关于C++类实现哈夫曼树

该哈夫曼树可以实现的功能：
（1）能够通过键盘或者纯文本文件读入字符集的大小n，以及n个字符和权值来建立哈夫曼树，并且把建立好的哈夫曼树存入到HuffmanTree.txt中去。
（2）利用已经建立好的哈夫曼树，对文件中的正文进行编码，将结果存入到文件HuffmanCode.txt中。
（3）利用已经建立好的哈夫曼树将HuffmanCode.txt中的哈夫曼编码进行译码，结果存入到HuffmanText.txt中。
（4）能够按照垂直输出二叉树的方式，将存储在HuffmanTree.txt纯文本文件中的哈夫曼树垂直输出。并且在打印哈夫曼编码是，要求字符与编码之间是一一对应的。

实现提示：
（1）在程序运行时，能够出现一个主选择菜单，用户能够自主选择功能：①建立哈夫曼树；②对哈夫曼树进行编码、译码等功能。
（2）在建立哈夫曼树时，用到文本文件的读取时，需要用到头文件“fstream”来对文本文件进行处理。

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<vector>
#include<list>
#include<iomanip>
#include<fstream>
using namespace std;
template<class T>
class Queue {//重新构建优先队列
private:list<T>queue;
public:Queue() {}~Queue() {}int Empty() { return queue.empty(); }int Size() { return queue.size(); }void Push(const T& item) { queue.push_back(item); }T Pop() { T item = queue.front(); queue.pop_front(); return item; }void Clear() { queue.clear(); }
};
template<class T>
struct BTNode {//定义二叉树结构体 T data;BTNode* left, * right;//left-代表左节点  right-代表右节点 BTNode(const T& item = T(), BTNode* lp = NULL, BTNode* rp = NULL) :data(item), left(lp), right(rp) {}//初始化
};
template<class T>
BTNode<T>* GetNode(const T& item, BTNode<T>* lp = NULL, BTNode<T>* rp = NULL){//创建节点 BTNode<T>* p;p = new BTNode<T>(item, lp, rp);if (p == NULL){cout << "the new is faliure" << endl;exit(1);}return p;
}template<class T>
BTNode<T>* MAkeLinkd(const vector<T>& l)//将存储在vector向量类模版中的元素（也就是顺序存储）转换为链式存储
{if (l.size() == 0)return 0;Queue<BTNode<T>*>Q;BTNode<T>* parent, * child;BTNode<T>* t = GetNode(l[0]);Q.Push(t);int i = 0, n = l.size();while (!Q.Empty()){parent = Q.Pop();if (2 * i + 1 < n && l[2 * i + 1] != T())//构建左节点 {child = GetNode(l[2 * i + 1]);parent->left = child;Q.Push(child);}if (2 * i + 2 < n && l[2 * i + 2] != T())//构建右节点 {child = GetNode(l[2 * i + 2]);parent->right = child;Q.Push(child);}i++;while (i < n && l[i] == T())i++;}return t;
}
struct Location {//定义垂直输出二叉树的高度和宽度 int xindent, ylevel;
};
void GOtoxy(int x, int y){static int levelt = 0, indent = 0;if (y == 0){y = 0; levelt = 0;}if (y != levelt) {cout<<endl;levelt++;indent = 0;}cout.width(x - indent);indent = x;
}
template<class T>
void PrintBTNode(const BTNode<T>* t, int sreenwidth){//垂直输出二叉树 if (!t)return;int offest = sreenwidth / 2, levels = 0;Location flex, loc;Queue<const BTNode<T>*>Q;Queue<Location>lQ;flex.xindent = offest;flex.ylevel = levels;Q.Push(t);lQ.Push(flex);while (!Q.Empty()){t = Q.Pop();flex = lQ.Pop();GOtoxy(flex.xindent, flex.ylevel);cout << t->data;if (flex.ylevel != levels){levels++;offest = offest / 2;}if (t->left){Q.Push(t->left);loc.ylevel = flex.ylevel + 1;loc.xindent = flex.xindent - offest / 2;lQ.Push(loc);}if (t->right){Q.Push(t->right);loc.ylevel = flex.ylevel + 1;loc.xindent = flex.xindent + offest / 2;lQ.Push(loc);}}cout << endl;
}template<class T>
class Heap {//定义堆类
private:vector<T>vec;int size;void BuildHeap();void PercolateDown(int h);//向下调整为堆 void PercolateUp();//向上调整为堆
public:explicit Heap(int max = 100) :vec(max), size(0) {} explicit Heap(const vector<T>& vt);bool Empty()const{return size == 0;}// 判断堆是否为空 int Size() {return size;}//返回元素数量 void Insert(const T& item);//向堆中插入元素 const T& Top()const {return vec[0];}//返回第一个元素 void Deletemin();//删除最小的元素 void Deletemin(T& item);//删除最小的元素并保存 void Clear() {size = 0;}//清空堆
};
template<class T>
Heap<T>::Heap(const vector<T>& vt) :vec(vt.size() + 10), size(vt.size()){for (int i = 0; i < size; i++){vec[i] = vt[i];}BuildHeap();
}
template<class T>
void Heap<T>::BuildHeap(){for (int i = size / 2 - 1; i >= 0; i--){PercolateDown(i);}
}
template<class T>
void Heap<T>::PercolateDown(int h){int p = h, c = 2 * p + 1;T temp = vec[p];while (c < size){if (c + 1 < size && vec[c + 1] < vec[c]){c++;}if (temp <= vec[c]){break;}else{vec[p] = vec[c];p = c;c = 2 * p + 1;}}vec[p] = temp;
}
template<class T>
void Heap<T>::PercolateUp(){int c = size - 1, p = (c - 1) / 2;T temp = vec[c];while (c > 0){if (temp >= vec[p]) {break;}else{vec[c] = vec[p];c = p;p = (c - 1) / 2;}}vec[c] = temp;
}
template<class T>
void Heap<T>::Insert(const T& item){if (size == vec.size()){vec.resize(vec.size() * 2);}vec[size++] = item;PercolateUp();
}template<class T>
void Heap<T>::Deletemin(){if (size <= 0)return;vec[0] = vec[size - 1];size--;PercolateDown(0);
}
template<class T>
void Heap<T>::Deletemin(T& item){if (size <= 0)return;item = vec[0];vec[0] = vec[size - 1];size--;PercolateDown(0);
}
template<class T>
void BuildHeapMax(T* pa, int size){for (int i = size / 2 - 1; i >= 0; i--){PercolateDown(pa, size);}
}
template<class T>
struct HufmNode {//构建哈夫曼结构体 BTNode<T>* t;//类型为二叉树类型 int operator<(const HufmNode& h) {return (t->data < h.t->data);}//重载< int operator<=(const HufmNode& h) {return (t->data <= h.t->data);}// 重载<= int operator>=(const HufmNode& h) {return (t->data >= h.t->data);}//重载>=
};template<class T>
BTNode<T>* MakeHufm(const T*pa, int n)//构建哈夫曼树
{HufmNode<T>hf;BTNode<T>* t, * left, * right;Heap<HufmNode<T> >H(n);for (int i = 0; i < n; i++){//构建堆 t = GetNode(pa[i]);hf.t = t;H.Insert(hf);}for (int i = 1; i < n; i++){//每一次从堆中获取最小的两个元素，作为左节点和右节点(注意右节点元素大于左节点元素) H.Deletemin(hf);left = hf.t;H.Deletemin(hf);right = hf.t;t = GetNode(left->data + right->data, left, right);hf.t = t;H.Insert(hf);}H.Deletemin(hf);t = hf.t;return t;
}ofstream fout1("D:\\HuffmanTree.txt",ios_base::out|ios_base::binary);//将构建的哈夫曼树存储在D:\\HuffmanTree.txt
struct Locations {int xindent, ylevel;
};
void GOtoxys(int x, int y){static int levelt = 0, indent = 0;if (y == 0){y = 0; levelt = 0;}if (y != levelt) {fout1<<endl;levelt++;indent = 0;}fout1.width(x - indent);indent = x;
}
template<class T>
void WriteHuffnode(const BTNode<T>*t,int w){//在D:\\HuffmanTree.txt垂直输出哈夫曼树 if(!fout1){cout<<"the HuffmanTree.txt is not open\n";exit(1);}if (!t)return;int offest = w / 2, levels = 0;Locations flex, loc;Queue<const BTNode<T>*>Q;Queue<Locations>lQ;flex.xindent = offest;flex.ylevel = levels;Q.Push(t);lQ.Push(flex);while (!Q.Empty()){t = Q.Pop();flex = lQ.Pop();GOtoxys(flex.xindent, flex.ylevel);fout1 << t->data<<" ";if (flex.ylevel != levels){levels++;offest = offest / 2;}if (t->left){Q.Push(t->left);loc.ylevel = flex.ylevel + 1;loc.xindent = flex.xindent - offest / 2;lQ.Push(loc);}if (t->right){Q.Push(t->right);loc.ylevel = flex.ylevel + 1;loc.xindent = flex.xindent + offest / 2;lQ.Push(loc);}}
}
template<class T>
void Huffmcode(const BTNode<T>*t,int codes[],int parenth){//输出对应字符的哈夫曼编码，从根节点开始向下遍历，在终端窗口输出 if(t!=NULL){if(t->left==NULL&&t->right==NULL){cout<<"字符:"<<"<"<<t->data<<">"<<" the code"<<'\t'; for(int j=0;j<parenth;j++){cout<<codes[j];}cout<<endl;return ;}else{if(t->left!=NULL){//遇到左节点时标记为0，codes[parenth]=0;Huffmcode(t->left,codes,parenth+1);}if(t->right!=NULL){//遇到右节点时标记为1codes[parenth]=1;Huffmcode(t->right,codes,parenth+1);}}}
}
ofstream fouts("D:\\HuffmanCode.txt",ios_base::out|ios_base::binary);//将哈夫曼编码存储在 D:\\HuffmanCode.txt
template<class T>
void WriteHuffmcode(const BTNode<T>*t,int codes[],int parenth){//输出对应字符的哈夫曼编码，从根节点开始向下遍历，在记事本中输出 if(!fouts){cout<<"the HuffmanCode.txt is not open\n";exit(1);}if(t!=NULL){if(t->left==NULL&&t->right==NULL){fouts<<"字符:"<<"<"<<t->data<<">"<<" is the code"<<'\t'; for(int j=0;j<parenth;j++){fouts<<codes[j];}fouts<<endl;return ;}else{if(t->left!=NULL){//遇到左节点时标记为0，codes[parenth]=0;WriteHuffmcode(t->left,codes,parenth+1);}if(t->right!=NULL){//遇到右节点时标记为1codes[parenth]=1;WriteHuffmcode(t->right,codes,parenth+1);}}}
}
int  code[50];
int parenth;
template<class T>
void HuffmancodeBTN(const BTNode<T>*t){if(t==NULL)return ;if(t!=NULL){if(t->left!=NULL){code[parenth++]=0;HuffmancodeBTN(t->left); }if(t->right!=NULL){code[parenth++]=1;HuffmancodeBTN(t->right); }}
}
template<class T>
void HuffmanText(const BTNode<T>*t) {//根据哈夫曼编码输出对应的字符（译码） if(t!=NULL){if(t->left==NULL&&t->right==NULL){cout<<"The code is:"<<"<<"<<t->data<<">>";}cout<<endl;if(code[parenth++]==0&&t->left!=NULL){HuffmancodeBTN(t->left);}if(t->right!=NULL&&code[parenth++]==1){HuffmancodeBTN(t->right);}}
}
int k;
ofstream fout("D:\\HuffmanText.txt",ios_base::out|ios_base::binary);//将译码存储在 D:\\HuffmanText.txt
template<class T>
void PreHuffmannode_1(const BTNode<T>*t){//根据哈夫曼编码输出对应的字符 ,存储在记事本中 if(!fout){cout<<"the HuffmanText.txt is not open\n";exit(1);}if(t==NULL)return ;if(t->left==NULL&&t->right==NULL){//printf("The %d code is %d\n",k++,t->data);fout<<"The "<<k++<<" code is:"<<t->data<<endl;}if(t->left!=NULL){PreHuffmannode_1(t->left);}if(t->right!=NULL){PreHuffmannode_1(t->right);}
}
int j;
template<class T>
void PreHuffmannode_2(const BTNode<T>*t){// 根据哈夫曼编码输出对应的字符 ，显示在终端窗口上 if(t==NULL)return ;if(t->left==NULL&&t->right==NULL){printf("The %d code is %d\n",j++,t->data);}if(t->left!=NULL){PreHuffmannode_2(t->left);}if(t->right!=NULL){PreHuffmannode_2(t->right);}
}
int main()
{int a[50];int item,count=0,i=0;char s;cout<<"Please enter the operator:\n"<<endl;//清单列表，根据对应的功能输入对应的大写字母，即可实现，可以在终端窗口看到输出结果，也可以在记事本中看到保存的结果 cout<<"The A--------------建立垂直哈夫曼树------------------------------------"<<endl;cout<<"The B--------------输出哈夫曼编码--------------------------------------"<<endl;cout<<"The C--------------对应的编码译码并保存文件（HuffmanText.txt）---------"<<endl;cout<<"The D--------------将输出对应输出的编码译码-----------------------------"<<endl;cout<<"The E--------------哈夫曼编码保存文件中（HuffmanCode.txt）--------------"<<endl;cout<<"The F--------------哈夫曼树并保存文件(HuffmanTree.txt)------------------"<<endl;cout<<"The Q-------------START Please entor the number and the item is zero end"<<endl;BTNode<int>* root;root=NULL;int codes[50];while(cin>>s){//可以一直构建哈夫曼树，但是要清空之前的哈夫曼树 if(s=='#')break;if(s=='Q'){memset(a,0,sizeof(a));memset(codes,0,sizeof(codes));cin>>item;i=0;root=NULL;//root指向空 while(item!=0){//当输入为零，代表输入结束 a[i]=item;i++;cin>>item;}}root = MakeHufm(a, i);switch(s){case 'A':PrintBTNode(root, 40);break;case 'B':Huffmcode(root,codes,0);cout<<endl;break;case 'C':k=1;PreHuffmannode_1(root);cout<<"D:\\HuffmanText.txt!保存成功!"<<endl;break;case 'D':j=1;PreHuffmannode_2(root);cout<<endl; break; case 'E': WriteHuffmcode(root,codes,0);cout<<"D:\\HuffmanCode.txt!保存成功!"<<endl;break;case 'F':WriteHuffnode(root,40);cout<<"D:\\HuffmanTree.txt保存成功!"<<endl;break;}}
//  parenth=0;
//  HuffmancodeBTN(root);
//  parenth=0;
//  HuffmanText(root);return 0;
}

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