【C语言-数据结构与算法】-哈夫曼压缩解压缩-终局-如何做一个自己独有的压缩软件

哈夫曼压缩&解压缩

Ⅰ 前言
Ⅱ 需求分析&主函数带参的应用
- A. 需求分析
- B. 压缩部分
- B. 解压缩部分
Ⅲ 哈夫曼压缩
- A. 代码分析
- B. 从文件中读取内容生成频度表
- C. 将编码写入文件
- D. 哈夫曼压缩完整代码
- E. 运行结果
Ⅳ 哈夫曼解压缩
- A. 代码分析
- B. 从压缩文件中读取频度表
- C. 解码
- D. 哈夫曼解压缩完整代码
- E. 运行结果
Ⅴ 一些补充

Ⅰ 前言

在之前的文章里，我先介绍了如何构造哈夫曼树及实现哈夫曼编码，并用程序完成了这个部分。
【C语言->数据结构与算法】->树与二叉树概念&哈夫曼树的构造
【C语言->数据结构与算法】->哈夫曼压缩&解压缩->第一阶段->哈夫曼编码&解码的实现

这个程序的框架已经构架完成，可以完成最终的部分了。在第一阶段中，我们完成了对任意字符串的编码和解码，现在要做的是，如何把这个字符串变成文件的内容。

我先把第一阶段的函数部分代码放在这里。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>#include "tyz.h"
#include "hufmanTree.h"u8 *decoding(u8 *hufCode, u32 characterCount, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u8 *decode = NULL;u32 i;u32 index = 0;u32 sum = 0;u32 father = 2 * characterCount - 2;for (i = 0; i < characterCount; i++) {sum += hufmanTreeNode[i].attribute.frequency;}decode = (u8 *) calloc(sizeof(u8), sum);for (i = 0; hufCode[i]; i++) {if ('0' == hufCode[i]) {decode[index++] = hufmanTreeNode[hufmanTreeNode[father].leftChild].attribute.character;father = characterCount * 2 - 2;} else {father = hufmanTreeNode[father].rightChild;if (-1 == hufmanTreeNode[father].leftChild) {decode[index++] = hufmanTreeNode[father].attribute.character;father = characterCount * 2 - 2;}}}return decode;
}void destoryCode(u8 *hufCode) {if (NULL == hufCode) {return;}free(hufCode);
}u8 *coding(u8 *str, u32 *orientate, u32 characterCount, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u8 *code = NULL;u32 i;u32 sum = 0;for (i = 0; i < characterCount; i++) {sum += hufmanTreeNode[i].attribute.frequency * strlen(hufmanTreeNode[i].hufmanCode);}code = (u8 *) calloc(sizeof(u8), sum);for (i = 0; str[i]; i++) {strcat(code, hufmanTreeNode[orientate[str[i]]].hufmanCode);}return code;
}void creatHufmanCode(u8 *code, u32 index, u32 root, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {if (-1 == hufmanTreeNode[root].leftChild) {code[index] = 0;strcpy(hufmanTreeNode[root].hufmanCode, code);return;} else {code[index] = '0';creatHufmanCode(code, index+1, hufmanTreeNode[root].leftChild, hufmanTreeNode);code[index] = '1';creatHufmanCode(code, index+1, hufmanTreeNode[root].rightChild, hufmanTreeNode);}
}u32 searchMinimumNode(u32 count, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u32 i;u32 minIndex = -1;for (i = 0; i < count; i++) {if (FALSE == hufmanTreeNode[i].visited && (-1 == minIndex || hufmanTreeNode[minIndex].attribute.frequency > hufmanTreeNode[i].attribute.frequency)) {minIndex = i;}}hufmanTreeNode[minIndex].visited = TRUE;return minIndex;
}void creatHufmanTree(u32 characterCount, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u32 i;u32 leftChild;u32 rightChild;u32 count = characterCount;for (i = 0; i < count - 1; i++) {leftChild = searchMinimumNode(count+i, hufmanTreeNode);rightChild = searchMinimumNode(count+i, hufmanTreeNode);hufmanTreeNode[count+i].visited = FALSE;hufmanTreeNode[count+i].hufmanCode = NULL;hufmanTreeNode[count+i].leftChild = leftChild;hufmanTreeNode[count+i].rightChild = rightChild;hufmanTreeNode[count+i].attribute.character = '@';hufmanTreeNode[count+i].attribute.frequency = hufmanTreeNode[leftChild].attribute.frequency + hufmanTreeNode[rightChild].attribute.frequency;}
}void showHufmanTreeNode(u32 characterCount, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u32 i;printf("字符  频度  左孩子  右孩子  编码\n");for (i = 0; i < characterCount; i++) {printf("%-5c %-5d %-7d %-7d %-10s\n", hufmanTreeNode[i].attribute.character,hufmanTreeNode[i].attribute.frequency,hufmanTreeNode[i].leftChild,hufmanTreeNode[i].rightChild,hufmanTreeNode[i].hufmanCode == NULL ? "NULL" : hufmanTreeNode[i].hufmanCode);}
}void destoryHufmanTreeNode(u32 count, HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode) {u32 i;if (NULL == hufmanTreeNode) {return;}for (i = 0; i < count; i++) {free(hufmanTreeNode[i].hufmanCode);}free(hufmanTreeNode);
}HUFMAN_TREE_NODE *initHufmanTreeNode(u32 characterCount, u32 *orientate, ATTRIBUTE *attributeList) {u32 i;u32 nodeCount;HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode;nodeCount = characterCount * 2 - 1;hufmanTreeNode = (HUFMAN_TREE_NODE *) calloc(sizeof(HUFMAN_TREE_NODE), nodeCount);for (i = 0; i < characterCount; i++) {hufmanTreeNode[i].visited = FALSE;hufmanTreeNode[i].hufmanCode = (u8 *) calloc(sizeof(u8), characterCount);hufmanTreeNode[i].leftChild = hufmanTreeNode[i].rightChild = -1;hufmanTreeNode[i].attribute = attributeList[i];orientate[attributeList[i].character] = i;}return hufmanTreeNode;
}void showAttributeList(u32 characterCount, ATTRIBUTE *attributeList) {u32 i;for (i = 0; i < characterCount; i++) {printf("频度:%d 符号:%c\n", attributeList[i].frequency, attributeList[i].character);}
}void destoryAttributeList(ATTRIBUTE *attributeList) {if (NULL == attributeList) {return;}free(attributeList);
}ATTRIBUTE *initAttributeList(u8 *str, u32 *ascii, u32 *characterCount) {u32 i;u32 index = 0;u32 count = 0;ATTRIBUTE *attributeList;for (i = 0; str[i]; i++) {ascii[str[i]]++;}for (i = 0; i < 256; i++) {count += (ascii[i] != 0); }*characterCount = count;attributeList = (ATTRIBUTE *) calloc(sizeof(ATTRIBUTE), count);for (i = 0; i < 256; i++) {if (ascii[i] != 0) {attributeList[index].character = (u8) i;attributeList[index++].frequency = ascii[i];}}return attributeList;
}int main() {u8 str[128];u8 code[256];u8 *hufCode = NULL;u8 *decode = NULL;u32 ascii[256] = {0};u32 orientate[256] = {0};u32 characterCount;ATTRIBUTE *attributeList = NULL;HUFMAN_TREE_NODE *hufmanTreeNode = NULL;printf("请输入字符串:\n");gets(str);attributeList = initAttributeList(str, ascii, &characterCount);showAttributeList(characterCount, attributeList);hufmanTreeNode = initHufmanTreeNode(characterCount, orientate, attributeList);creatHufmanTree(characterCount, hufmanTreeNode);creatHufmanCode(code, 0, 2*characterCount-2, hufmanTreeNode);printf("Hufman Tree Below\n");showHufmanTreeNode(2*characterCount-1, hufmanTreeNode);hufCode = coding(str, orientate, characterCount, hufmanTreeNode);printf("Hufman Code Below\n");printf("%s\n", hufCode);decode = decoding(hufCode, characterCount, hufmanTreeNode);printf("Hufman Decode Below\n");printf("%s\n", decode);destoryCode(hufCode);destoryCode(decode);destoryAttributeList(attributeList);destoryHufmanTreeNode(characterCount, hufmanTreeNode);return 0;
}

我们现在需要思考的是，在对文件进行编码压缩解压缩的过程中，和对字符串进行这个操作的过程中，哪些部分是共通的？哪些部分是需要改变的？

Ⅱ 需求分析&主函数带参的应用

A. 需求分析

在用户要压缩文件时，我们需要用户输入一个TA需要压缩的文件名，要生成的文件名可输入可不输入。
在用户要解压缩文件时，我们需要用户输入TA需要解压缩的文件，并输入要生成的文件名，因为我们不知道用户的文件到底是什么类型的，所以需要用户自己输入要生成的文件名包括扩展名，以此来生成他需要的文件类型。

根据这两个需求，我们如何让用户做到这一点呢？答案便是主函数带参。

若对这个知识点有疑问的同学可以看我下面这篇文章，可以大概了解这里的内容。
【C语言->数据结构与算法】->关于主函数带参

B. 压缩部分

如果用户没有输入要生成的文件名，按照其他的压缩软件的规则，会生成一个和源文件名字相同但是扩展名相同的文件。
比如我要压缩下面这个文件