c语言实现哈夫曼编码压缩

时间: 2023-07-26 13:13:08 浏览: 60
好的,实现哈夫曼编码压缩的步骤如下: 1. 统计字符频率:遍历待压缩的文件,统计每个字符出现的次数,将结果存储在一个频率表中。 2. 构建哈夫曼树:根据字符频率表构建哈夫曼树,构建过程中需要用到最小堆。 3. 生成编码表:根据哈夫曼树,生成每个字符对应的哈夫曼编码,将结果存储在一个编码表中。 4. 压缩文件:遍历待压缩的文件,将每个字符替换为其对应的哈夫曼编码,重新写入一个压缩后的文件中。 下面是一个简单的C语言实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; }; struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; struct MinHeapNode** array; }; struct MinHeapNode* newNode(char data, unsigned freq) { struct MinHeapNode* temp = (struct MinHeapNode*)malloc (sizeof(struct MinHeapNode)); temp->left = temp->right = NULL; temp->data = data; temp->freq = freq; return temp; } struct MinHeap* createMinHeap(unsigned capacity) { struct MinHeap* minHeap = (struct MinHeap*)malloc(sizeof(struct MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->capacity = capacity; minHeap->array = (struct MinHeapNode**)malloc(minHeap->capacity * sizeof(struct MinHeapNode*)); return minHeap; } void swapMinHeapNode(struct MinHeapNode** a, struct MinHeapNode** b) { struct MinHeapNode* t = *a; *a = *b; *b = t; } void minHeapify(struct 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(struct MinHeap* minHeap) { return (minHeap->size == 1); } struct MinHeapNode* extractMin(struct MinHeap* minHeap) { struct MinHeapNode* temp = minHeap->array[0]; minHeap->array[0] = minHeap->array[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } void insertMinHeap(struct MinHeap* minHeap, struct 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(struct MinHeap* minHeap) { int n = minHeap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) minHeapify(minHeap, i); } void printArr(int arr[], int n) { int i; for (i = 0; i < n; ++i) printf("%d", arr[i]); printf("\n"); } int isLeaf(struct MinHeapNode* root) { return !(root->left) && !(root->right); } struct MinHeap* createAndBuildMinHeap(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeap* minHeap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; ++i) minHeap->array[i] = newNode(data[i], freq[i]); minHeap->size = size; buildMinHeap(minHeap); return minHeap; } struct MinHeapNode* buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *left, *right, *top; struct MinHeap* minHeap = createAndBuildMinHeap(data, freq, size); while (!isSizeOne(minHeap)) { left = extractMin(minHeap); right = extractMin(minHeap); top = newNode('$', left->freq + right->freq); top->left = left; top->right = right; insertMinHeap(minHeap, top); } return extractMin(minHeap); } void printCodes(struct MinHeapNode* root, int arr[], int top) { if (root->left) { arr[top] = 0; printCodes(root->left, arr, top + 1); } if (root->right) { arr[top] = 1; printCodes(root->right, arr, top + 1); } if (isLeaf(root)) { printf("%c: ", root->data); printArr(arr, top); } } void HuffmanCodes(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode* root = buildHuffmanTree(data, freq, size); int arr[MAX_TREE_HT], top = 0; printCodes(root, arr, top); } void compress(char* input, char* output) { FILE* fp1 = fopen(input, "r"); if (fp1 == NULL) { printf("File Not Found!\n"); return; } FILE* fp2 = fopen(output, "w"); char ch; int freq[256] = { 0 }; while ((ch = fgetc(fp1)) != EOF) { freq[ch]++; } char data[256] = { 0 }; int j = 0; for (int i = 0; i < 256; i++) { if (freq[i] != 0) { data[j] = (char)i; j++; } } HuffmanCodes(data, freq, j); rewind(fp1); char buffer = 0, bit_count = 0; while ((ch = fgetc(fp1)) != EOF) { int len = strlen(codes[ch]); for (int i = 0; i < len; i++) { buffer = buffer << 1; if (codes[ch][i] == '1') { buffer = buffer | 1; } bit_count++; if (bit_count == 8) { fwrite(&buffer, 1, 1, fp2); buffer = 0; bit_count = 0; } } } if (bit_count != 0) { buffer = buffer << (8 - bit_count); fwrite(&buffer, 1, 1, fp2); } fclose(fp1); fclose(fp2); } int main() { compress("test.txt", "test.huff"); return 0; } ``` 其中,compress函数实现了文件压缩的过程。在压缩过程中,先统计字符频率,再根据字符频率构建哈夫曼树,生成每个字符对应的哈夫曼编码,最后将每个字符替换为其对应的哈夫曼编码,写入一个压缩后的文件中。

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