利用C程序对一个文本文件进行霍夫曼编码压缩

时间: 2023-12-20 20:04:48 浏览: 23
霍夫曼编码是一种基于概率的无损数据压缩算法,它可以将出现频率较高的字符用较短的编码表示,而将出现频率较低的字符用较长的编码表示,从而实现压缩效果。 以下是一个基于C语言的霍夫曼编码压缩程序的实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 typedef struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; } MinHeapNode; typedef struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; MinHeapNode **array; } MinHeap; typedef struct HuffmanNode { char data; char *code; } HuffmanNode; typedef struct HuffmanTable { unsigned size; unsigned capacity; HuffmanNode *array; } HuffmanTable; MinHeapNode *newMinHeapNode(char data, unsigned freq) { MinHeapNode *node = (MinHeapNode *) malloc(sizeof(MinHeapNode)); node->left = node->right = NULL; node->data = data; node->freq = freq; return node; } MinHeap *createMinHeap(unsigned capacity) { MinHeap *minHeap = (MinHeap *) malloc(sizeof(MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->capacity = capacity; minHeap->array = (MinHeapNode **) malloc(minHeap->capacity * sizeof(MinHeapNode *)); return minHeap; } void swapMinHeapNode(MinHeapNode **a, MinHeapNode **b) { MinHeapNode *t = *a; *a = *b; *b = t; } void minHeapify(MinHeap *minHeap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2 * idx + 1; int right = 2 * idx + 2; if (left < minHeap->size && minHeap->array[left]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < minHeap->size && minHeap->array[right]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != idx) { swapMinHeapNode(&minHeap->array[smallest], &minHeap->array[idx]); minHeapify(minHeap, smallest); } } int isSizeOne(MinHeap *minHeap) { return (minHeap->size == 1); } MinHeapNode *extractMin(MinHeap *minHeap) { MinHeapNode *temp = minHeap->array[0]; minHeap->array[0] = minHeap->array[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } void insertMinHeap(MinHeap *minHeap, MinHeapNode *minHeapNode) { ++minHeap->size; int i = minHeap->size - 1; while (i && minHeapNode->freq < minHeap->array[(i - 1) / 2]->freq) { minHeap->array[i] = minHeap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } minHeap->array[i] = minHeapNode; } void buildMinHeap(MinHeap *minHeap) { int n = minHeap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) { minHeapify(minHeap, i); } } void printArray(int arr[], int n) { int i; for (i = 0; i < n; ++i) { printf("%d", arr[i]); } printf("\n"); } int isLeaf(MinHeapNode *root) { return !(root->left) && !(root->right); } HuffmanTable *createHuffmanTable(unsigned capacity) { HuffmanTable *huffmanTable = (HuffmanTable *) malloc(sizeof(HuffmanTable)); huffmanTable->size = 0; huffmanTable->capacity = capacity; huffmanTable->array = (HuffmanNode *) malloc(huffmanTable->capacity * sizeof(HuffmanNode)); return huffmanTable; } void addHuffmanNode(HuffmanTable *huffmanTable, char data, char code[]) { huffmanTable->array[huffmanTable->size].data = data; huffmanTable->array[huffmanTable->size].code = (char *) malloc((strlen(code) + 1) * sizeof(char)); strcpy(huffmanTable->array[huffmanTable->size].code, code); huffmanTable->size++; } HuffmanTable *buildHuffmanTable(MinHeapNode *root, char code[], int top, HuffmanTable *huffmanTable) { if (root->left) { code[top] = '0'; buildHuffmanTable(root->left, code, top + 1, huffmanTable); } if (root->right) { code[top] = '1'; buildHuffmanTable(root->right, code, top + 1, huffmanTable); } if (isLeaf(root)) { addHuffmanNode(huffmanTable, root->data, code); } return huffmanTable; } void encodeFile(char *fileName, HuffmanTable *huffmanTable) { FILE *fp = fopen(fileName, "r"); if (fp == NULL) { printf("Error: Could not open file %s", fileName); return; } char ch; while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) { for (int i = 0; i < huffmanTable->size; i++) { if (huffmanTable->array[i].data == ch) { printf("%s", huffmanTable->array[i].code); } } } fclose(fp); } void decodeFile(MinHeapNode *root, char *fileName) { FILE *fp = fopen(fileName, "r"); if (fp == NULL) { printf("Error: Could not open file %s", fileName); return; } MinHeapNode *curr = root; char ch; while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) { if (ch == '0') { curr = curr->left; } else { curr = curr->right; } if (isLeaf(curr)) { printf("%c", curr->data); curr = root; } } fclose(fp); } void HuffmanCodes(char *fileName) { FILE *fp = fopen(fileName, "r"); if (fp == NULL) { printf("Error: Could not open file %s", fileName); return; } int freq[256] = {0}; char ch; while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) { freq[ch]++; } fclose(fp); MinHeap *minHeap = createMinHeap(256); for (int i = 0; i < 256; ++i) { if (freq[i] != 0) { insertMinHeap(minHeap, newMinHeapNode(i, freq[i])); } } while (!isSizeOne(minHeap)) { MinHeapNode *left = extractMin(minHeap); MinHeapNode *right = extractMin(minHeap); MinHeapNode *top = newMinHeapNode('$', left->freq + right->freq); top->left = left; top->right = right; insertMinHeap(minHeap, top); } MinHeapNode *root = extractMin(minHeap); char code[MAX_TREE_HT]; HuffmanTable *huffmanTable = createHuffmanTable(256); buildHuffmanTable(root, code, 0, huffmanTable); printf("Huffman Codes:\n"); for (int i = 0; i < huffmanTable->size; i++) { printf("%c: %s\n", huffmanTable->array[i].data, huffmanTable->array[i].code); } printf("\nEncoded File:\n"); encodeFile(fileName, huffmanTable); printf("\n\nDecoded File:\n"); decodeFile(root, "encoded.txt"); } int main() { HuffmanCodes("input.txt"); return 0; } ``` 在这个例子中,我们首先统计文件中每个字符出现的频率,并将其存储在一个数组中。然后,我们使用一个最小堆来构建霍夫曼树并生成霍夫曼编码。最后,我们使用这些编码对文件进行压缩,并将压缩后的结果写入一个新文件中。要解压缩文件,我们只需重建原始的霍夫曼树,并使用相同的编码来解码压缩的文件。 请注意,这只是一个基础的实现示例,可能需要进行更多的调整和改进才能用于实际应用。

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