c语言哈夫曼压缩及解压

哈夫曼压缩是一种常用的数据压缩算法，可以有效地减少数据文件的大小。在C语言中，可以通过实现哈夫曼编码和解码来实现数据的压缩和解压。

首先，实现哈夫曼编码，需要构建哈夫曼树和编码表。可以通过使用优先队列来构建哈夫曼树，然后通过递归的方式生成每个字符对应的哈夫曼编码。在C语言中，可以使用结构体来表示哈夫曼树节点，并使用数组来表示编码表。

接着，利用生成的编码表来将原始数据进行编码。对于每个字符，根据编码表找到对应的哈夫曼编码，并将其写入到输出文件中。这样就实现了数据的压缩。

解压的过程与压缩相反，首先需要读取压缩文件中的编码表和编码后的数据。然后根据编码表和哈夫曼树来对数据进行解码，将其还原为原始的字符序列。

在C语言中，可以通过使用文件操作函数来读写文件，以及使用动态内存分配函数来构建哈夫曼树和编码表。通过合理设计数据结构和使用适当的算法，可以有效地实现哈夫曼压缩和解压。

总之，通过在C语言中实现哈夫曼编码和解码，可以实现数据的高效压缩和解压，从而节省存储空间和提高数据传输效率。

相关问题

c语言哈夫曼树压缩解压文件

以下是C语言实现哈夫曼树压缩解压文件的步骤和代码示例：

1. 定义哈夫曼树节点结构体和哈夫曼编码表结构体

typedef struct {
    unsigned int weight; // 字符权重
    unsigned int parent, lchild, rchild; // 父节点、左子节点、右子节点
} HTNode, *HuffmanTree;

typedef char** HuffmanCode; // 动态分配数组存储哈夫曼编码表

2. 定义哈夫曼树相关函数

// 选择权值最小的两个节点
void select(HuffmanTree HT, int n, int* s1, int* s2);

// 建立哈夫曼树
void createHuffmanTree(HuffmanTree* HT, int n);

// 生成哈夫曼编码
void createHuffmanCode(HuffmanTree HT, HuffmanCode* HC, int n);

// 压缩文件
void compressFile(char* inputFile, char* outputFile, HuffmanCode HC);

// 解压文件
void decompressFile(char* inputFile, char* outputFile, HuffmanTree HT, int fileLength);

3. 实现哈夫曼树相关函数

// 选择权值最小的两个节点
void select(HuffmanTree HT, int n, int* s1, int* s2) {
    int i;
    unsigned int min1 = UINT_MAX, min2 = UINT_MAX; // 初始化为最大值
    for (i = 1; i <= n; i++) {
        if (HT[i].parent == 0) { // 只考虑未被选中的节点
            if (HT[i].weight < min1) {
                min2 = min1;
                *s2 = *s1;
                min1 = HT[i].weight;
                *s1 = i;
            }
            else if (HT[i].weight < min2) {
                min2 = HT[i].weight;
                *s2 = i;
            }
        }
    }
}

// 建立哈夫曼树
void createHuffmanTree(HuffmanTree* HT, int n) {
    if (n <= 1) {
        return;
    }
    int m = 2 * n - 1; // 哈夫曼树总节点数
    *HT = (HuffmanTree)malloc((m + 1) * sizeof(HTNode)); // 动态分配数组存储哈夫曼树
    int i;
    for (i = 1; i <= n; i++) { // 初始化前n个节点
        (*HT)[i].weight = 0;
        (*HT)[i].parent = 0;
        (*HT)[i].lchild = 0;
        (*HT)[i].rchild = 0;
    }
    for (i = n + 1; i <= m; i++) { // 初始化后m-n个节点
        (*HT)[i].weight = 0;
        (*HT)[i].parent = 0;
        (*HT)[i].lchild = 0;
        (*HT)[i].rchild = 0;
    }
    for (i = 1; i <= n; i++) { // 输入前n个节点的权值
        scanf("%d", &((*HT)[i].weight));
    }
    int s1, s2;
    for (i = n + 1; i <= m; i++) { // 构造哈夫曼树
        select(*HT, i - 1, &s1, &s2);
        (*HT)[s1].parent = i;
        (*HT)[s2].parent = i;
        (*HT)[i].lchild = s1;
        (*HT)[i].rchild = s2;
        (*HT)[i].weight = (*HT)[s1].weight + (*HT)[s2].weight;
    }
}

// 生成哈夫曼编码
void createHuffmanCode(HuffmanTree HT, HuffmanCode* HC, int n) {
    *HC = (HuffmanCode)malloc((n + 1) * sizeof(char*)); // 动态分配数组存储哈夫曼编码表
    char* code = (char*)malloc(n * sizeof(char)); // 分配临时存储编码的空间
    code[n - 1] = '\0'; // 编码结束符
    int i;
    for (i = 1; i <= n; i++) { // 逐个字符求哈夫曼编码
        int start = n - 1; // 编码结束符位置
        int c = i; // 从叶子节点开始向上回溯
        int f = HT[i].parent;
        while (f != 0) { // 直到回溯到根节点
            if (HT[f].lchild == c) {
                code[--start] = '0';
            }
            else {
                code[--start] = '1';
            }
            c = f;
            f = HT[f].parent;
        }
        (*HC)[i] = (char*)malloc((n - start) * sizeof(char)); // 分配存储编码的空间
        strcpy((*HC)[i], &code[start]); // 复制编码
    }
    free(code); // 释放临时存储编码的空间
}

// 压缩文件
void compressFile(char* inputFile, char* outputFile, HuffmanCode HC) {
    FILE* in = fopen(inputFile, "rb"); // 以二进制方式打开输入文件
    FILE* out = fopen(outputFile, "wb"); // 以二进制方式打开输出文件
    unsigned char c; // 读入的字符
    unsigned char buffer = 0; // 缓存区
    int count = 0; // 缓存区中剩余的位数
    while (fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, in) == 1) { // 逐个字符读入
        char* code = HC[c]; // 获取哈夫曼编码
        while (*code != '\0') { // 逐位写入缓存区
            if (*code == '1') {
                buffer = buffer | (1 << count);
            }
            count++;
            if (count == 8) { // 缓存区满了，写入输出文件
                fwrite(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, out);
                buffer = 0;
                count = 0;
            }
            code++;
        }
    }
    if (count > 0) { // 最后一个字节不足8位，补0写入输出文件
        buffer = buffer << (8 - count);
        fwrite(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, out);
    }
    fclose(in); // 关闭输入文件
    fclose(out); // 关闭输出文件
}

// 解压文件
void decompressFile(char* inputFile, char* outputFile, HuffmanTree HT, int fileLength) {
    FILE* in = fopen(inputFile, "rb"); // 以二进制方式打开输入文件
    FILE* out = fopen(outputFile, "wb"); // 以二进制方式打开输出文件
    unsigned char c; // 读入的字符
    int p = 2 * fileLength - 1; // 指向哈夫曼树根节点
    while (fread(&c, sizeof(unsigned char), 1, in) == 1) { // 逐个字节读入
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++) { // 逐位解码
            if ((c & (1 << (7 - i))) == 0) {
                p = HT[p].lchild;
            }
            else {
                p = HT[p].rchild;
            }
            if (HT[p].lchild == 0 && HT[p].rchild == 0) { // 到达叶子节点，写入输出文件
                fwrite(&(HT[p].weight), sizeof(unsigned char), 1, out);
                p = 2 * fileLength - 1; // 指向哈夫曼树根节点
            }
        }
    }
    fclose(in); // 关闭输入文件
    fclose(out); // 关闭输出文件
}

4. 调用函数进行压缩解压文件

int main() {
    HuffmanTree HT;
    HuffmanCode HC;
    int n = 256; // 字符集大小
    createHuffmanTree(&HT, n); // 建立哈夫曼树
    createHuffmanCode(HT, &HC, n); // 生成哈夫曼编码
    compressFile("input.txt", "output.dat", HC); // 压缩文件
    decompressFile("output.dat", "output.txt", HT, n); // 解压文件
    return 0;
}

c语言哈夫曼编码压缩文件

C语言实现哈夫曼编码压缩文件的过程可以分为以下几个步骤：

1. 统计字符频率：从输入的文本文件中读取字符，并统计每个字符出现的频率。

2. 构建哈夫曼树：根据字符频率构建哈夫曼树。哈夫曼树是一种最优二叉树，其中频率较低的字符位于树的较低层，频率较高的字符位于树的较高层。

3. 生成哈夫曼编码表：通过遍历哈夫曼树，为每个字符生成对应的哈夫曼编码。哈夫曼编码是由0和1组成的二进制编码，用于表示每个字符。

4. 压缩文件：将输入的文本文件中的字符根据哈夫曼编码表进行编码，并将编码后的二进制数据写入输出文件。这样可以实现对文本文件的压缩。

5. 计算压缩率：通过比较压缩后的文件大小与原始文件大小，计算出压缩率。压缩率越高，表示压缩效果越好。

6. 解压文件：读取压缩文件中的二进制数据，并根据哈夫曼编码表进行解码，将解码后的字符写入输出文件。这样可以实现对压缩文件的解压缩。

以下是一个C语言实现哈夫曼编码压缩文件的示例代码：

// 哈夫曼树节点结构体
typedef struct Node {
    char data; // 字符
    int freq; // 频率
    struct Node* left;
    struct Node* right;
} Node;

// 构建哈夫曼树
Node* buildHuffmanTree(char* text);

// 生成哈夫曼编码表
void generateHuffmanCodes(Node* root, char* code, int depth, char** codes);

// 压缩文件
void compressFile(char* inputFile, char* outputFile, char** codes);

// 解压文件
void decompressFile(char* inputFile, char* outputFile, Node* root);

// 计算文件大小
long getFileSize(FILE* file);

// 计算压缩率
float calculateCompressionRatio(long originalSize, long compressedSize);

int main() {
    char* inputFile = "input.txt";
    char* compressedFile = "compressed.bin";
    char* decompressedFile = "decompressed.txt";

    // 构建哈夫曼树
    Node* root = buildHuffmanTree(inputFile);

    // 生成哈夫曼编码表
    char* codes[256];
    generateHuffmanCodes(root, "", 0, codes);

    // 压缩文件
    compressFile(inputFile, compressedFile, codes);

    // 解压文件
    decompressFile(compressedFile, decompressedFile, root);

    // 计算文件大小和压缩率
    FILE* inputFilePtr = fopen(inputFile, "rb");
    FILE* compressedFilePtr = fopen(compressedFile, "rb");
    long originalSize = getFileSize(inputFilePtr);
    long compressedSize = getFileSize(compressedFilePtr);
    float compressionRatio = calculateCompressionRatio(originalSize, compressedSize);

    printf("Compression ratio: %.2f%%\n", compressionRatio);

    // 释放内存
    // ...

    return 0;
}