使用哈夫曼编码实现文件压缩__win10，c++
系统：win10
工具：vc6.0
//我加了个计时，用int存储字符总数
//因此增加一个限制：文件不可大于2GB
#include<iostream>
#include<time.h>
#define ASCIIL 256
#define F(x) ((x-1)>>1)
#define L(x) ((x<<1)+1)
#define R(x) ((x<<1)+2)
#define SWAP(a,b,tmp) {tmp=a;a=b;b=tmp;}
using namespace std;
int soufail_charcount;
//实现二叉堆模板类，小顶堆
template <class HeapType>
class CHeap
{
HeapType *data,tmp;
int size;
void HeapUp(int ix)
{//自底向顶维护堆
int f;
for(f=F(ix);ix&&data[ix]<data[f];ix=f,f=F(f))
SWAP(data[ix],data[f],tmp);
}
void HeapDown(int ix)
{//自顶向底维护堆
int l,r,t;
HeapType min,tmp;
if(ix>=size) return ;
l=L(ix),r=R(ix);
min=data[ix],t=ix;
if(l<size&&data[l]<min)
t=l,min=data[l];
if(r<size&&data[r]<min)
t=r,min=data[l];
SWAP(data[ix],data[t],tmp);
if(ix!=t) HeapDown(t);
}
public:
CHeap()
{//这里特殊应用，堆内元素个数不超过256
size=0;
data=new HeapType[256];
}
~CHeap()
{//释放内存
delete [] data;
}
int getsize()
{//返回堆大小
return size;
}
void clear()
{//清空堆
size=0;
}
void insert(HeapType e)
{//向堆尾中插入元素，并向顶维护堆
data[size++]=e;
HeapUp(size-1);
}
HeapType top()
{//从堆顶取出元素，并向底维护堆
HeapType ret=data[0];
data[0]=data[--size];
HeapDown(0);return ret;
}
};
//哈夫曼树结点结构体实现
typedef struct talNode{
unsigned char c; //叶结点时对应ASCII值
int weight; //该结点权值
int lt,rt; //左、右结点下标
talNode(){}
talNode(unsigned char _c,int _p):
c(_c),weight(_p),lt(-1),rt(-1)
{}
talNode(unsigned char _c,int _p,int l,int r)
:c(_c),weight(_p),lt(l),rt(r)
{}
bool operator < (talNode a)
{//重载运算符"<"用于二叉堆内的比较
return weight<a.weight;
}
}HuffNode;
//哈夫曼文件压缩类声明
class CHuffMan{
HuffNode arr[512]; //哈夫曼树结点数组
int size; //哈夫曼树结点个数
bool code[256][64]; //ASCII对应编码方案
int lenth[256]; //ASCII对应编码长度
//lastcodelenth,ps[256],用于存储压缩文件中作为文件头
int lastcodelenth; //文件最后一个字符实用几位
int ps[256]; //ASCII对应出现频率
int soucelen,targetlen; //源及目标文件长度
//私有成员函数，用于实现内部功能
void SetHuffTree(int []); //根据字符频率生成哈夫曼树
void SetHuffCode(int ,bool [],int );//根据哈夫曼树生成编码方案
void CreateHuff(int []); //创建哈夫曼树及编码方案
void EnCodePre(char []); //压缩前预处理
void DeCodePre(FILE *); //解压前预处理
void SaveHuffHead(FILE *); //保存压缩文件头
void ReadHuffHead(FILE *); //读取压缩文件头
public:
CHuffMan(){Clear();} //构造函数
~CHuffMan(){} //析构函数
//公有成员函数，用于提供使用接口
void Clear(); //清空当前对象内容
void EnCodeFile(char [],char []); //编码，用于压缩文件，第一个参数为
//源文件名，第二个参数为目标文件名
void DeCodeFile(char [],char []); //解码，用于解压文件，第一个参数为
//源文件名，第二个参数为目标文件名
void GetHuffCode(); //输出ASCII对应编码方案
int GetSouceLen(); //输出当前工作项的源文件长度
int GetTargetLen(); //输出当前工作项的目标文件长度
};
void CHuffMan::SetHuffTree(int ps[])
{ //每次取出两权值最小的结点合并成新树，
//加入堆，直至堆中只余有一个元素
CHeap<HuffNode> hp; //二叉堆对象
for(int i=0;i<ASCIIL;i++){ //如果字符i出现过，则插入二插堆
if(ps[i])
hp.insert(HuffNode(i,ps[i]));
}
size=0; //初始化哈夫曼树中结点个数
while(hp.getsize()>1){
arr[size++]=hp.top(); //取出权值最小的两个结点
arr[size++]=hp.top();
hp.insert(HuffNode(0,
arr[size-1].weight+arr[size-2].weight,
size-1,size-2)); //合并结点，并插入堆
}
arr[size++]=hp.top(); //arr[size-1]为哈夫曼树根
}
void CHuffMan::SetHuffCode(int ix,bool stk[],int top)
{ //递归深搜哈夫曼树，生成所有存在的ASCII
//的前缀码
if(arr[ix].c){ //如果
if(top){ //此判断用于只含有一类字符的文件
memmove(code[arr[ix].c],stk,sizeof(bool)*top);
lenth[arr[ix].c]=top;
}
else lenth[arr[ix].c]=1;
return ;
}
stk[top]=0; //左子树的边设为0
SetHuffCode(arr[ix].lt,stk,top+1); //递归进入左子树
stk[top]=1; //右子树的边设为1
SetHuffCode(arr[ix].rt,stk,top+1); //递归进入右子树
}
void CHuffMan::CreateHuff(int ps[])
{ //构造哈夫曼树及前缀码
bool stk[64];
SetHuffTree(ps); //根据字符频率构造哈夫曼树
SetHuffCode(size-1,stk,0); //根据哈夫曼树生成前缀码
}
void CHuffMan::EnCodePre(char sfilename[])
{ //压缩文件预处理，读取字符出现频率
FILE *fp; //及构造哈夫曼树及前缀码
int c;
fp=fopen(sfilename,"rb");
if(fp==NULL){
cout<<"读取文件错误"<<endl;
exit(0);
}
memset(ps,0,sizeof(ps)); //读取字符出现频率
while(true){
c=fgetc(fp);
if(feof(fp))break;
ps[c]++;
}
fclose(fp);
CreateHuff(ps); //构造哈夫曼树及前缀码
}
void CHuffMan::DeCodePre(FILE *fp)
{ //解压文件预处理，读取压缩文件头
//根据读取头信息构千哈夫曼树及前缀码
ReadHuffHead(fp);
CreateHuff(ps);
}
void CHuffMan::SaveHuffHead(FILE *fp)
{ //向压缩文件中写文件头
fwrite((void *)&lastcodelenth,4,257,fp);//从lastcodelenth的地址开始的连续
//4*257个字节，即lastcodelenth和
//ps[256]数组内容
targetlen+=4*257;
}
void CHuffMan::ReadHuffHead(FILE *fp)
{ //从缩文件中读文件头
fread((void *)&lastcodelenth,4,257,fp); //从lastcodelenth的地址开始的连续
//4*257个字节，即lastcodelenth和
soucelen+=4*257; //ps[256]数组内容
}
void CHuffMan::Clear()
{ //清空前前工作项
size=0;soucelen=targetlen=0;
lastcodelenth=0;
memset(lenth,0,sizeof(lenth));
memset(ps,0,sizeof(ps));
}
int CHuffMan::GetSouceLen()
{ //获取当前工作项的源文件长度
return soucelen;
}
int CHuffMan::GetTargetLen()
{ //获取当前工作项的目标文件长度
return targetlen;
}
void CHuffMan::GetHuffCode()
{ //输出当前工作项的编码前缀码方案
int i;
for(i=0;i<ASCIIL;i++){
if(lenth[i]>0){ //如果前缀码不空
printf("%c : ",i); //输出ASCII码
for(int j=0;j<lenth[i];j++){
printf("%d",code[i][j]); //输出对应前缀码
}
puts("");
}
}
}
void CHuffMan::EnCodeFile(char sfilename[],char gfilename[])
{
//将文件sfilename
//压缩为文件gfilename[]
FILE *fp,*fpt;
int c,data,l,i;
EnCodePre(sfilename); //压缩预处理，生成哈曼树及
//字符前缀码
fp=fopen(sfilename,"rb");
fpt=fopen(gfilename,"wb");
SaveHuffHead(fpt); //写入压缩文件的头信息
//!!!注意，此时lastcodelenth
//为空，需压缩结束时重置
l=data=0;
puts("Encoding ... ");
clock_t start = clock();
clock_t finish;
double consumeTime;
int i1=0;
//编码压缩过程，依次对源文件字符进行编码
while(true){ //存入一个字符中，用移位操作实现，每8位前
c=fgetc(fp); //缀码对应一个字符，将该字符存入目标文件，
if(feof(fp)) break; //最终不足8位的记录最后一位占用的前缀码长度
soucelen++; //源文件长度增加
for(i=0;i<lenth[c];i++){ //对data进行左移，空出最低位
data<<=1; //对当前字符的前缀码当前们存储于data中
data+=code[c][i];
if(++l%8==0){ //满8位，则存储
fputc(data,fpt);
targetlen++; //目标文件长度增加
}
}
i1++;
if(i1==soufail_charcount/4)
{
finish = clock();
consumeTime = (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
cout<<endl<<endl<<"已压缩：25%"<<" "<<"用时："<<consumeTime<<" 秒"<<endl;
}
if(i1==soufail_charcount/2)
{
finish = clock();
consumeTime = (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
cout<<endl<<endl<<"已压缩：50%"<<" "<<"用时："<<consumeTime<<" 秒"<<endl;
}
if(i1==soufail_charcount*3/4)
{
finish = clock();
consumeTime = (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
cout<<endl<<endl<<"已压缩：75%"<<" "<<"用时："<<consumeTime<<" 秒"<<endl;
}
}
finish = clock();
consumeTime = (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
cout<<endl<<endl<<"已压缩：100%"<<" "<<"用时："<<consumeTime<<" 秒"<<endl;
cout<<endl<<endl;
//对最后的一个字符进行处理
lastcodelenth=l%8; //记录实际占用位的长度
data<<=8-lastcodelenth; //空出剩余位
fputc(data,fpt); //输出至文件
targetlen++; //目标文件长度增加
fseek(fpt,0,SEEK_SET); //!!!回溯至文件头，更新lastcodelenth至
fwrite(&lastcodelenth,4,1,fpt); //真实值
fclose(fp); //关闭文件
fclose(fpt);
}
void CHuffMan::DeCodeFile(char sfilename[],char gfilename[])
{
clock_t start = clock();
clock_t finish;
double consumeTime;
//解压文件sfile至gfile
FILE *fp=fopen(sfilename,"rb");
FILE *fpt=fopen(gfilename,"wb");
int c,t,l,i; //l用于记录当前前缀码段的长度
HuffNode cur;
bool tmp[64]; //tmp[]用于记录当前的前缀码段
DeCodePre(fp);
l=0;
puts("Decoding ... ");
fscanf(fp,"%c",&c); //解码过程，压缩过程的逆过程，取出编码了的字符，
//按位取出，存于tmp[]中，找出前缀码对应的字符
while(!feof(fp)){
soucelen++;
fscanf(fp,"%c",&t);
if(feof(fp))break;
for(i=l+7;i>=l;i--){ //按位取出前缀码
tmp[i]=c&1;c>>=1;
}l+=8;
while(l>=32){ //如果当前前缀码段超出一定的长度，则取出前缀码
//进行解码
for(i=0,cur=arr[size-1];!cur.c;i++)
cur=tmp[i]?arr[cur.rt]:arr[cur.lt];//找到前缀码段对应第一个字符
fprintf(fpt,"%c",cur.c); //输出至目标文件
l-=i;targetlen++; //前缀码段减去当前字符前缀码长度
memmove(tmp,tmp+i,sizeof(bool)*l); //数组顺移至开头，即从0开始记录当前的
//前缀码段
}c=t;
}
for(i=l+7;i>=l;i--){ //对最后一个字符做特殊处理
tmp[i]=c&1; //取出每一位
c>>=1;
}
l+=lastcodelenth; //只利用最后一个字符的前lastcodelenth位
while(l){ //输出剩余的前缀码段对应的字符
for(i=0,cur=arr[size-1];!cur.c;i++)
cur=tmp[i]?arr[cur.rt]:arr[cur.lt];
fprintf(fpt,"%c",cur.c);l-=i;targetlen++;
memmove(tmp,tmp+i,sizeof(bool)*l);
}
fclose(fp);fclose(fpt); //关闭文件
finish = clock();
consumeTime = (double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC;
cout<<endl<<endl<<"解压用时："<<consumeTime<<" 秒"<<endl;
cout<<endl<<endl;
}
bool Menu(int &op)
{
system("cls");
printf("|\t哈夫曼编码实现文件压缩\t|\n");
printf("功能:\n");
printf("_________________________________\n");
printf("|\t1、\t压缩文件\t|\n");
printf("|\t2、\t解压文件\t|\n");
printf("|\t3、\t输出编码方案\t|\n");
printf("|\t0、\t退出 \t|\n");
printf("---------------------------------\n");
do{
printf("请选择：");
scanf("%d",&op);
}while(op<0||op>3);
return op?true:false;
}
int main()
{
int op;
char file1[32],file2[32];
CHuffMan work;
char step[2];
while(Menu(op)){
switch(op){
case 1:
printf("请输入待压缩文件名(.txt)：");
scanf("%s",file1);
printf("请输入压缩文件名(.huf)：");
scanf("%s",file2);
soufail_charcount=0;
FILE *fp1;
fp1=fopen(file1,"rb");
while(true){
fgetc(fp1);
soufail_charcount++;
if(feof(fp1)) break;
}
fclose(fp1);
work.Clear();
work.EnCodeFile(file1,file2);
printf("源文件长度：\t%d\n",work.GetSouceLen());
printf("目标文件长度:\t%d\n",work.GetTargetLen());
break;
case 2:
printf("请输入待解压文件名(.huf)：");
scanf("%s",file1);
printf("请输入解压后文件名(.txt)：");
scanf("%s",file2);
work.Clear();
work.DeCodeFile(file1,file2);
printf("源文件长度：\t%d\n",work.GetSouceLen());
printf("目标文件长度:\t%d\n",work.GetTargetLen());
break;
case 3:
work.GetHuffCode();
break;
}
puts("按任意键继续...");
gets(step);
gets(step);
}
return 0;
}
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