LZW压缩算法及应用 基本要求 ① 在一个文本文件上实现LZW压缩和解压缩，其中每个字符就是该文本的8位ASCII码。 ② 在实现LZW过程中需要仔细考虑如何在编译表中找到匹配或找不到匹配，需要注意匹配算法的时间、空间开销。用c语言编写一个完整的代码可运行的

LZW压缩算法是一种常用的无损压缩算法，它可以在不损失数据的情况下减小文件的大小。以下是一个基于C语言的LZW压缩和解压缩程序示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAX_DICT_SIZE 4096   // 最大字典大小
#define MAX_CODE_LEN 12      // 最大编码长度

unsigned char buffer[MAX_DICT_SIZE];  // 字典缓冲区
int dict[MAX_DICT_SIZE];              // 字典表
int dict_size;                        // 字典大小

// 初始化字典
void init_dict() {
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        buffer[i] = i;
        dict[i] = i;
    }
    dict_size = 256;
}

// 压缩函数
void compress(FILE* input, FILE* output) {
    int code = 0;
    int next_code = 256;
    int len = 0;
    int c = fgetc(input);

    while (c != EOF) {
        buffer[len++] = c;
        while (len > 0) {
            int i = 0;
            while (i < len && dict[code + buffer[i]] != 0) {
                code += dict[code + buffer[i]];
                i++;
            }
            if (i == len) {
                break;
            }
            fputc(code, output);
            dict[code + buffer[i]] = next_code++;
            code = buffer[i];
            len -= i;
            memmove(buffer, buffer + i, len);
            if (next_code >= MAX_DICT_SIZE) {
                init_dict();
                next_code = 256;
            }
        }
        c = fgetc(input);
    }
    if (len > 0) {
        fputc(code, output);
    }
}

// 解压缩函数
void decompress(FILE* input, FILE* output) {
    int code = 0;
    int next_code = 256;
    int len = 0;
    int c = fgetc(input);

    while (c != EOF) {
        buffer[len++] = c;
        if (len >= MAX_CODE_LEN) {
            fprintf(stderr, "Error: Maximum code length exceeded.");
            exit(1);
        }
        if (dict[c] != 0) {
            code = dict[c];
        } else if (c == next_code) {
            code = buffer[0];
        } else {
            fprintf(stderr, "Error: Invalid compressed data.");
            exit(1);
        }
        fputc(code, output);
        dict[next_code++] = dict[c] + buffer[0];
        if (next_code >= MAX_DICT_SIZE) {
            init_dict();
            next_code = 256;
        }
        c = fgetc(input);
    }
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 4) {
        fprintf(stderr, "Usage: lzw <mode> <input file> <output file>\n");
        exit(1);
    }
    char* mode = argv[1];
    char* input_file = argv[2];
    char* output_file = argv[3];
    FILE* input = fopen(input_file, "rb");
    FILE* output = fopen(output_file, "wb");

    if (input == NULL || output == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error: Failed to open file.\n");
        exit(1);
    }

    init_dict();
    if (strcmp(mode, "-c") == 0) {
        compress(input, output);
    } else if (strcmp(mode, "-d") == 0) {
        decompress(input, output);
    } else {
        fprintf(stderr, "Error: Invalid mode.\n");
        exit(1);
    }

    fclose(input);
    fclose(output);
    return 0;
}

上述代码中，`compress()`函数实现了LZW压缩算法，`decompress()`函数实现了LZW解压缩算法。`init_dict()`函数用于初始化字典表。在压缩和解压缩过程中，字典表的大小最多可以达到4096个条目，每个条目由12位编码组成。如果字典表大小达到了4096个条目，则程序将重新初始化字典表并从256重新开始编码。

在程序中，`compress()`函数将读入的数据与字典表中的编码进行匹配，并将匹配的编码写入输出文件。如果找不到匹配的编码，则将当前匹配的字符串添加到字典表中，并将其编码写入输出文件。`decompress()`函数则直接读取输入文件中的编码，并在字典表中查找对应的字符串。

注意：由于LZW算法产生的编码可能会超过8位，因此在压缩和解压缩过程中需要使用16位或更高位的整数来存储编码。在本例中，我们使用了32位整数来存储编码，但实际上只用到了12位。另外，本例中使用了文件输入输出，实际应用中可能需要进行适当的修改。