哈夫曼编译码器.docx
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哈夫曼编译码器
西安郵電大學
数据结构课程设计报告
题目：
哈夫曼编/译码器
院系名称：
专业名称：
班级：
学生姓名：
学号（8位）：
指导教师：
设计起止时间：
一.设计目的
本次课程设计的主要目的是综合运用所学的数据结构知识，使用一种自己擅长的语言，解决问题，侧重对栈、哈夫曼树等相关内容的综合应用，使同学们能进一步熟悉掌握使用各种数据结构的实现，进一步提升自己分析问题的能力、培养编程能力、锻炼编程思维，进而不断提高同学们解决问题的能力，并为以后解决实际问题打下良好的基础。
二.设计内容
1.程序设计的环境为VisualC++，使用的语言为C语言。
2.设计了几种结构体：
哈夫曼树（字符、权值、左右孩子、标记位、编码），权值（字符、权值）。
3.使用的数据结构类型是二叉树。
4.读取已存的字符串信息：
与程序存放在同一目录下的souce.txt中。
5.创建哈夫曼树，并放入文件huffmantree.txt中。
6.编码操作：
通过折半查找得到字符的哈夫曼编码，并存放在code.txt文件中。
7.译码操作：
读取code.txt中的内容，译码，结果放入decode.txt文件中。
8.栈的基本操作：
栈的初始化、判空、出栈、入栈、取栈顶。
9.为使界面美观，还使用了清屏函数。
三．概要设计
1．功能模块图
对系统进行分析，给出系统结构图。
整个系统除了主函数外，另外还有14个函数，实现四项功能：
读取文件功能，编码功能，译码功能，写文件功能。
其基本功能模块如下图所示：
2．各个模块详细的功能描述。
（1）.主函数main（）
进入开始界面函数，读取字符串，编码，译码，最后到退出界面。
（2）.界面功能Host（）、Go_on（）、Quit（）
（3）.读文件ReadFile（）
读取与程序在同一目录下的souce.txt文件，获取字符串。
（4）.统计字符串中各字符的权值CreateCount（）
按照ASCII码的顺序将字符出现的次数记录。
（5）.创建哈夫曼树CreateHT（）
先创建叶子结点的各种信息，在经过两次查找最小权值而生成非叶子结点，并完善相关的信息。
（6）.查找当前权值最小的字符的下标FindMin（）
在未查找过的字符中查找。
（7）.创建哈夫曼编码CreateHCode（）
对哈夫曼进行先序遍历，为左孩子则为0，右孩子为1
（8）.将创建好的哈夫曼树相关内容存放到文件中HTWriteFile（）
将字符及其对应的编码存放在同一目录下的huffmantree.txt文件中。
（9）.统计要编码的总长度GetHCodeLen（）
各字符的权值和码长的总和。
（10）.哈夫曼编码结果GetResultStr（）
将要进行编码的字符串逐个按字符的编码进行编码。
（11）.折半查找字符对应的编码HalfSearch（）
根据字符的ASCII码的大小查找编码。
（12）.写文件WriteFile（）
将编码或译码结果分别存放在同一目录下的code.txt或decode.txt文件中。
（13）.译码操作DeCode（）
按照编码的0、1用先序遍历哈夫曼树，直到找到相对应的叶子，即字符的，追加入译码字符串中。
四．详细设计
1．功能函数的调用关系图
2．各功能函数的数据流程图
创建哈夫曼树：
创建哈夫曼编码：
译码操作：
编码操作：
3．重点设计及编码
//创建哈夫曼编码
voidCreateHCode（HUFFMAN_TREE*ht,introot,inti,char*s）
{
if（ht[root].leftchild==-1）//通过对树的先序遍历得到哈夫曼密码
{
s[i]='\0';
strcpy（ht[root].code,s）;//遇到叶子结点停止此次遍历，并得到密码
}
else//若为左孩子则为0，为右孩子则为1
{
s[i]='0';
CreateHCode（ht,ht[root].leftchild,i+1,s）;
s[i]='1';
CreateHCode（ht,ht[root].rightchild,i+1,s）;
}
}
//折半查找要编码内容的相关信息
HUFFMAN_TREE*HalfSearch（HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,charc）
{
inthead=0,tail,middle,Find=FALSE;
tail=（HTLen+1）/2-1;
while（!
Find&&head<=tail）
{
middle=（head+tail）/2;
if（ht[middle].character==c）
Find=TRUE;
elseif（ht[middle].character>c）
tail=middle-1;
else
head=middle+1;
}
returnht+middle;
}
//译码操作
voidDeCode（HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,char*code,intcodelen）
{
char*str;
inti,j,root;//i是密码的下标，j是码串的下标、根结点
root=HTLen-1;
str=（char*）malloc（sizeof（char）*codelen）;
for（i=j=0;i<=codelen;）
{//从根结点通过0，1查找左右孩子，遇叶子结点则回到根结点
if（ht[root].leftchild==-1）
{
str[j++]=ht[root].character;
root=HTLen-1;
}
else
root=code[i++]=='0'?
ht[root].leftchild:
ht[root].rightchild;
}
str[j]='\0';
WriteFile（str,"decode.txt"）;
printf（"译码结果：
\n%s\n\n",str）;
}
五．测试数据及运行结果
1．正常测试数据和运行结果
读取文件souce.txtx中的内容：
哈夫曼树的创建及编码：
译码操作：
2．异常测试数据及运行结果
读取文件失败：
六．调试情况，设计技巧及体会
1．改进方案
对自己设计进行评价，指出合理和不足之处，提出改进的方案。
通过第二周的编程，我完成了哈夫曼编码/译码器。
程序总体设计结构较合理，功能基本完善，界面友好清晰。
优点：
熟练的应用二叉树这个数据结构的基本操作。
使程序可以更高效的运行，实现对字符串进行哈夫曼编码、译码等基本功能。
也加深了自己对数据结构的认识。
缺点：
在某些方面存在着不足，比如，没有使用位运算来解决问题，使程序浪费了大量的存储空间；变换得到字符串的方式，如直接输入等，使程序更加灵活。
改进的方法：
使用位运算，对其进行压缩和解压缩。
2．体会
在为期两周的程序设计实习中，我受益颇多。
更进一步的了解和掌握了各种数据结构的操作。
熟练的使用数据结构以解决实际问题。
从中，我可以将书本知识应用于实践，为以后的计算机语言的学习打下了坚实的基础；同时，我分析问题的能力也在不断的提高，编程的能力也有显著的进步。
但在本次程序设计中，我学会的更多是坚持的精神和持之以恒的心态，哪怕报错的信息多到显示不完，也要静下心，认认真真一点一点地寻找错误的原因。
另外，我也学会了利用调试来查找出错点的方法，以及一些从未用过但是却功能特殊的函数。
同时真正意识到编写一个程序的不容易，以及多得考虑不完的问题，更是突显出团队合作的重要性。
七．参考文献
[1]耿国华.2008.《数据结构——C语言描述》.北京：
高等教育出版社
[2]王曙燕.2005.《C语言程序设计》.北京：
科学出版社
八．附录：
（可不要，不要打印源程序，只交电子版）
#include
#include
#include
#include
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineN500
//哈夫曼树的定义
typedefstructHUFFMAN_TREE
{
charcharacter;//字符
intcount;//权值
intleftchild;//左孩子
intrightchild;//右孩子
intflag;//标记位，为0则表示还未查找过，1表示已查找过
char*code;//哈夫曼密码
}HUFFMAN_TREE;
//临时存储权值的定义
typedefstructCOUNT
{
charcharacter;
intcount;
}COUNT;
voidHost（void）;
voidGo_on（void）;
char*ReadFile（char*）;
COUNT*CreateCount（char*,int*）;
HUFFMAN_TREE*CreateHT（COUNT*,int）;
intFindMin（HUFFMAN_TREE*,int）;
voidCreateHCode（HUFFMAN_TREE*,int,int,char*）;
voidHTWriteFile（HUFFMAN_TREE*,int）;
intGetHCodeLen（HUFFMAN_TREE*,int,int）;
char*GetResultStr（char*,HUFFMAN_TREE*,int,int）;
HUFFMAN_TREE*HalfSearch（HUFFMAN_TREE*,int,char）;
voidWriteFile（char*,char*）;
voidDeCode（HUFFMAN_TREE*,int,char*,int）;
voidQuit（void）;
main（）
{
char*str,*code,*result,*HTCode;//原串、编码串1、编码串2、编码串3
intHTLen,Leaf,codelen;//总结点数、叶子结点、密码长度
COUNT*count;//存放临时的所有权值
HUFFMAN_TREE*ht;//哈夫曼树
Host（）;
Go_on（）;
//读取文件操作
str=ReadFile（"souce.txt"）;
printf（"从文件souce.txt中读取的内容如下：
\n"）;
printf（"%s\n\n",str）;
//编码文件内容
Go_on（）;
count=CreateCount（str,&Leaf）;
HTCode=（char*）malloc（sizeof（char）*Leaf）;//得到编码的最大长度
HTLen=2*Leaf-1;//计算得到所有结点的个数
ht=CreateHT（count,HTLen）;
CreateHCode（ht,HTLen-1,0,HTCode）;
HTWriteFile（ht,Leaf）;
codelen=GetHCodeLen（ht,HTLen,Leaf）;
result=GetResultStr（str,ht,HTLen,codelen）;
WriteFile（result,"code.txt"）;
free（result）;
//进行译码的操作
Go_on（）;
code=ReadFile（"code.txt"）;
printf（"编码的内容如下：
\n%s\n\n",code）;
DeCode（ht,HTLen,code,codelen）;
free（code）;
//销毁操作
free（ht）;
free（count）;
Go_on（）;
Quit（）;
}
voidQuit（void）
{
printf（"\n\n---------------------------------谢谢使用！
-------------------------------------\n\n"）;
exit（0）;
}
//译码操作
voidDeCode（HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,char*code,intcodelen）
{
char*str;
inti,j,root;//i是密码的下标，j是码串的下标、根结点
root=HTLen-1;
str=（char*）malloc（sizeof（char）*codelen）;
for（i=j=0;i<=codelen;）//从根结点开始通过0，1值查找左，右孩子，遇叶子结点则重新回到根结点
{
if（ht[root].leftchild==-1）
{
str[j++]=ht[root].character;
root=HTLen-1;
}
else
root=code[i++]=='0'?
ht[root].leftchild:
ht[root].rightchild;
}
str[j]='\0';
WriteFile（str,"decode.txt"）;
printf（"译码结果：
\n%s\n\n",str）;
}
//写文件
voidWriteFile（char*result,char*fname）
{
FILE*fp;
fp=fopen（fname,"wt"）;
fprintf（fp,"%s",result）;
printf（"数据已存入%s文件中。
\n",fname）;
fclose（fp）;
}
//折半查找要编码内容的相关信息
HUFFMAN_TREE*HalfSearch（HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,charc）
{
inthead=0,tail,middle,Find=FALSE;
tail=（HTLen+1）/2-1;
while（!
Find&&head<=tail）
{
middle=（head+tail）/2;
if（ht[middle].character==c）
Find=TRUE;
elseif（ht[middle].character>c）
tail=middle-1;
else
head=middle+1;
}
returnht+middle;
}
//哈夫曼编码的结果
char*GetResultStr（char*str,HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,intcodelen）
{
char*result;//存放编码结果
inti;
result=（char*）malloc（sizeof（char）*codelen）;
*result='\0';
for（i=0;str[i];i++）
strcat（result,HalfSearch（ht,HTLen,str[i]）->code）;
returnresult;
}
//计算要翻译的内容的哈夫曼密码的长度
intGetHCodeLen（HUFFMAN_TREE*ht,intHTLen,intLeaf）
{
inti,resLen=0;
for（i=0;iresLen+=ht[i].count*strlen（ht[i].code）;
returnresLen+1;
}
//将创建好的哈弗曼数的字符和密码信息存入文件
voidHTWriteFile（HUFFMAN_TREE*ht,intLeaf）
{
inti;
FILE*fp;
fp=fopen（"huffmantree.txt","wt"）;
for（i=0;ifprintf（fp,"%c\t%s\n",ht[i].character,ht[i].code）;
printf（"\n\n哈夫曼树创建成功，并已存入文件huffmantree.txt中。
\n"）;
fclose（fp）;
}
//创建哈夫曼编码
voidCreateHCode（HUFFMAN_TREE*ht,introot,inti,char*s）
{
if（ht[root].leftchild==-1）//通过对树的先序遍历得到哈夫曼密码
{
s[i]='\0';
strcpy（ht[root].code,s）;//遇到叶子结点停止此次遍历，并得到密码
}
else//若为左孩子则为0，为右孩子则为1
{
s[i]='0';
CreateHCode（ht,ht[root].leftchild,i+1,s）;
s[i]='1';
CreateHCode（ht,ht[root].rightchild,i+1,s）;
}
}
//查找当前权值最小的字符下标
intFindMin（HUFFMAN_TREE*ht,intlen）
{
inti,min;
for（i=0;ht[i].flag;i++）
;
for（min=i;iif（ht[i].flag==0&&ht[i].countmin=i;
ht[min].flag=1;
returnmin;
}
//创建哈夫曼树
HUFFMAN_TREE*CreateHT（COUNT*count,intHTLen）
{
HUFFMAN_TREE*ht=NULL;
inti,len,leftchild,rightchild;//下标、总结点、左孩子下标、右孩子下标
len=（HTLen+1）/2;//计算叶子结点数
ht=（HUFFMAN_TREE*）malloc（sizeof（HUFFMAN_TREE）*HTLen）;
//初始化叶子结点
for（i=0;i{
ht[i].character=count[i].character;
ht[i].count=count[i].count;
ht[i].leftchild=ht[i].rightchild=-1;
ht[i].flag=0;
ht[i].code=（char*）malloc（sizeof（char）*len）;//得到密码的最大的长度
}
//初始化非叶子结点
while（len{
leftchild=FindMin（ht,len）;
rightchild=FindMin（ht,len）;
ht[len].character='#';
ht[len].count=ht[leftchild].count+ht[rightchild].count;
ht[len].leftchild=leftchild;
ht[len].rightchild=rightchild;
ht[len].flag=0;
ht[len++].code=NULL;
}
returnht;
}
//创建临时的字符权值
COUNT*CreateCount（char*str,int*HTLen）
{
COUNT*frp=NULL;
intcount=0,total[128]={0},i,j;//出现字符的个数、统计
for（i=0;str[i];i++）
total[str[i]]++;
for（i=0;i<128;i++）
if（total[i]）
count++;
frp=（COUNT*）malloc（sizeof（COUNT）*count）;
for（i=j=0;i<128;i++）
if（total[i]）
{
frp[j].character=i;
frp[j++].count=total[i];
}
*HTLen=count;//得到所有的叶子节点的数量
returnfrp;
}
char*ReadFile（char*fname）
{
FILE*fp;
charch,*str;
inti;
if（（fp=fopen（fname,"rt"））==NULL）
{
printf（"\n\n打开文件出错！
可能不存在这个文件！
\n\n"）;
exit（0）;
}
str=（char*）malloc（sizeof（char）*N）;
for（i=0;（ch=fgetc（fp））!
=EOF;i++）
str[i]=ch;
str[i]='\0';
fclose（fp）;
printf（"\n\n读取文件%s成功！
\n",fname）;
returnstr;
}
voidGo_on（void）
{
printf（"\n\n\n按任意键继续"）;
getch（）;
system（"cls"）;
}
voidHost（void）
{
printf（"\n\n---------------------欢迎使用哈夫曼编码、译码器---------------------------------\n\n"）;
printf（"\t注意：
\n\t\t请将需要编码的数据提前存入同一目录下souce.txt文件中！
\n\n"）;
}
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