哈弗曼编码压缩文件c语言实现

时间: 2023-04-02 21:01:42 浏览: 73
可以回答这个问题。哈弗曼编码是一种常用的数据压缩算法,可以通过统计字符出现频率,构建哈弗曼树,然后生成对应的编码表,将原始数据进行编码压缩。在 C 语言中,可以使用数组和结构体等数据结构来实现哈弗曼编码压缩文件。
相关问题

java实现lz77+哈弗曼压缩文件

以下是Java实现LZ77+哈夫曼压缩文件的代码示例: ```java import java.io.*; import java.util.*; public class LZ77HuffmanCompressor { private static final int WINDOW_SIZE = 2048; private static final int LOOKAHEAD_BUFFER_SIZE = 64; private static final int MAX_MATCH_LENGTH = 15; private static final int MIN_MATCH_LENGTH = 3; public static void compress(String inputFilePath, String outputFilePath) throws IOException { // 读取输入文件 byte[] inputBytes = readBytesFromFile(inputFilePath); // 初始化哈夫曼编码器 HuffmanEncoder huffmanEncoder = new HuffmanEncoder(); // 初始化输出流 BitOutputStream bitOutputStream = new BitOutputStream(new FileOutputStream(outputFilePath)); // 写入文件头 bitOutputStream.writeBits(0x4C5A3737, 32); // "LZ77"的ASCII码 bitOutputStream.writeBits(inputBytes.length, 32); // 原始文件长度 // 初始化滑动窗口和前瞻缓冲区 byte[] window = new byte[WINDOW_SIZE]; byte[] lookaheadBuffer = new byte[LOOKAHEAD_BUFFER_SIZE]; int windowStartIndex = 0; int lookaheadBufferEndIndex = 0; // LZ77压缩 while (lookaheadBufferEndIndex < inputBytes.length) { // 查找最长匹配 int matchLength = 0; int matchOffset = 0; for (int i = Math.max(lookaheadBufferEndIndex - WINDOW_SIZE, 0); i < lookaheadBufferEndIndex; i++) { int length = getMatchLength(inputBytes, i, lookaheadBuffer, lookaheadBufferEndIndex, MAX_MATCH_LENGTH); if (length > matchLength) { matchLength = length; matchOffset = lookaheadBufferEndIndex - i; } } // 写入匹配信息 if (matchLength >= MIN_MATCH_LENGTH) { bitOutputStream.writeBits(1, 1); // 标记为匹配 bitOutputStream.writeBits(matchOffset - 1, 11); // 写入匹配偏移量 bitOutputStream.writeBits(matchLength - MIN_MATCH_LENGTH, 4); // 写入匹配长度 lookaheadBufferEndIndex += matchLength; } else { bitOutputStream.writeBits(0, 1); // 标记为字面量 huffmanEncoder.encode(inputBytes[lookaheadBufferEndIndex], bitOutputStream); // 写入字面量 lookaheadBufferEndIndex++; } // 更新滑动窗口和前瞻缓冲区 if (lookaheadBufferEndIndex - windowStartIndex > WINDOW_SIZE) { windowStartIndex = lookaheadBufferEndIndex - WINDOW_SIZE; } System.arraycopy(inputBytes, windowStartIndex, window, 0, lookaheadBufferEndIndex - windowStartIndex); System.arraycopy(inputBytes, lookaheadBufferEndIndex, lookaheadBuffer, 0, Math.min(LOOKAHEAD_BUFFER_SIZE, inputBytes.length - lookaheadBufferEndIndex)); windowStartIndex = Math.max(lookaheadBufferEndIndex - WINDOW_SIZE, 0); } // 写入文件尾 bitOutputStream.writeBits(1, 1); // 标记为结束 bitOutputStream.flush(); bitOutputStream.close(); } public static void decompress(String inputFilePath, String outputFilePath) throws IOException { // 读取输入文件 byte[] inputBytes = readBytesFromFile(inputFilePath); // 初始化哈夫曼解码器 HuffmanDecoder huffmanDecoder = new HuffmanDecoder(); // 初始化输入流 BitInputStream bitInputStream = new BitInputStream(new FileInputStream(inputFilePath)); // 读取文件头 int magicNumber = bitInputStream.readBits(32); if (magicNumber != 0x4C5A3737) { throw new RuntimeException("Invalid file format"); } int originalLength = bitInputStream.readBits(32); // 初始化滑动窗口和前瞻缓冲区 byte[] window = new byte[WINDOW_SIZE]; byte[] lookaheadBuffer = new byte[LOOKAHEAD_BUFFER_SIZE]; int windowStartIndex = 0; int lookaheadBufferEndIndex = 0; // LZ77解压 ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); while (true) { int flag = bitInputStream.readBits(1); if (flag == 0) { // 字面量 byte b = huffmanDecoder.decode(bitInputStream); byteArrayOutputStream.write(b); window[lookaheadBufferEndIndex % WINDOW_SIZE] = b; lookaheadBufferEndIndex++; } else if (flag == 1) { // 匹配 int matchOffset = bitInputStream.readBits(11) + 1; int matchLength = bitInputStream.readBits(4) + MIN_MATCH_LENGTH; for (int i = 0; i < matchLength; i++) { byte b = window[(lookaheadBufferEndIndex - matchOffset + i) % WINDOW_SIZE]; byteArrayOutputStream.write(b); window[lookaheadBufferEndIndex % WINDOW_SIZE] = b; lookaheadBufferEndIndex++; } } else { // 结束 break; } // 更新滑动窗口和前瞻缓冲区 if (lookaheadBufferEndIndex - windowStartIndex > WINDOW_SIZE) { windowStartIndex = lookaheadBufferEndIndex - WINDOW_SIZE; } System.arraycopy(inputBytes, windowStartIndex / 8, window, 0, (lookaheadBufferEndIndex - windowStartIndex + 7) / 8); System.arraycopy(inputBytes, (lookaheadBufferEndIndex + 7) / 8, lookaheadBuffer, 0, Math.min(LOOKAHEAD_BUFFER_SIZE, (originalLength - lookaheadBufferEndIndex))); windowStartIndex = Math.max(lookaheadBufferEndIndex - WINDOW_SIZE, 0); } // 写入输出文件 writeBytesToFile(outputFilePath, byteArrayOutputStream.toByteArray()); bitInputStream.close(); } private static int getMatchLength(byte[] inputBytes, int inputIndex, byte[] lookaheadBuffer, int lookaheadBufferEndIndex, int maxLength) { int length = 0; while (length < maxLength && lookaheadBufferEndIndex + length < inputBytes.length && inputBytes[inputIndex + length] == lookaheadBuffer[lookaheadBufferEndIndex + length]) { length++; } return length; } private static byte[] readBytesFromFile(String filePath) throws IOException { FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath); byte[] bytes = fileInputStream.readAllBytes(); fileInputStream.close(); return bytes; } private static void writeBytesToFile(String filePath, byte[] bytes) throws IOException { FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(filePath); fileOutputStream.write(bytes); fileOutputStream.close(); } private static class BitInputStream { private final InputStream inputStream; private int currentByte; private int bitsRemaining; public BitInputStream(InputStream inputStream) { this.inputStream = inputStream; this.currentByte = 0; this.bitsRemaining = 0; } public int readBits(int numBits) throws IOException { int result = 0; while (numBits > 0) { if (bitsRemaining == 0) { currentByte = inputStream.read(); bitsRemaining = 8; } int bitsToRead = Math.min(numBits, bitsRemaining); int shift = bitsRemaining - bitsToRead; int mask = (1 << bitsToRead) - 1; result |= (currentByte >> shift) & mask; numBits -= bitsToRead; bitsRemaining -= bitsToRead; } return result; } public void close() throws IOException { inputStream.close(); } } private static class BitOutputStream { private final OutputStream outputStream; private int currentByte; private int bitsRemaining; public BitOutputStream(OutputStream outputStream) { this.outputStream = outputStream; this.currentByte = 0; this.bitsRemaining = 8; } public void writeBits(int value, int numBits) throws IOException { while (numBits > 0) { int bitsToWrite = Math.min(numBits, bitsRemaining); int shift = bitsRemaining - bitsToWrite; int mask = (1 << bitsToWrite) - 1; currentByte |= (value & mask) << shift; numBits -= bitsToWrite; bitsRemaining -= bitsToWrite; if (bitsRemaining == 0) { outputStream.write(currentByte); currentByte = 0; bitsRemaining = 8; } } } public void flush() throws IOException { if (bitsRemaining < 8) { outputStream.write(currentByte); } } public void close() throws IOException { flush(); outputStream.close(); } } private static class HuffmanEncoder { private final Map<Byte, String> codeMap; public HuffmanEncoder() { codeMap = new HashMap<>(); } public void encode(byte b, BitOutputStream bitOutputStream) throws IOException { String code = codeMap.get(b); if (code == null) { throw new RuntimeException("Huffman code not found for byte: " + b); } for (char c : code.toCharArray()) { bitOutputStream.writeBits(c - '0', 1); } } public void buildCodeMap(byte[] inputBytes) { Map<Byte, Integer> frequencyMap = new HashMap<>(); for (byte b : inputBytes) { frequencyMap.put(b, frequencyMap.getOrDefault(b, 0) + 1); } PriorityQueue<Node> priorityQueue = new PriorityQueue<>(); for (Map.Entry<Byte, Integer> entry : frequencyMap.entrySet()) { priorityQueue.offer(new Node(entry.getKey(), entry.getValue())); } while (priorityQueue.size() > 1) { Node left = priorityQueue.poll(); Node right = priorityQueue.poll(); priorityQueue.offer(new Node(null, left.frequency + right.frequency, left, right)); } Node root = priorityQueue.poll(); buildCodeMap(root, ""); } private void buildCodeMap(Node node, String code) { if (node.isLeaf()) { codeMap.put(node.b, code); } else { buildCodeMap(node.left, code + "0"); buildCodeMap(node.right, code + "1"); } } private static class Node implements Comparable<Node> { private final Byte b; private final int frequency; private final Node left; private final Node right; public Node(Byte b, int frequency) { this.b = b; this.frequency = frequency; this.left = null; this.right = null; } public Node(Byte b, int frequency, Node left, Node right) { this.b = b; this.frequency = frequency; this.left = left; this.right = right; } public boolean isLeaf() { return left == null && right == null; } @Override public int compareTo(Node other) { return frequency - other.frequency; } } } private static class HuffmanDecoder { private final Map<String, Byte> codeMap; public HuffmanDecoder() { codeMap = new HashMap<>(); } public byte decode(BitInputStream bitInputStream) throws IOException { StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); while (true) { int bit = bitInputStream.readBits(1); stringBuilder.append(bit); Byte b = codeMap.get(stringBuilder.toString()); if (b != null) { return b; } } } public void buildCodeMap(byte[] inputBytes) { Map<Byte, Integer> frequencyMap = new HashMap<>(); for (byte b : inputBytes) { frequencyMap.put(b, frequencyMap.getOrDefault(b, 0) + 1); } PriorityQueue<Node> priorityQueue = new PriorityQueue<>(); for (Map.Entry<Byte, Integer> entry : frequencyMap.entrySet()) { priorityQueue.offer(new Node(entry.getKey(), entry.getValue())); } while (priorityQueue.size() > 1) { Node left = priorityQueue.poll(); Node right = priorityQueue.poll(); priorityQueue.offer(new Node(null, left.frequency + right.frequency, left, right)); } Node root = priorityQueue.poll(); buildCodeMap(root, ""); } private void buildCodeMap(Node node, String code) { if (node.isLeaf()) { codeMap.put(code, node.b); } else { buildCodeMap(node.left, code + "0"); buildCodeMap(node.right, code + "1"); } } private static class Node implements Comparable<Node> { private final Byte b; private final int frequency; private final Node left; private final Node right; public Node(Byte b, int frequency) { this.b = b; this.frequency = frequency; this.left = null; this.right = null; } public Node(Byte b, int frequency, Node left, Node right) { this.b = b; this.frequency = frequency; this.left = left; this.right = right; } public boolean isLeaf() { return left == null && right == null; } @Override public int compareTo(Node other) { return frequency - other.frequency; } } } } ```

c语言压缩文本文件字符

在C语言中,可以使用一些方法来压缩文本文件中的字符。 1. RLE压缩(Run-Length Encoding):这种方法基于统计连续出现的字符的个数。当字符连续出现时,可以将字符和次数进行编码,用更短的表示方式来代替重复的字符。例如,将"AAAABBBCCDAA"压缩为"4A3B2C1D2A"。 2. 字典压缩:创建一个字符字典,将每个字符映射到一个唯一的编码,然后用编码替代字符。可以使用哈弗曼编码或者LZW压缩算法来实现。哈弗曼编码是一种变长编码方式,出现频率高的字符使用较短的编码,出现频率低的字符使用较长的编码。LZW压缩算法则是在字典中不断添加字符组合,并用较短的编码表示较长的字符组合。 3. 使用压缩库:C语言提供了一些开源的压缩库,如zlib。这些库提供了一些函数和接口,让开发者可以在代码中调用来进行文本文件的压缩和解压缩操作。 以上是一些常用的方法来压缩文本文件中的字符,开发者可以根据需求选择合适的方法。在实际应用中,还需要考虑压缩后的文件大小、解压缩的速度以及压缩算法的复杂度等因素。

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