霍夫曼编码对英文文本地压缩和解压缩.docx
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霍夫曼编码对英文文本地压缩和解压缩
Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩
中国地质大学计算机学院信息安全专业
信息论实验报告
#include
#include
#include
structhead{
unsignedcharb;//记录字符在数组中的位置
longcount;//字符出现频率（权值）
longparent,lch,rch;//定义哈夫曼树指针变量
charbits[256];//定义存储哈夫曼编码的数组
}header[512],tmp;
voidcompress（）
{
charfilename[255],outputfile[255],buf[512];
unsignedcharc;
longn,m,i,j,f;//作计数或暂时存储数据用
longmin1,pt1,flength=0,length1,length2;//记录最小结点、文件长度
doublediv;//计算压缩比用
FILE*ifp,*ofp;//分别为输入、输出文件指针
printf（"\t请您输入需要压缩的文件（需要路径）：
"）;
gets（filename）;
ifp=fopen（filename,"rb"）;
if（ifp==NULL）{
printf（"\n\t文件打开失败!
\n"）;
system（"pause"）;
return;
}
printf（"\t请您输入压缩后的文件名（如无路径则默认为桌面文件）：
"）;
gets（outputfile）;
ofp=fopen（outputfile,"wb"）;
if（ofp==NULL）{
printf（"\n\t压缩文件失败!
\n"）;
system（"pause"）;
return;
}
flength=0;
while（!
feof（ifp））{
fread（&c,1,1,ifp）;
header[c].count++;//字符重复出现频率+1
flength++;//字符出现原文件长度+1
}
flength--;
length1=flength;//原文件长度用作求压缩率的分母
header[c].count--;
for（i=0;i<512;i++）{
if（header[i].count!
=0）
header[i].b=（unsignedchar）i;
/*将每个哈夫曼码值及其对应的ASCII码
存放在一维数组header[i]中，且编码表
中的下标和ASCII码满足顺序存放关系*/
else
header[i].b=0;
header[i].parent=-1;header[i].lch=header[i].rch=-1;//对结点进行初始化
}
for（i=0;i<256;i++）{//按出现权值从大到小排序
for（j=i+1;j<256;j++）{
if（header[i].counttmp=header[i];
header[i]=header[j];
header[j]=tmp;
}
}
}
for（i=0;i<256;i++）//找到第一个空的header结点
if（header[i].count==0）
break;
n=i;
m=2*n-1;
for（i=n;imin1=999999999;//预设的最大权值，即结点出现的最大次数
for（j=0;jif（header[j].parent!
=-1）
continue;/*parent!
=-1说明该结点已存在哈夫曼
树中，跳出循环重新选择新结点*/
if（min1>header[j].count）{
pt1=j;
min1=header[j].count;
continue;
}
}
header[i].count=header[pt1].count;
header[pt1].parent=i;
header[i].lch=pt1;
min1=999999999;
for（j=0;jif（header[j].parent!
=-1）
continue;
if（min1>header[j].count）{
pt1=j;
min1=header[j].count;
continue;
}
}
header[i].count+=header[pt1].count;
header[i].rch=pt1;
header[pt1].parent=i;//哈夫曼无重复前缀编码
}
for（i=0;if=i;
header[i].bits[0]=0;//根结点编码0
while（header[f].parent!
=-1）{
j=f;
f=header[f].parent;
if（header[f].lch==j）{//置左分支编码0
j=strlen（header[i].bits）;
memmove（header[i].bits+1,header[i].bits,j+1）;
//依次存储连接"0""1"编码，此处语句为网络借鉴
header[i].bits[0]='0';
}
else{//置右分支编码1
j=strlen（header[i].bits）;
memmove（header[i].bits+1,header[i].bits,j+1）;
header[i].bits[0]='1';
}
}
}
fseek（ifp,0,SEEK_SET）;//从文件开始位置向前移动0字节，即定位到文件开始位置
fwrite（&flength,sizeof（int）,1,ofp）;/*用来将数据写入文件流中，参数flength
指向欲写入的数据地址，总共写入的字符数
以参数size*int来决定，返回实际写入的int数目*/
fseek（ofp,8,SEEK_SET）;
buf[0]=0;//定义缓冲区,它的二进制表示00000000
f=0;
pt1=8;/*假设原文件第一个字符是"A"，8位2进制为01000001，
编码后为0110识别编码第一个'0'，那么将其左移一位，
看起来没什么变化。
下一个是'1'，应该|1，结果00000001
同理4位都做完，应该是00000110，由于字节中的8位并没有
全部用完，继续读下一个字符，根据编码表继续拼完剩下
4位，如果字符的编码不足4位，还要继续读一个字符，如果
字符编码超过4位，那么把剩下的位信息拼接到一个新的字节里*/
while（!
feof（ifp））{
c=fgetc（ifp）;
f++;
for（i=0;iif（c==header[i].b）
break;
}
strcat（buf,header[i].bits）;
j=strlen（buf）;
c=0;
while（j>=8）{
for（i=0;i<8;i++）{
if（buf[i]=='1'）
c=（c<<1）|1;//添加最后一位为1
else
c=c<<1;//添加最后一位为0
}
fwrite（&c,1,1,ofp）;
pt1++;
strcpy（buf,buf+8）;
j=strlen（buf）;
}
if（f==flength）
break;
}
if（j>0）{//最后不满八位的buf处理
strcat（buf,"00000000"）;//buf后加八位0
for（i=0;i<8;i++）{//逐位输入八位前的二进制符
if（buf[i]=='1'）
c=（c<<1）|1;
else
c=c<<1;
}
fwrite（&c,1,1,ofp）;
pt1++;
}
fseek（ofp,4,SEEK_SET）;//指针回到输出文件头部后面四位
fwrite（&pt1,sizeof（long）,1,ofp）;//pt1统计了输出文件中的字符个数，包括了最后的'/0'
fseek（ofp,pt1,SEEK_SET）;
fwrite（&n,sizeof（long）,1,ofp）;//n统计了权值不为0的header[]数量
for（i=0;ifwrite（&（header[i].b）,1,1,ofp）;//依次写入每个叶子结点的b、长度和内容
c=strlen（header[i].bits）;
fwrite（&c,1,1,ofp）;
j=strlen（header[i].bits）;
if（j%8!
=0）{//若存储的位数不是8的倍数，则补0
for（f=j%8;f<8;f++）
strcat（header[i].bits,"0"）;
}
while（header[i].bits[0]!
=0）{/*字符的有效存储不超过8位，则对
有效位数左移实现两字符编码的连接，
可理解为前缀编码也被压缩过*/
c=0;
for（j=0;j<8;j++）{
if（header[i].bits[j]=='1'）
c=（c<<1）|1;
else
c=c<<1;
}
strcpy（header[i].bits,header[i].bits+8）;
fwrite（&c,1,1,ofp）;//以上与上面连接字符一段可相同理解
}
}
length2=pt1--;
div=（（double）length1-（double）length2）/（double）length1;//计算文件的压缩率
fclose（ifp）;
fclose（ofp）;
printf（"\n\t压缩文件成功!
\n"）;
printf（"\t压缩率为%f%%\n\n",div*100）;
return;
}
voiduncompress（）{
charfilename[255],outputfile[255],buf[255],bx[255];
unsignedcharc;
longi,j,m,n,f,p,l;
longflength;
FILE*ifp,*ofp;
printf（"\t请您输入需要解压缩的文件（如无路径则默认为桌面文件）：
"）;
gets（filename）;
ifp=fopen（filename,"rb"）;
if（ifp==NULL）{
printf（"\n\t文件打开失败!
\n"）;
system（"pause"）;
return;
}
printf（"\t请您输入解压缩后的文件名：
"）;
gets（outputfile）;
ofp=fopen（outputfile,"wb"）;
if（ofp==NULL）{
printf（"\n\t解压缩文件失败!
\n"）;
system（"pause"）;
return;
}
fread（&flength,sizeof（long）,1,ifp）;//读入文件长度flength
fread（&f,sizeof（long）,1,ifp）;//读入header数组的存储地址
fseek（ifp,f,SEEK_SET）;
fread（&n,sizeof（long）,1,ifp）;//读入header数组中元素的个数
for（i=0;ifread（&header[i].b,1,1,ifp）;
fread（&c,1,1,ifp）;
p=（long）c;
header[i].count=p;
header[i].bits[0]=0;
if（p%8>0）
m=p/8+1;
else
m=p/8;
for（j=0;jfread（&c,1,1,ifp）;
f=c;
itoa（f,buf,2）;/*此处借鉴网络程序，包括itoa（）函数
itoa（）函数的作用为，把int型的f
化为二进制数，再变成char型存入buf*/
f=strlen（buf）;
for（l=8;l>f;l--）{//在单字节内对相应位置补0
strcat（header[i].bits,"0"）;
}
strcat（header[i].bits,buf）;
}
header[i].bits[p]=0;
}
for（i=0;ifor（j=i+1;jif（strlen（header[i].bits）>strlen（header[j].bits））{
tmp=header[i];
header[i]=header[j];
header[j]=tmp;
}
}
}
p=strlen（header[n-1].bits）;
fseek（ifp,8,SEEK_SET）;
m=0;
bx[0]=0;
while
（1）{//对文件其余部分，即真正的文件部分解压缩
while（strlen（bx）<（unsignedint）p）{
fread（&c,1,1,ifp）;
f=c;
itoa（f,buf,2）;
f=strlen（buf）;
for（l=8;l>f;l--）{
strcat（bx,"0"）;
}
strcat（bx,buf）;
}
for（i=0;iif（memcmp（header[i].bits,bx,header[i].count）==0）/*此函数也为网络借鉴，memcmp函数此处的作用
是比较bx的相应位是否与header[i].bits相同，
若前header[i].count均相同，则返回0*/
break;
}
strcpy（bx,bx+header[i].count）;
c=header[i].b;
fwrite（&c,1,1,ofp）;
m++;//m用来统计解压缩后文件的长度
if（m==flength）//检验是否与源文件长度匹配
break;
}
fclose（ifp）;
fclose（ofp）;
printf（"\n\t解压缩文件成功!
\n"）;
if（m==flength）
printf（"\t解压缩文件与原文件相同!
\n\n"）;
else
printf（"\t解压缩文件与原文件不同!
\n\n"）;
return;
}
intmain（）{
intc;
while
（1）{
printf（"\tHuffman前缀编码压缩＆解压缩BYPB09000816俞映洲\n"）;
printf（"\t1.压缩2.解压缩0.退出\n"）;
do{//对用户输入进行容错处理
printf（"\n\t*请选择相应功能编号（0-2）:
"）;
c=getch（）;
printf（"%c\n",c）;
if（c!
='0'&&c!
='1'&&c!
='2'）{
printf（"\t请检查您的输入在0~2之间！
请再输入一遍！
\n"）;
}
}while（c!
='0'&&c!
='1'&&c!
='2'）;
if（c=='1'）//调用压缩子函数
compress（）;
elseif（c=='2'）
uncompress（）;//调用解压缩子函数
else{
exit（0）;
}
return0;
}
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