用c++写一个哈夫曼树,可以读取输入3个TXT文件,并根据文件构造哈夫曼编码,把最优写入输出文件,代码要有注释。

时间: 2024-06-09 15:11:40 浏览: 120
首先,哈夫曼编码是一种无损压缩算法,可以通过构造哈夫曼树来实现。哈夫曼树是一种二叉树,它的左子树表示0,右子树表示1,每个叶子节点都对应一个字符,它的路径就是该字符的哈夫曼编码。 下面是 C 语言实现哈夫曼树的代码,可以读取输入3个 TXT 文件,并根据文件构造哈夫曼编码,把最优写入输出文件: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_SIZE 256 #define MAX_BIT 8 typedef struct node { char data; int freq; struct node *left; struct node *right; } Node; typedef struct { int size; Node *data[MAX_SIZE]; } Heap; typedef struct { char code[MAX_SIZE][MAX_BIT]; int size; } CodeTable; void init_heap(Heap *heap) { heap->size = 0; } void push_heap(Heap *heap, Node *node) { int i = heap->size++; int j = (i - 1) / 2; while (i > 0 && heap->data[j]->freq > node->freq) { heap->data[i] = heap->data[j]; i = j; j = (i - 1) / 2; } heap->data[i] = node; } Node *pop_heap(Heap *heap) { Node *node = heap->data[0]; Node *last = heap->data[--heap->size]; int i = 0; int j = 1; while (j < heap->size) { if (j + 1 < heap->size && heap->data[j + 1]->freq < heap->data[j]->freq) { j++; } if (last->freq <= heap->data[j]->freq) { break; } heap->data[i] = heap->data[j]; i = j; j = i * 2 + 1; } heap->data[i] = last; return node; } Node *build_tree(Heap *heap) { while (heap->size > 1) { Node *left = pop_heap(heap); Node *right = pop_heap(heap); Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->data = 0; node->freq = left->freq + right->freq; node->left = left; node->right = right; push_heap(heap, node); } return heap->data[0]; } void encode(Node *root, CodeTable *table, char code[], int depth) { if (root->left == NULL && root->right == NULL) { memcpy(table->code[root->data], code, depth); table->size++; return; } code[depth] = '0'; encode(root->left, table, code, depth + 1); code[depth] = '1'; encode(root->right, table, code, depth + 1); } void print_tree(Node *root, int depth) { if (root == NULL) { return; } for (int i = 0; i < depth; i++) { printf(" "); } if (root->left == NULL && root->right == NULL) { printf("'%c' (%d)\n", root->data, root->freq); } else { printf("(%d)\n", root->freq); print_tree(root->left, depth + 1); print_tree(root->right, depth + 1); } } void print_table(CodeTable *table) { for (int i = 0; i < table->size; i++) { printf("'%c': %s\n", i, table->code[i]); } } void write_tree(Node *root, FILE *out) { if (root == NULL) { return; } if (root->left == NULL && root->right == NULL) { fputc('L', out); fputc(root->data, out); } else { fputc('N', out); write_tree(root->left, out); write_tree(root->right, out); } } void write_table(CodeTable *table, FILE *out) { fputc(table->size, out); for (int i = 0; i < table->size; i++) { fputc(i, out); fputc(strlen(table->code[i]), out); fwrite(table->code[i], strlen(table->code[i]), 1, out); } } void read_tree(Node **root, FILE *in) { int type = fgetc(in); if (type == 'L') { char data = fgetc(in); Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->data = data; node->freq = 0; node->left = NULL; node->right = NULL; *root = node; } else if (type == 'N') { Node *left = NULL; Node *right = NULL; read_tree(&left, in); read_tree(&right, in); Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->data = 0; node->freq = 0; node->left = left; node->right = right; *root = node; } } void read_table(CodeTable *table, FILE *in) { table->size = fgetc(in); for (int i = 0; i < table->size; i++) { int index = fgetc(in); int length = fgetc(in); fread(table->code[index], length, 1, in); table->code[index][length] = '\0'; } } void encode_file(char *filename, CodeTable *table, char *outname) { FILE *in = fopen(filename, "rb"); FILE *out = fopen(outname, "wb"); char bit = 0; int len = 0; int ch = 0; while ((ch = fgetc(in)) != EOF) { char *code = table->code[ch]; for (int i = 0; i < strlen(code); i++) { bit |= (code[i] - '0') << (7 - len); len++; if (len == 8) { fputc(bit, out); bit = 0; len = 0; } } } if (len > 0) { fputc(bit, out); } fclose(in); fclose(out); } void decode_file(Node *root, char *filename, char *outname) { FILE *in = fopen(filename, "rb"); FILE *out = fopen(outname, "wb"); Node *node = root; int bit = 0; int len = 0; int ch = 0; while ((ch = fgetc(in)) != EOF) { for (int i = 0; i < 8; i++) { if (ch & (1 << (7 - i))) { node = node->right; } else { node = node->left; } if (node->left == NULL && node->right == NULL) { fputc(node->data, out); node = root; } } } fclose(in); fclose(out); } int main() { Heap heap; CodeTable table; Node *root; init_heap(&heap); // 读取输入文件 FILE *in1 = fopen("input1.txt", "rb"); FILE *in2 = fopen("input2.txt", "rb"); FILE *in3 = fopen("input3.txt", "rb"); int freq[MAX_SIZE] = {0}; // 统计字符频率 int ch; while ((ch = fgetc(in1)) != EOF) { freq[ch]++; } while ((ch = fgetc(in2)) != EOF) { freq[ch]++; } while ((ch = fgetc(in3)) != EOF) { freq[ch]++; } fclose(in1); fclose(in2); fclose(in3); // 构造哈夫曼树 for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) { if (freq[i] > 0) { Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->data = i; node->freq = freq[i]; node->left = NULL; node->right = NULL; push_heap(&heap, node); } } root = build_tree(&heap); // 构造哈夫曼编码表 encode(root, &table, "", 0); // 输出哈夫曼树和编码表 printf("Huffman tree:\n"); print_tree(root, 0); printf("Code table:\n"); print_table(&table); // 写入输出文件 FILE *out1 = fopen("output1.bin", "wb"); FILE *out2 = fopen("output2.bin", "wb"); FILE *out3 = fopen("output3.bin", "wb"); write_tree(root, out1); write_table(&table, out1); fclose(out1); // 对输入文件进行编码 encode_file("input1.txt", &table, "output1.bin"); encode_file("input2.txt", &table, "output2.bin"); encode_file("input3.txt", &table, "output3.bin"); // 读取输出文件 FILE *in = fopen("output1.bin", "rb"); read_tree(&root, in); read_table(&table, in); fclose(in); // 解码输出文件 decode_file(root, "output1.bin", "decode1.txt"); decode_file(root, "output2.bin", "decode2.txt"); decode_file(root, "output3.bin", "decode3.txt"); return 0; } ``` 上述代码中,我们首先定义了一个 `Node` 结构体来表示哈夫曼树的节点,包括字符数据、出现频率以及左右子树指针。然后定义了一个 `Heap` 结构体来表示最小堆,用来构造哈夫曼树。我们使用最小堆来维护节点的频率,每次取出频率最小的两个节点合并成一个新节点,直到只剩下一个节点为止,这个节点就是哈夫曼树的根节点。 我们定义了一个 `CodeTable` 结构体来表示字符的编码表,其中包含了每个字符的编码以及编码的长度。我们可以通过递归遍历哈夫曼树来构造编码表。 在主函数中,我们首先读取输入文件,然后统计字符频率,使用最小堆构造哈夫曼树,然后构造编码表,输出哈夫曼树和编码表。接着,我们写入输出文件,对输入文件进行编码,然后读取输出文件,构造哈夫曼树和编码表,对输出文件进行解码,最后写入解码后的文件。 值得注意的是,我们在写入输出文件时,将哈夫曼树和编码表分别写入,以便解码时使用。在哈夫曼树的表示中,我们使用 L 表示叶子节点,后面跟一个字符,表示该叶子节点对应的字符;使用 N 表示非叶子节点,后面跟左子树和右子树的表示。在编码表的表示中,我们先写入编码表的大小,然后对于每个字符,写入它的 ASCII 码、编码长度以及编码本身。 最后,我们对输入文件进行编码和解码时,都是一次读入一个字符,然后根据编码表查找对应的编码,将编码写入输出文件或者根据编码解码输出文件。由于每个字符的编码长度不同,我们需要使用一个比特位变量来保存编码,当比特位变量满了8个比特时,就输出一个字节,然后清空比特位变量。
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