显示每个字符的哈夫曼编码。 3文件读入一文本,显示对其编码结果,并存盘 4文件读入一组编码,显示对其译码结果,并存盘。 数据结构 c语言 详细注解

时间: 2024-03-17 15:47:53 浏览: 62
首先,需要实现哈夫曼编码的算法,具体步骤如下: 1. 统计每个字符的出现频率 2. 将每个字符以及其出现频率作为叶子节点构建一棵哈夫曼树 3. 遍历哈夫曼树,给每个字符赋予对应的编码(左子树为0,右子树为1) 4. 将编码结果输出并存盘 具体实现可以使用C语言的数据结构来进行,以下是可能用到的一些数据结构及其注解: 1. 字符出现频率的统计可以使用数组来实现,例如: ```c int freq[256] = {0}; // 用于统计每个字符出现的频率,数组下标对应字符ASCII码,初始化为0 ``` 2. 哈夫曼树可以使用二叉树来实现,例如: ```c struct HuffmanNode { char data; // 存储字符 int freq; // 存储出现频率 struct HuffmanNode *leftChild; // 左子树 struct HuffmanNode *rightChild; // 右子树 }; ``` 3. 哈夫曼编码可以使用字符串来实现,例如: ```c char code[256] = {0}; // 用于存储每个字符的编码,数组下标对应字符ASCII码,初始化为0 ``` 4. 读写文件可以使用标准库中的文件操作函数来实现,例如: ```c FILE *fp; // 文件指针 fp = fopen("filename.txt", "r"); // 打开文件,以只读模式打开 if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } // 读取文件内容 char buffer[1024]; while (fgets(buffer, 1024, fp) != NULL) { // 对文件内容进行处理 } fclose(fp); // 关闭文件 ``` 根据以上数据结构及其注解,我们可以实现哈夫曼编码的算法。具体实现代码如下(仅供参考): ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> struct HuffmanNode { char data; // 存储字符 int freq; // 存储出现频率 struct HuffmanNode *leftChild; // 左子树 struct HuffmanNode *rightChild; // 右子树 }; struct MinHeap { int size; // 当前堆中元素个数 int capacity; // 堆的容量 struct HuffmanNode **array; // 存储哈夫曼树节点的数组 }; // 创建一个新的哈夫曼树节点 struct HuffmanNode *newHuffmanNode(char data, int freq) { struct HuffmanNode *node = (struct HuffmanNode *) malloc(sizeof(struct HuffmanNode)); node->data = data; node->freq = freq; node->leftChild = NULL; node->rightChild = NULL; return node; } // 创建一个新的最小堆 struct MinHeap *createMinHeap(int capacity) { struct MinHeap *heap = (struct MinHeap *) malloc(sizeof(struct MinHeap)); heap->size = 0; heap->capacity = capacity; heap->array = (struct HuffmanNode **) malloc(capacity * sizeof(struct HuffmanNode *)); return heap; } // 交换两个节点 void swapNodes(struct HuffmanNode **a, struct HuffmanNode **b) { struct HuffmanNode *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } // 维护堆的性质 void minHeapify(struct MinHeap *heap, int index) { int smallest = index; int left = 2 * index + 1; int right = 2 * index + 2; if (left < heap->size && heap->array[left]->freq < heap->array[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < heap->size && heap->array[right]->freq < heap->array[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != index) { swapNodes(&heap->array[smallest], &heap->array[index]); minHeapify(heap, smallest); } } // 检查堆是否为空 int isMinHeapEmpty(struct MinHeap *heap) { return (heap->size == 0); } // 获取堆中最小的节点 struct HuffmanNode *extractMin(struct MinHeap *heap) { struct HuffmanNode *minNode = heap->array[0]; heap->array[0] = heap->array[heap->size - 1]; heap->size--; minHeapify(heap, 0); return minNode; } // 插入一个新的节点到堆中 void insertMinHeap(struct MinHeap *heap, struct HuffmanNode *node) { heap->size++; int i = heap->size - 1; while (i && node->freq < heap->array[(i - 1) / 2]->freq) { heap->array[i] = heap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } heap->array[i] = node; } // 检查堆中是否只有一个节点 int isSizeOne(struct MinHeap *heap) { return (heap->size == 1); } // 构建哈夫曼树 struct HuffmanNode *buildHuffmanTree(char *data, int *freq, int size) { struct HuffmanNode *left, *right, *top; struct MinHeap *heap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; i++) { insertMinHeap(heap, newHuffmanNode(data[i], freq[i])); } while (!isMinHeapEmpty(heap)) { left = extractMin(heap); right = extractMin(heap); top = newHuffmanNode('$', left->freq + right->freq); top->leftChild = left; top->rightChild = right; insertMinHeap(heap, top); } return extractMin(heap); } // 将编码结果输出并存盘 void printCodes(struct HuffmanNode *root, char *prefix, char *code) { if (root) { if (root->leftChild == NULL && root->rightChild == NULL) { printf("%c: %s\n", root->data, prefix); int index = (int) root->data; strcpy(&code[index], prefix); } else { int len = strlen(prefix); char *leftPrefix = (char *) malloc((len + 2) * sizeof(char)); strcpy(leftPrefix, prefix); leftPrefix[len] = '0'; leftPrefix[len + 1] = '\0'; printCodes(root->leftChild, leftPrefix, code); char *rightPrefix = (char *) malloc((len + 2) * sizeof(char)); strcpy(rightPrefix, prefix); rightPrefix[len] = '1'; rightPrefix[len + 1] = '\0'; printCodes(root->rightChild, rightPrefix, code); } } } // 哈夫曼编码函数 void huffmanEncode(char *data, int size) { int freq[256] = {0}; char code[256] = {0}; // 统计每个字符的出现频率 for (int i = 0; i < size; i++) { freq[(int) data[i]]++; } // 构建哈夫曼树 struct HuffmanNode *root = buildHuffmanTree(data, freq, 256); // 输出每个字符的编码 char prefix[256] = {'\0'}; printCodes(root, prefix, code); // 将编码结果写入文件 FILE *fp; fp = fopen("code.txt", "w"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } fwrite(code, 1, 256, fp); fclose(fp); } // 哈夫曼译码函数 void huffmanDecode() { char code[256] = {0}; char data[256] = {0}; char buffer[1024]; // 读取编码结果 FILE *fp; fp = fopen("code.txt", "r"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } fread(code, 1, 256, fp); fclose(fp); // 将编码结果转换为哈夫曼树 struct HuffmanNode *root = newHuffmanNode('$', 0); for (int i = 0; i < 256; i++) { if (code[i] != '\0') { struct HuffmanNode *node = root; for (int j = 0; j < strlen(&code[i]); j++) { if (code[i + j] == '0') { if (node->leftChild == NULL) { node->leftChild = newHuffmanNode('$', 0); } node = node->leftChild; } else if (code[i + j] == '1') { if (node->rightChild == NULL) { node->rightChild = newHuffmanNode('$', 0); } node = node->rightChild; } } node->data = (char) i; } } // 读取译码用的编码 fp = fopen("input.txt", "r"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } while (fgets(buffer, 1024, fp) != NULL) { strcat(data, buffer); } fclose(fp); // 译码并将结果写入文件 fp = fopen("output.txt", "w"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } struct HuffmanNode *node = root; for (int i = 0; i < strlen(data); i++) { if (data[i] == '0') { node = node->leftChild; } else if (data[i] == '1') { node = node->rightChild; } if (node->leftChild == NULL && node->rightChild == NULL) { fwrite(&node->data, 1, 1, fp); node = root; } } fclose(fp); } int main() { // 读取需要编码的文件 char data[1024]; FILE *fp; fp = fopen("input.txt", "r"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file."); exit(1); } fgets(data, 1024, fp); fclose(fp); // 进行哈夫曼编码 huffmanEncode(data, strlen(data)); // 进行哈夫曼译码 huffmanDecode(); return 0; } ```
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