实现哈夫曼树和哈夫曼编码C语言

时间: 2023-11-24 07:56:39 浏览: 79
以下是C语言实现哈夫曼树和哈夫曼编码的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_NODE_NUM 256 #define MAX_CODE_LEN 256 struct huff_node { unsigned char ch; // 字符 unsigned int freq; // 频率 struct huff_node *left; // 左子节点 struct huff_node *right; // 右子节点 }; struct huff_tree { struct huff_node *root; // 根节点 }; // 初始化哈夫曼树节点 struct huff_node *init_node(unsigned char ch, unsigned int freq) { struct huff_node *node = (struct huff_node *) malloc(sizeof(struct huff_node)); node->ch = ch; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 构建哈夫曼树 struct huff_tree *create_huff_tree(unsigned int *freqs) { struct huff_node *nodes[MAX_NODE_NUM]; int node_cnt = 0; int i, j; for (i = 0; i < MAX_NODE_NUM; i++) { if (freqs[i] > 0) { nodes[node_cnt++] = init_node(i, freqs[i]); } } while (node_cnt > 1) { unsigned int min_freq1 = -1, min_freq2 = -1; int min_idx1 = -1, min_idx2 = -1; for (i = 0; i < node_cnt; i++) { if (nodes[i]->freq < min_freq1) { min_freq2 = min_freq1; min_idx2 = min_idx1; min_freq1 = nodes[i]->freq; min_idx1 = i; } else if (nodes[i]->freq < min_freq2) { min_freq2 = nodes[i]->freq; min_idx2 = i; } } struct huff_node *new_node = init_node(0, min_freq1 + min_freq2); new_node->left = nodes[min_idx1]; new_node->right = nodes[min_idx2]; nodes[min_idx1] = new_node; nodes[min_idx2] = nodes[--node_cnt]; } struct huff_tree *tree = (struct huff_tree *) malloc(sizeof(struct huff_tree)); tree->root = nodes[0]; return tree; } // 释放哈夫曼树节点及其子节点内存 void free_huff_node(struct huff_node *node) { if (node != NULL) { free_huff_node(node->left); free_huff_node(node->right); free(node); } } // 释放哈夫曼树内存 void free_huff_tree(struct huff_tree *tree) { free_huff_node(tree->root); free(tree); } // 计算哈夫曼编码 void calc_huff_code(struct huff_node *node, char **codes, char *buf, int len) { if (node->left == NULL && node->right == NULL) { buf[len] = '\0'; codes[node->ch] = strdup(buf); } else { buf[len] = '0'; calc_huff_code(node->left, codes, buf, len + 1); buf[len] = '1'; calc_huff_code(node->right, codes, buf, len + 1); } } // 哈夫曼编码 void huff_encode(unsigned char *src, int src_len, char **codes, unsigned char *dst, int *dst_len) { int i, j, k; char *code; for (i = 0, k = 0; i < src_len; i++) { code = codes[src[i]]; for (j = 0; j < strlen(code); j++) { if (code[j] == '0') { dst[k / 8] &= ~(1 << (7 - k % 8)); } else { dst[k / 8] |= 1 << (7 - k % 8); } k++; } } *dst_len = (k + 7) / 8; } // 哈夫曼解码 void huff_decode(char *code, int code_len, struct huff_node *root, unsigned char *dst, int *dst_len) { int i; struct huff_node *node = root; for (i = 0; i < code_len; i++) { if (code[i] == '0') { node = node->left; } else { node = node->right; } if (node->left == NULL && node->right == NULL) { dst[*dst_len] = node->ch; (*dst_len)++; node = root; } } } int main() { unsigned char src[] = "hello, world!"; int src_len = strlen(src); unsigned int freqs[MAX_NODE_NUM] = {0}; char *codes[MAX_NODE_NUM] = {NULL}; unsigned char dst[MAX_CODE_LEN] = {0}; int dst_len; int i; // 统计字符频率 for (i = 0; i < src_len; i++) { freqs[src[i]]++; } // 构建哈夫曼树 struct huff_tree *tree = create_huff_tree(freqs); // 计算哈夫曼编码 char buf[MAX_CODE_LEN]; calc_huff_code(tree->root, codes, buf, 0); // 输出哈夫曼编码表 for (i = 0; i < MAX_NODE_NUM; i++) { if (codes[i] != NULL) { printf("%c: %s\n", i, codes[i]); } } // 哈夫曼编码 huff_encode(src, src_len, codes, dst, &dst_len); // 输出哈夫曼编码后的二进制数据 for (i = 0; i < dst_len; i++) { printf("%02x ", dst[i]); } printf("\n"); // 哈夫曼解码 unsigned char decoded[MAX_CODE_LEN] = {0}; int decoded_len = 0; char code[MAX_CODE_LEN]; for (i = 0; i < dst_len * 8; i++) { if (dst[i / 8] & (1 << (7 - i % 8))) { code[i] = '1'; } else { code[i] = '0'; } } huff_decode(code, dst_len * 8, tree->root, decoded, &decoded_len); // 输出解码后的数据 for (i = 0; i < decoded_len; i++) { printf("%c", decoded[i]); } printf("\n"); // 释放内存 for (i = 0; i < MAX_NODE_NUM; i++) { free(codes[i]); } free_huff_tree(tree); return 0; } ``` 该示例代码实现了哈夫曼树的构建、哈夫曼编码的计算、哈夫曼编码的实现和哈夫曼解码的实现。在使用时,只需要将需要编码的数据存放在一个 unsigned char 数组中,并传入该数组的长度,即可获得对应的哈夫曼编码后的二进制数据。在解码时,只需要将哈夫曼编码后的二进制数据转换为对应的字符数组即可。
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