c语言 huffman编码解码

时间: 2023-07-09 21:10:01 浏览: 66
Huffman编码是一种无损压缩算法,常用于数据传输和存储中。下面是C语言实现Huffman编码和解码的基本思路: Huffman编码: 1. 统计字符出现频率,构建字符频率表; 2. 将字符频率表中的字符和频率信息构建成一棵Huffman树; 3. 遍历Huffman树,给每个字符生成对应的Huffman编码; 4. 将编码写入文件。 Huffman解码: 1. 读取压缩文件中的编码信息和字符频率表; 2. 根据字符频率表构建Huffman树; 3. 遍历Huffman树,根据编码信息还原原始字符串。 以下是C语言实现Huffman编码和解码的参考代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_TREE_HT 100 // Huffman树节点结构体 struct MinHeapNode { char data; unsigned freq; struct MinHeapNode *left, *right; }; // Huffman编码表结构体 struct HuffmanCode { char data; char *code; }; // 最小优先队列结构体 struct MinHeap { unsigned size; unsigned capacity; struct MinHeapNode **array; }; // 创建一个新的Huffman树节点 struct MinHeapNode* newNode(char data, unsigned freq) { struct MinHeapNode* node = (struct MinHeapNode*)malloc(sizeof(struct MinHeapNode)); node->left = node->right = NULL; node->data = data; node->freq = freq; return node; } // 创建一个最小优先队列 struct MinHeap* createMinHeap(unsigned capacity) { struct MinHeap* minHeap = (struct MinHeap*)malloc(sizeof(struct MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->capacity = capacity; minHeap->array = (struct MinHeapNode**)malloc(minHeap->capacity * sizeof(struct MinHeapNode*)); return minHeap; } // 交换两个节点 void swapMinHeapNode(struct MinHeapNode** a, struct MinHeapNode** b) { struct MinHeapNode* t = *a; *a = *b; *b = t; } // 最小堆化 void minHeapify(struct MinHeap* minHeap, int idx) { int smallest = idx; int left = 2 * idx + 1; int right = 2 * idx + 2; if (left < minHeap->size && minHeap->array[left]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) smallest = left; if (right < minHeap->size && minHeap->array[right]->freq < minHeap->array[smallest]->freq) smallest = right; if (smallest != idx) { swapMinHeapNode(&minHeap->array[smallest], &minHeap->array[idx]); minHeapify(minHeap, smallest); } } // 检查堆大小是否为1 int isSizeOne(struct MinHeap* minHeap) { return (minHeap->size == 1); } // 取出堆顶元素 struct MinHeapNode* extractMin(struct MinHeap* minHeap) { struct MinHeapNode* temp = minHeap->array[0]; minHeap->array[0] = minHeap->array[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } // 插入新的节点 void insertMinHeap(struct MinHeap* minHeap, struct MinHeapNode* minHeapNode) { ++minHeap->size; int i = minHeap->size - 1; while (i && minHeapNode->freq < minHeap->array[(i - 1) / 2]->freq) { minHeap->array[i] = minHeap->array[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } minHeap->array[i] = minHeapNode; } // 构建最小优先队列 void buildMinHeap(struct MinHeap* minHeap) { int n = minHeap->size - 1; int i; for (i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) minHeapify(minHeap, i); } // 判断是否是叶子节点 int isLeaf(struct MinHeapNode* root) { return !(root->left) && !(root->right); } // 创建一个最小优先队列并构建Huffman树 struct MinHeap* createAndBuildMinHeap(char data[], int freq[], int size) { int i; struct MinHeap* minHeap = createMinHeap(size); for (i = 0; i < size; ++i) minHeap->array[i] = newNode(data[i], freq[i]); minHeap->size = size; buildMinHeap(minHeap); return minHeap; } // 构建Huffman树 struct MinHeapNode* buildHuffmanTree(char data[], int freq[], int size) { struct MinHeapNode *left, *right, *top; struct MinHeap* minHeap = createAndBuildMinHeap(data, freq, size); while (!isSizeOne(minHeap)) { left = extractMin(minHeap); right = extractMin(minHeap); top = newNode('$', left->freq + right->freq); top->left = left; top->right = right; insertMinHeap(minHeap, top); } return extractMin(minHeap); } // 生成Huffman编码 void generateCodes(struct MinHeapNode* root, char *code, int top, struct HuffmanCode *huffmanCode) { if (root->left) { code[top] = '0'; generateCodes(root->left, code, top + 1, huffmanCode); } if (root->right) { code[top] = '1'; generateCodes(root->right, code, top + 1, huffmanCode); } if (isLeaf(root)) { huffmanCode[root->data].data = root->data; huffmanCode[root->data].code = (char*)malloc((top + 1) * sizeof(char)); memcpy(huffmanCode[root->data].code, code, (top + 1) * sizeof(char)); } } // 打印Huffman编码表 void printHuffmanCodes(struct HuffmanCode *huffmanCode, int size) { int i; printf("Huffman编码表:\n"); for (i = 0; i < size; ++i) printf("%c: %s\n", huffmanCode[i].data, huffmanCode[i].code); } // 压缩文件 void compressFile(char *fileName, struct HuffmanCode *huffmanCode, int size) { FILE *fpIn, *fpOut; char ch, *code; int i, j, len; fpIn = fopen(fileName, "r"); if (fpIn == NULL) { printf("打开文件失败!\n"); return; } fpOut = fopen("compressed.dat", "wb"); fwrite(&size, sizeof(int), 1, fpOut); for (i = 0; i < size; ++i) { fwrite(&huffmanCode[i].data, sizeof(char), 1, fpOut); len = strlen(huffmanCode[i].code); fwrite(&len, sizeof(int), 1, fpOut); fwrite(huffmanCode[i].code, sizeof(char), len, fpOut); } code = (char*)malloc(MAX_TREE_HT * sizeof(char)); while ((ch = fgetc(fpIn)) != EOF) { for (i = 0; i < size; ++i) { if (huffmanCode[i].data == ch) { len = strlen(huffmanCode[i].code); for (j = 0; j < len; ++j) code[j] = huffmanCode[i].code[j]; fwrite(code, sizeof(char), len, fpOut); break; } } } fclose(fpIn); fclose(fpOut); printf("压缩成功!\n"); } // 解压文件 void decompressFile(char *fileName) { FILE *fpIn, *fpOut; struct HuffmanCode huffmanCode[256]; char ch, *code; int i, j, len, size; fpIn = fopen(fileName, "rb"); if (fpIn == NULL) { printf("打开文件失败!\n"); return; } fpOut = fopen("decompressed.txt", "w"); fread(&size, sizeof(int), 1, fpIn); for (i = 0; i < size; ++i) { fread(&huffmanCode[i].data, sizeof(char), 1, fpIn); fread(&len, sizeof(int), 1, fpIn); huffmanCode[i].code = (char*)malloc((len + 1) * sizeof(char)); fread(huffmanCode[i].code, sizeof(char), len, fpIn); huffmanCode[i].code[len] = '\0'; } code = (char*)malloc(MAX_TREE_HT * sizeof(char)); struct MinHeapNode *root = buildHuffmanTree(NULL, NULL, 0); struct MinHeapNode *curr = root; while ((ch = fgetc(fpIn)) != EOF) { for (i = 0; i < 8; ++i) { if (ch & (1 << (7 - i))) // ASCII码从高位开始读 curr = curr->right; else curr = curr->left; if (isLeaf(curr)) { fputc(curr->data, fpOut); curr = root; } } } fclose(fpIn); fclose(fpOut); printf("解压成功!\n"); } int main() { char data[] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'}; int freq[] = {5, 9, 12, 13, 16, 45}; int size = sizeof(data) / sizeof(data[0]); struct HuffmanCode huffmanCode[256]; struct MinHeapNode* root = buildHuffmanTree(data, freq, size); char code[MAX_TREE_HT]; int top = 0; generateCodes(root, code, top, huffmanCode); printHuffmanCodes(huffmanCode, size); compressFile("input.txt", huffmanCode, size); decompressFile("compressed.dat"); return 0; } ``` 上述代码中,我们使用了最小优先队列来构建Huffman树。在生成Huffman编码时,我们使用了递归的方法遍历树,并记录下每个叶子节点的编码。在压缩文件时,我们将字符的Huffman编码写入输出文件中。在解压文件时,我们读取压缩文件中的编码信息和字符频率表,根据它们构建Huffman树,并根据编码信息还原原始字符串。

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