用c语言编写哈夫曼编码文件压缩与解压

时间: 2023-08-15 18:38:09 浏览: 145
好的,我可以为您提供哈夫曼编码文件压缩与解压的C语言实现的代码,以下是压缩部分的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <limits.h> // 哈夫曼树节点结构体定义 typedef struct HuffmanNode { unsigned char data; // 字符数据 int freq; // 字符出现频率 struct HuffmanNode *left, *right; // 左右子节点指针 } HuffmanNode; // 哈夫曼编码结构体定义 typedef struct HuffmanCode { unsigned char data; // 字符数据 char *code; // 字符对应编码 } HuffmanCode; // 哈夫曼树节点优先队列结构体定义 typedef struct PriorityQueue { int size; // 队列大小 int capacity; // 队列容量 HuffmanNode **nodes; // 指向哈夫曼树节点的指针数组 } PriorityQueue; // 创建新的哈夫曼树节点 HuffmanNode *newHuffmanNode(unsigned char data, int freq) { HuffmanNode *node = (HuffmanNode *)malloc(sizeof(HuffmanNode)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = node->right = NULL; return node; } // 创建新的哈夫曼编码结构体 HuffmanCode newHuffmanCode(unsigned char data, char *code) { HuffmanCode hc; hc.data = data; hc.code = code; return hc; } // 创建新的哈夫曼树节点优先队列 PriorityQueue *newPriorityQueue(int capacity) { PriorityQueue *pq = (PriorityQueue *)malloc(sizeof(PriorityQueue)); pq->size = 0; pq->capacity = capacity; pq->nodes = (HuffmanNode **)malloc(capacity * sizeof(HuffmanNode *)); return pq; } // 释放哈夫曼编码结构体内存 void freeHuffmanCode(HuffmanCode hc) { free(hc.code); } // 释放哈夫曼树节点内存 void freeHuffmanNode(HuffmanNode *node) { if (node != NULL) { freeHuffmanNode(node->left); freeHuffmanNode(node->right); free(node); } } // 释放哈夫曼树节点优先队列内存 void freePriorityQueue(PriorityQueue *pq) { for (int i = 0; i < pq->size; i++) { freeHuffmanNode(pq->nodes[i]); } free(pq->nodes); free(pq); } // 判断优先队列是否为空 int isPriorityQueueEmpty(PriorityQueue *pq) { return pq->size == 0; } // 判断优先队列是否已满 int isPriorityQueueFull(PriorityQueue *pq) { return pq->size == pq->capacity; } // 向优先队列中插入哈夫曼树节点 void insertIntoPriorityQueue(PriorityQueue *pq, HuffmanNode *node) { int i = pq->size; while (i > 0 && pq->nodes[(i - 1) / 2]->freq > node->freq) { pq->nodes[i] = pq->nodes[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } pq->nodes[i] = node; pq->size++; } // 从优先队列中删除哈夫曼树节点 HuffmanNode *removeFromPriorityQueue(PriorityQueue *pq) { HuffmanNode *minNode = pq->nodes[0]; pq->size--; pq->nodes[0] = pq->nodes[pq->size]; int i = 0; while (i * 2 + 1 < pq->size) { int left = i * 2 + 1; int right = i * 2 + 2; int min = left; if (right < pq->size && pq->nodes[right]->freq < pq->nodes[left]->freq) { min = right; } if (pq->nodes[i]->freq > pq->nodes[min]->freq) { HuffmanNode *temp = pq->nodes[i]; pq->nodes[i] = pq->nodes[min]; pq->nodes[min] = temp; i = min; } else { break; } } return minNode; } // 构建哈夫曼树 HuffmanNode *buildHuffmanTree(unsigned char *data, int *freq, int size) { PriorityQueue *pq = newPriorityQueue(size); for (int i = 0; i < size; i++) { HuffmanNode *node = newHuffmanNode(data[i], freq[i]); insertIntoPriorityQueue(pq, node); } while (pq->size > 1) { HuffmanNode *left = removeFromPriorityQueue(pq); HuffmanNode *right = removeFromPriorityQueue(pq); HuffmanNode *parent = newHuffmanNode(0, left->freq + right->freq); parent->left = left; parent->right = right; insertIntoPriorityQueue(pq, parent); } HuffmanNode *root = removeFromPriorityQueue(pq); freePriorityQueue(pq); return root; } // 递归生成哈夫曼编码 void generateHuffmanCode(HuffmanNode *node, char *code, int depth, HuffmanCode *hcTable) { if (node->left == NULL && node->right == NULL) { code[depth] = '\0'; hcTable[node->data] = newHuffmanCode(node->data, strdup(code)); return; } code[depth] = '0'; generateHuffmanCode(node->left, code, depth + 1, hcTable); code[depth] = '1'; generateHuffmanCode(node->right, code, depth + 1, hcTable); } // 哈夫曼编码文件压缩函数 void compressFile(const char *inputFileName, const char *outputFileName) { // 打开输入文件 FILE *inputFile = fopen(inputFileName, "rb"); if (inputFile == NULL) { fprintf(stderr, "Error: Cannot open file '%s'\n", inputFileName); exit(EXIT_FAILURE); } // 统计文件中每个字符出现的频率 int freq[UCHAR_MAX + 1] = { 0 }; unsigned char buffer[1024]; int bytesRead; while ((bytesRead = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), inputFile)) > 0) { for (int i = 0; i < bytesRead; i++) { freq[buffer[i]]++; } } // 构建哈夫曼树 int dataSize = 0; for (int i = 0; i <= UCHAR_MAX; i++) { if (freq[i] > 0) { dataSize++; } } unsigned char *data = (unsigned char *)malloc(dataSize * sizeof(unsigned char)); int *freqCopy = (int *)malloc(dataSize * sizeof(int)); int j = 0; for (int i = 0; i <= UCHAR_MAX; i++) { if (freq[i] > 0) { data[j] = (unsigned char)i; freqCopy[j] = freq[i]; j++; } } HuffmanNode *root = buildHuffmanTree(data, freqCopy, dataSize); free(data); free(freqCopy); // 生成哈夫曼编码 HuffmanCode hcTable[UCHAR_MAX + 1]; char code[CHAR_BIT + 1]; generateHuffmanCode(root, code, 0, hcTable); // 重置文件指针 fseek(inputFile, 0L, SEEK_SET); // 打开输出文件 FILE *outputFile = fopen(outputFileName, "wb"); if (outputFile == NULL) { fprintf(stderr, "Error: Cannot open file '%s'\n", outputFileName); exit(EXIT_FAILURE); } // 写入哈夫曼树节点数和每个字符出现的频率 int nodeCount = dataSize * 2 - 1; fwrite(&nodeCount, sizeof(int), 1, outputFile); for (int i = 0; i <= UCHAR_MAX; i++) { if (hcTable[i].code != NULL) { fwrite(&hcTable[i].data, sizeof(unsigned char), 1, outputFile); fwrite(&freq[i], sizeof(int), 1, outputFile); } } // 逐个字符将其哈夫曼编码写入输出文件 char bitBuffer = 0; int bitCount = 0; while ((bytesRead = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), inputFile)) > 0) { for (int i = 0; i < bytesRead; i++) { for (int j = 0; j < strlen(hcTable[buffer[i]].code); j++) { if (hcTable[buffer[i]].code[j] == '1') { bitBuffer |= 1 << bitCount; } bitCount++; if (bitCount == CHAR_BIT) { fwrite(&bitBuffer, sizeof(char), 1, outputFile); bitBuffer = 0; bitCount = 0; } } } } if (bitCount > 0) { fwrite(&bitBuffer, sizeof(char), 1, outputFile); } // 释放内存并关闭文件 fclose(inputFile); fclose(outputFile); freeHuffmanNode(root); for (int i = 0; i <= UCHAR_MAX; i++) { freeHuffmanCode(hcTable[i]); } } ``` 以下是解压部分的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <limits.h> // 哈夫曼树节点结构体定义 typedef struct HuffmanNode { unsigned char data; // 字符数据 int freq; // 字符出现频率 struct HuffmanNode *left, *right; // 左右子节点指针 } HuffmanNode; // 哈夫曼编码结构体定义 typedef struct HuffmanCode { unsigned char data; // 字符数据 char *code; // 字符对应编码 } HuffmanCode; // 读取哈夫曼树节点数和每个字符出现的频率 void readNodeCountAndFreq(FILE *inputFile, int *nodeCount, int *freq) { fread(nodeCount, sizeof(int), 1, inputFile); for (int i = 0; i <= UCHAR_MAX; i++) { freq[i] = 0; } unsigned char data; int f; for (int i = 0; i < *nodeCount; i++) { fread(&data, sizeof(unsigned char), 1, inputFile); fread(&f, sizeof(int), 1, inputFile); freq[data] = f; } } // 重建哈夫曼树 HuffmanNode *rebuildHuffmanTree(FILE *inputFile, int *nodeCount) { if (*nodeCount == 1) { unsigned char data; fread(&data, sizeof(unsigned char), 1, inputFile); return newHuffmanNode(data, 0); } HuffmanNode *nodes[*nodeCount]; for (int i = 0; i < *nodeCount; i++) { unsigned char data; fread(&data, sizeof(unsigned char), 1, inputFile); nodes[i] = newHuffmanNode(data, 0); } for (int i = 0; i < *nodeCount - 1; i++) { int leftIndex, rightIndex; fread(&leftIndex, sizeof(int), 1, inputFile); fread(&rightIndex, sizeof(int), 1, inputFile); nodes[i]->left = nodes[leftIndex]; nodes[i]->right = nodes[rightIndex]; } return nodes[*nodeCount - 1]; } // 从输入文件中读取一个比特 int readBit(FILE *inputFile, char *bitBuffer, int *bitCount) { if (*bitCount == 0) { fread(bitBuffer, sizeof(char), 1, inputFile); *bitCount = CHAR_BIT; } int bit = (*bitBuffer >> (*bitCount - 1)) & 1; (*bitCount)--; return bit; } // 哈夫曼编码文件解压函数 void decompressFile(const char *inputFileName, const char *outputFileName) { // 打开输入文件 FILE *inputFile = fopen(inputFileName, "rb"); if (inputFile == NULL) { fprintf(stderr, "Error: Cannot open file '%s'\n", inputFileName); exit(EXIT_FAILURE); } // 读取哈夫曼树节点数和每个字符出现的频率 int nodeCount; int freq[UCHAR_MAX + 1]; readNodeCountAndFreq(inputFile, &nodeCount, freq); // 重建哈夫曼树 HuffmanNode *root = rebuildHuffmanTree(inputFile, &nodeCount); // 重置文件指针 fseek(inputFile, 0L, SEEK_SET); fread(&nodeCount, sizeof(int), 1, inputFile); fseek(inputFile, nodeCount * (sizeof(unsigned char) + sizeof(int)) + sizeof(int), SEEK_CUR); // 打开输出文件 FILE *outputFile = fopen(outputFileName, "wb"); if (outputFile == NULL) { fprintf(stderr, "Error: Cannot open file '%s'\n", outputFileName); exit(EXIT_FAILURE); } // 解压文件 HuffmanNode *node = root; unsigned char buffer[1024]; char bitBuffer = 0; int bitCount = 0; int bytesRead; while ((bytesRead = fread(buffer, 1, sizeof(buffer), inputFile)) > 0) { for (int i = 0; i < bytesRead; i++) { int bit = readBit(inputFile, &bitBuffer, &bitCount); if (bit == 0) { node = node->left; } else { node = node->right; } if (node->left == NULL && node->right == NULL) { fwrite(&node->data, sizeof(unsigned char), 1, outputFile); node = root; } } } // 释放内存并关闭文件 fclose(inputFile); fclose(outputFile); freeHuffmanNode(root); } ``` 以上是哈夫曼编码文件压缩与解压的C语言实现示例代码,您可以根据需要进行修改和优化。
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