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;
}