count值if(c=='#') break;//每一行的读取直到读到空格，然后就完成了一条huffman编码的读取int j = 0;while(c!=' '){cd[j++] = c;c = fgetc(fe);}cd[j] = '\0';//将读取到的huffman编码存入相应的二维字符数组当中去HC[i] = (char *)malloc((j+1)*sizeof(char));strcpy(HC[i],&cd[0]);//下面直到读取到空格键为止，读取huffman叶子节点信息，读取到的是字符，需要转换成int值c = fgetc(fe);k = 0;while(c!='\n'){num[k++] = c-'0';c = fgetc(fe);}code[i] = 0;m = 0;//转换成int值，存入code[]数组当中for(k=k-1;k>=0;k--){code[i]+=num[k]*powmy(10,m);m++;}//继续向下读取c = fgetc(fe);}//获取压缩文件的总bit数，以用来判断最后一次读取的是不是足够8位c = fgetc(fe);k = 0;while(c!='#'){num[k++] = c-'0';c = fgetc(fe);}//同样将读取到的char转换成intm = 0;sum_bit = 0;for(k=k-1;k>=0;k--){sum_bit+=(num[k]*powmy(10,m));m = m + 1;}c = fgetc(fe);  c = fgetc(fe);//头一个读取#，后一个才开始读取数据k = 0;while(c!='#'){num[k++] = c-'0';c = fgetc(fe);}//将读取到的char转换成intm = 0;  count = 0;for(k=k-1;k>=0;k--){count+=num[k]*pow(10,m);m++;}fclose(fe);return HC;
}/*压缩文件*/
void compress_file(char* file1,char*file2)
{int i,sum = 0,flag = 0,j,k = 0;//数组开设的不够大是最后的一个bug的成因，因为有可能这个Huffman编码很长很长int eight[1000];memset(eight,0,1000*sizeof(int));FILE *fo = fopen(file1,"rb");FILE *fw = fopen(file2,"wb");if(fo == NULL||fw == NULL){printf("文件读取失败！");return;}//统计已经压缩的字节总数，用于计算压缩百分比int aa = 0;int sum_bytes = getSumBytes();while(!feof(fo)){sum = 0;int a = fgetc(fo);//每次读取一个字节就+1aa++;//读取了一个字节之后就与编码表进行比较，查找对应的编码for(i=1;i<=count;i++){if(code[i] == a){//flag作为计数器，当凑够8位之后就作为一个字节写入压缩文件flag+=strlen(HC[i]);int len = strlen(HC[i]);//flag 小于8的时候继续累加，直到凑够8个if(flag<8){for(j=0;j<len;j++)eight[k++] = HC[i][j]-'0';/*我们存储的是字符串，是多少就是多少*/}//当flag>=8的时候，将8位写进压缩文件，同时将剩余的没有写入的huffman编码重新移到//eight【】数组前面去，同时修改flagelse if(flag>=8){//将匹配到的huffman编码写进8位数组，直到k值为8，k值始终代表现在eight【】数组的长度for(j=0;k<8;j++)eight[k++] = HC[i][j]-'0';//将匹配到的huffman编码的没有完全写进去的添加到后面。for(;j<len;j++)eight[k++] = HC[i][j]-'0';//计算8位对应的int值，写入文件sum+=eight[0]*128+eight[1]*64+eight[2]*32+eight[3]*16+eight[4]*8+eight[5]*4+eight[6]*2+eight[7]*1;//前8为置0for(j=0;j<8;j++)eight[j] = 0;//将后面的移植到前面去for(j=8;j<k;j++)eight[j-8] = eight[j];//重置flag与kk = flag = j-8;//写进文件char c = sum;fputc(c,fw);if(aa%1000==0){printf("\r正在进行压缩，请稍等……%6.2f%%",(double)aa/sum_bytes*100.0);}fflush(fw);i = count+1;}}}}aa = sum_bytes;printf("\r正在进行压缩，请稍等……%6.2f%%",(double)aa/sum_bytes*100.0);printf("压缩成功！");/*考虑到最后可能没有凑够八位的情况*/if(flag){sum+=eight[0]*128+eight[1]*64+eight[2]*32+eight[3]*16+eight[4]*8+eight[5]*4+eight[6]*2+eight[7]*1;char c = sum;fputc(c,fw);sum_bit +=flag;fflush(fw);}fclose(fw);fclose(fo);
}/*用于在解压的时候将读取到的ASCII码转换为二进制数*/
int  swap(int data)
{int i = 0;while(data){num[i++] = data%2;data = data/2;}return i;
}/*进行文件的解压*/
void uncompress_file(char* file1,char* file2)
{FILE *fo = fopen(file1,"rb");FILE *fw = fopen(file2,"wb");if(fo==NULL ||fw == NULL){printf("文件打开失败！");return;}char str[1000];int i,j,k,temp = 0;int index;int sum_bit2 = sum_bit;//直到读取到文件结尾while(!feof(fo)){if(sum_bit2<0) break;//读取一次，减去8位sum_bit2 -=8;int data = fgetc(fo);if(data == -1) break;//index用来在sum_bit2小于0的时候设置读取为位数（也就是说最后不用读取8位了）if(sum_bit2<0){index = 0-sum_bit2;}else{index = 0;}if(data == -1) break;memset(num,0,sizeof(num));//将读取到的data转换成二进制数swap(data);i = temp;//将转换后的二进制数变为字符串，注意顺序//是一位一位的往里面填，填进去一位立即进行比较，当找到相应的信息就调出来for(k=7;k>=index;i++,k--){if(num[k])str[i] = '1';elsestr[i] = '0';str[i+1] ='\0';//查找编码表当中与该字符串（编码）相同的信息，然后将叶子信息写入解压文件for(j=1;j<=count;j++){if(strcmp(str,HC[j])==0){//将叶子信息写入到文件（写入的是int值，是该int值表示的字符）fputc(code[j],fw);if((sum_bit-sum_bit2)%1500==0){printf("\r文件正在解压中,请耐心等待……%6.2f%%",(double)(sum_bit-sum_bit2)/sum_bit*100.0);}fflush(fw);j = count+1;i = -1;}}}if(i){temp = i;}else{temp = 0;}}sum_bit2 = 0;printf("\r文件正在解压中,请耐心等待……%6.2f%%",(double)(sum_bit-sum_bit2)/sum_bit*100.0);printf("解压成功！");fclose(fw);fclose(fo);
}int main(int argc, char **argv)
{if(strcmp(argv[1],"-c")==0){//获取文件的词频calWeight(argv[2]);//申请Huffman树的内存，已经获得叶子节点数，根据节点总数与叶子节点数的关系分配内存Node *huffmanTree = (Node *)malloc((2*count-1+1)*sizeof(Node));//创建Huffman树createHufmanTree(huffmanTree);//为Huffman编码表申请一个二维的字符数组指针HC = (HCode *)malloc((count+1)*sizeof(HCode));//向指针赋值，getHuffmanCode()函数返回编码表HC = getHuffmanCode(huffmanTree,HC,code);//根据编码表HC和编码对应的data表code压缩文件compress_file(argv[2],argv[3]);//将编码存入到默认的编码表当中（C:\\dic.txt）freToFile(code,HC);}else if(strcmp(argv[1],"-u")==0){//为编码表分配内存，由于不知道叶子节点数，分配257HC = (HCode *)malloc(257*sizeof(HCode));//从词频表当中获取编码HC = freFromFile(code,HC);//根据编码表和data表解压文件uncompress_file(argv[2],argv[3]);}return 0;
}

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