数据结构哈夫曼树编码译码实验报告.docx
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数据结构哈夫曼树编码译码实验报告
【详细设计】
具体代码实现如下：
//HaffmanTree.h
#include
#include
#include
structHuffmanNode//哈夫曼树的一个结点
{
intweight;
intparent;
intlchild,rchild;
};
classHuffmanTree//哈夫曼树
{
private:
HuffmanNode*Node;//Node[]存放哈夫曼树
char*Info;//Info[]存放源文用到的字符——源码，如'a','b','c','d','e'，此内容可以放入结点中，不单独设数组存放
intLeafNum;//哈夫曼树的叶子个数，也是源码个数
public:
HuffmanTree（）;
~HuffmanTree（）;
voidCreateHuffmanTree（）;/*在内存中建立哈夫曼树，存放在Node[]中。
让用户从两种建立哈夫曼树的方法中选择：
1.从键盘读入源码字符集个数，每个字符，和每个字符的权重，建立哈夫曼树，
并将哈夫曼树写入文件hfmTree中。
2.从文件hfmTree中读入哈夫曼树信息，建立哈夫曼树*/
voidCreateHuffmanTreeFromKeyboard（）;
voidCreateHuffmanTreeFromFile（）;
voidEncoder（）;/*使用建立好的哈夫曼树（如果不在内存，则从文件hfmTree中读入并建立内存里的哈夫曼树），
对文件ToBeTran中的正文进行编码，并将码文写入文件CodeFile中。
ToBeTran的内容可以用记事本等程序编辑产生。
*/
voidDecoder（）;/*待译码的码文存放在文件CodeFile中，使用建立好的哈夫曼树（如果不在内存，
则从文件hfmTree中读入并建立内存里的哈夫曼树）将码文译码，
得到的源文写入文件TextFile中，并同时输出到屏幕上。
*/
voidPrintCodeFile（）;/*将码文文件CodeFile显示在屏幕上*/
voidPrintHuffmanTree（）;/*将哈夫曼树以直观的形式（凹入表示法，或广义表，或其他树形表示法）显示在屏幕上，
同时写入文件TreePrintFile中*/
voidPrintHuffmanTree_aoru（intT,intlayer=1）;/*凹入表示法显示哈夫曼树，由PrintHuffmanTree（）调用*/
};
///////////////////////////////////////////////////////////////////HuffmanTree.cpp
#include
#include//为使用整型最大值
#include"HuffmanTree.h"
usingnamespacestd;
//******************************************************
HuffmanTree:
:
HuffmanTree（）
{
Node=NULL;
}
//******************************************************
HuffmanTree:
:
~HuffmanTree（）
{
delete[]Node;
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
CreateHuffmanTree（）
{
charChoose;
cout<<"你要从文件中读入哈夫曼树（按1），还是从键盘输入哈夫曼树（按2）？
";
cin>>Choose;
if（Choose=='2'）{//键盘输入建立哈夫曼树
CreateHuffmanTreeFromKeyboard（）;
}//choose=='2'
else{//从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
CreateHuffmanTreeFromFile（）;
}
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
CreateHuffmanTreeFromKeyboard（）
{
intNum;
cout<<"\n请输入源码字符集个数：
";
cin>>Num;
if（Num<=1）
{
cout<<"无法建立少于2个叶子结点的哈夫曼树。
\n\n";
return;
}
LeafNum=Num;
Node=newHuffmanNode[2*Num-1];
Info=newchar[2*Num-1];
for（inti=0;icout<<"请输入第"<getchar（）;
Info[i]=getchar（）;//源文的字符存入字符数组Info[]
getchar（）;
cout<<"请输入该字符的权值或频度";
cin>>Node[i].weight;//源文的字符权重存入Node[].weight
Node[i].parent=-1;
Node[i].lchild=-1;
Node[i].rchild=-1;
}
for（i=Num;i<2*Num-1;i++）
{//循环建立哈夫曼树内部结点
intpos1=-1,pos2=-1;
intmax1=32767,max2=32767;
for（intj=0;jif（Node[j].parent==-1）//是否为根结点
if（Node[j].weight{
max2=max1;
max1=Node[j].weight;
pos2=pos1;
pos1=j;
}
else
if（Node[j].weight{
max2=Node[j].weight;
pos2=j;
}
Node[pos1].parent=i;
Node[pos2].parent=i;
Node[i].lchild=pos1;
Node[i].rchild=pos2;
Node[i].parent=-1;
Node[i].weight=Node[pos1].weight+Node[pos2].weight;
}//for
cout<<"哈夫曼树已成功构造完成。
\n";
//把建立好的哈夫曼树写入文件hfmTree.dat
charch;
cout<<"是否要替换原来的哈夫曼树文件（Y/N）:
";
cin>>ch;
if（ch!
='y'&&ch!
='Y'）return;
else
{
ofstreamfop;
fop.open（"hfmTree.dat",ios:
:
out|ios:
:
binary|ios:
:
trunc）;//打开文件
if（fop.fail（））
{
cout<<"\n哈夫曼树文件打开失败，无法将哈夫曼树写入hfmTree.dat文件。
\n";
return;
}
fop.write（（char*）&Num,sizeof（Num））;//先写入哈夫曼树的叶子结点个数
for（i=0;i{//再写入源文字符集的所有字符（存储在Info[]中）
fop.write（（char*）&Info[i],sizeof（Info[i]））;
flush（cout）;
}
for（i=0;i<2*Num-1;i++）
{//最后写入哈夫曼树的各个结点（存储在Node[]中）
fop.write（（char*）&Node[i],sizeof（Node[i]））;
flush（cout）;
}
fop.close（）;//关闭文件
cout<<"\n哈夫曼树已成功写入hfmTree.dat文件。
\n";
}
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
CreateHuffmanTreeFromFile（）
{
ifstreamfip;
fip.open（"hfmTree.dat",ios:
:
binary|ios:
:
in）;
if（fip.fail（））
{
cout<<"哈夫曼树文件hfmTree.dat打开失败，无法建立哈夫曼树。
\n";
return;
}
fip.read（（char*）&LeafNum,sizeof（LeafNum））;
if（LeafNum<=1）
{
cout<<"哈夫曼树文件中的数据有误，叶子结点个数少于2个，无法建立哈夫曼树。
\n";
fip.close（）;
return;
}
Info=newchar[LeafNum];
Node=newHuffmanNode[2*LeafNum-1];
for（inti=0;ifip.read（（char*）&Info[i],sizeof（Info[i]））;
for（i=0;i<2*LeafNum-1;i++）
fip.read（（char*）&Node[i],sizeof（Node[i]））;
fip.close（）;
cout<<"哈夫曼树已成功构造完成。
\n";
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
Encoder（）
{
if（Node==NULL）
{//内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
CreateHuffmanTreeFromFile（）;
if（LeafNum<=1）
{
cout<<"内存无哈夫曼树。
操作撤销。
\n\n";
return;
}
}//if
char*SourceText;//字符串数组，用于存放源文
//让用户选择源文是从键盘输入，还是从源文文件ToBeTran.txt中读入
charChoose;
cout<<"你要从文件中读入源文（按1），还是从键盘输入源文（按2）？
";
cin>>Choose;
if（Choose=='1'）
{
ifstreamfip1（"ToBeTran.txt"）;
if（fip1.fail（））
{
cout<<"源文文件打开失败!
无法继续执行。
\n";
return;
}
charch;
intk=0;
while（fip1.get（ch））k++;//第一次读文件只统计文件中有多少个字符，将字符数存入k
fip1.close（）;
SourceText=newchar[k+1];//申请存放源文的字符数组空间
ifstreamfip2（"ToBeTran.txt"）;//第二次读源文文件，把内容写入SourceText[]
k=0;
while（fip2.get（ch））SourceText[k++]=ch;
fip2.close（）;
SourceText[k]='\0';
cout<<"需编码的源文为：
";
cout<}
else
{//从键盘输入源文
stringSourceBuff;
cin.ignore（）;
cout<<"请输入需要编码的源文（可输入任意长，按回车键结束）:
\n";
getline（cin,SourceBuff,'\n'）;
intk=0;
while（SourceBuff[k]!
='\0'）
k++;
SourceText=newchar[k+1];
k=0;
while（SourceBuff[k]!
='\0'）
{
SourceText[k]=SourceBuff[k];
k++;
}
SourceText[k]='\0';
cout<<"覆盖已有的编码原文件?
（Y/N）";
charch;
cin>>ch;
if（ch=='y'||ch=='Y'）
{
ofstreamfip2;
fip2.open（"ToBeTran.txt"）;
if（!
fip2）
{
cerr<<"文件打开失败！
"<abort（）;
}
fip2<fip2.close（）;
cout<<"需编码的源文已写入ToBeTran.txt中"<}
}
//开始编码
ofstreamfop（"CodeFile.dat",ios:
:
trunc）;//打开码文存放文件
char*code;
code=newchar[LeafNum];//存放一个源文字符的编码
intk=0;
while（SourceText[k]!
='\0'）//源文串中从第一个字符开始逐个编码
{
intstar=0;
charch=SourceText[k];
for（inti=0;iif（Info[i]==ch）//求出该文字所在的单元编号
break;
intj=i;
while（Node[j].parent!
=-1）
{
j=Node[j].parent;
if（Info[Node[j].lchild]==Info[i]）code[star++]='0';
elsecode[star++]='1';
i=j;
}
code[star]='\0';
for（i=0;i{
intj=code[i];
code[i]=code[star-i-1];
code[star-i-1]=j;
}
i=0;//将源文的当前字符的对应编码写入码文文件
while（code[i]!
='\0'）
{
fop<i++;
}
k++;//源文串中的字符后移一个
}
fop.close（）;
cout<<"已完成编码，码文已写入文件CodeFile.dat中。
\n\n";
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
Decoder（）
{
//如果内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
if（Node==NULL）
{
CreateHuffmanTreeFromFile（）;
if（LeafNum<=1）
{
cout<<"内存无哈夫曼树。
操作撤销。
\n\n";
return;
}
}
//将码文从文件CodeFile.dat中读入CodeStr[]
ifstreamfip1（"CodeFile.dat"）;
if（fip1.fail（））
{
cout<<"没有码文，无法译码。
\n";
return;
}
char*CodeStr;
intk=0;
charch;
while（fip1.get（ch））
{
k++;
}
fip1.close（）;
CodeStr=newchar[k+1];
ifstreamfip2（"CodeFile.dat"）;
k=0;
while（fip2.get（ch））CodeStr[k++]=ch;
fip2.close（）;
CodeStr[k]='\0';
cout<<"经译码得到的源文为：
";
ofstreamfop（"TextFile.dat"）;
intj=LeafNum*2-1-1;//j指向哈夫曼树的根
inti=0;//码文从第一个符号开始，顺着哈夫曼树由根下行，按码文的当前符号决定下行到左孩子还是右孩子
while（CodeStr[i]!
='\0'）
{//下行到哈夫曼树的叶子结点处，则译出叶子结点对应的源文字符
if（CodeStr[i]=='0'）j=Node[j].lchild;
elsej=Node[j].rchild;
if（Node[j].rchild==-1）
{
cout<fop<j=LeafNum*2-1-1;
}
i++;
}
fop.close（）;
cout<<"\n译码成功且已存到文件TextFile.dat中。
\n\n";
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
PrintCodeFile（）
{
charch;
inti=1;
ifstreamfip（"CodeFile.dat"）;
ofstreamfop（"CodePrin.dat"）;
if（fip.fail（））
{
cout<<"没有码文文件，无法显示码文文件内容。
\n";
return;
}
while（fip.get（ch））
{
cout<fop<if（i==50）
{
cout<fop<i=0;
}
i++;
}
cout<fop<fip.close（）;
fop.close（）;
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
PrintHuffmanTree（）
{
//如果内存没有哈夫曼树，则从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树
if（Node==NULL）
{
CreateHuffmanTreeFromFile（）;
if（LeafNum<=1）
{
cout<<"内存无哈夫曼树。
操作撤销。
\n\n";
return;
}
}
ofstreamfop（"TreePrint.dat",ios_base:
:
trunc）;
fop.close（）;
PrintHuffmanTree_aoru（2*LeafNum-1-1,0）;
return;
}
//******************************************************
voidHuffmanTree:
:
PrintHuffmanTree_aoru（intT,intlayer）
{
for（inti=0;icout<if（Node[T].lchild!
=-1）PrintHuffmanTree_aoru（Node[T].lchild,++layer）;
if（Node[T].rchild!
=-1）PrintHuffmanTree_aoru（Node[T].rchild,layer--）;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////main.cpp
#include
#include
usingnamespacestd;
intmain（）
{
HuffmanTreehuftree;
charChoose;
while
（1）
{
cout<<"\n\n**********************欢迎使用哈夫曼编码/译码系统***********************"<cout<<"您可以进行以下操作:
"<cout<<"1建立哈夫曼树3译码（码文已在文件CodeFile中）5显示哈夫曼树"<cout<<"2编码（源文已在文件ToBeTran中，或键盘输入）4显示码文6退出"<
cout<<"请选择一个操作:
";
cin>>Choose;
switch（Choose）
{
case'1':
huftree.CreateHuffmanTree（）;
break;
case'2':
huftree.Encoder（）;
break;
case'3':
huftree.Decoder（）;
break;
case'4':
huftree.PrintCodeFile（）;
break;
case'5':
huftree.PrintHuffmanTree（）;
break;
case'6':
cout<<"\n*************************感谢使用本系统!
**************
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