基于哈夫曼树的数据压缩算法c语言

时间: 2023-11-23 18:12:35 浏览: 148
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C语言-基于哈夫曼树的数据压缩算法.zip

哈夫曼树是一种经典的数据压缩算法,可以有效地压缩文本、音频、图像等数据。下面是一个基于哈夫曼树的数据压缩算法的C语言实现: ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_SIZE 256 typedef struct Node { unsigned char data; int freq; struct Node *left, *right; } Node; typedef struct MinHeap { int size; Node **nodes; } MinHeap; Node *newNode(unsigned char data, int freq) { Node *node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); node->data = data; node->freq = freq; node->left = node->right = NULL; return node; } MinHeap *createMinHeap(int capacity) { MinHeap *minHeap = (MinHeap*)malloc(sizeof(MinHeap)); minHeap->size = 0; minHeap->nodes = (Node**)malloc(capacity * sizeof(Node*)); return minHeap; } void swapNodes(Node **a, Node **b) { Node *temp = *a; *a = *b; *b = temp; } void minHeapify(MinHeap *minHeap, int index) { int smallest = index; int left = 2 * index + 1; int right = 2 * index + 2; if (left < minHeap->size && minHeap->nodes[left]->freq < minHeap->nodes[smallest]->freq) { smallest = left; } if (right < minHeap->size && minHeap->nodes[right]->freq < minHeap->nodes[smallest]->freq) { smallest = right; } if (smallest != index) { swapNodes(&minHeap->nodes[index], &minHeap->nodes[smallest]); minHeapify(minHeap, smallest); } } int isSizeOne(MinHeap *minHeap) { return (minHeap->size == 1); } Node *extractMin(MinHeap *minHeap) { Node *temp = minHeap->nodes[0]; minHeap->nodes[0] = minHeap->nodes[minHeap->size - 1]; --minHeap->size; minHeapify(minHeap, 0); return temp; } void insertMinHeap(MinHeap *minHeap, Node *node) { ++minHeap->size; int i = minHeap->size - 1; while (i && node->freq < minHeap->nodes[(i - 1) / 2]->freq) { minHeap->nodes[i] = minHeap->nodes[(i - 1) / 2]; i = (i - 1) / 2; } minHeap->nodes[i] = node; } void buildMinHeap(MinHeap *minHeap) { int n = minHeap->size - 1; for (int i = (n - 1) / 2; i >= 0; --i) { minHeapify(minHeap, i); } } void printCodes(Node *root, unsigned char *code, int top, unsigned char *codes[]) { if (root->left) { code[top] = '0'; printCodes(root->left, code, top + 1, codes); } if (root->right) { code[top] = '1'; printCodes(root->right, code, top + 1, codes); } if (!root->left && !root->right) { code[top] = '\0'; codes[root->data] = (unsigned char*)malloc(strlen((char*)code) + 1); strcpy((char*)codes[root->data], (char*)code); } } void encodeFile(char *filename, unsigned char *codes[]) { FILE *inputFile = fopen(filename, "rb"); FILE *outputFile = fopen(strcat(filename, ".huff"), "wb"); unsigned char buffer = 0; int bitsWritten = 0; int bytesRead; while ((bytesRead = fread(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, inputFile))) { for (int i = 0; i < strlen((char*)codes[buffer]); ++i) { if (codes[buffer][i] == '1') { buffer |= 1 << (7 - bitsWritten); } else { buffer &= ~(1 << (7 - bitsWritten)); } ++bitsWritten; if (bitsWritten == 8) { fwrite(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, outputFile); buffer = 0; bitsWritten = 0; } } } if (bitsWritten > 0) { fwrite(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, outputFile); } fclose(inputFile); fclose(outputFile); } void decodeFile(char *filename, Node *root) { FILE *inputFile = fopen(filename, "rb"); FILE *outputFile = fopen(strtok(filename, "."), "wb"); unsigned char buffer = 0; int bitsRead = 0; Node *current = root; while (fread(&buffer, sizeof(unsigned char), 1, inputFile)) { for (int i = 0; i < 8; ++i) { if (buffer & (1 << (7 - bitsRead))) { current = current->right; } else { current = current->left; } if (!current->left && !current->right) { fwrite(&current->data, sizeof(unsigned char), 1, outputFile); current = root; } ++bitsRead; } } fclose(inputFile); fclose(outputFile); } void buildHuffmanTree(unsigned char *data, int *freq, int size, Node **root) { MinHeap *minHeap = createMinHeap(size); for (int i = 0; i < size; ++i) { insertMinHeap(minHeap, newNode(data[i], freq[i])); } buildMinHeap(minHeap); while (!isSizeOne(minHeap)) { Node *left = extractMin(minHeap); Node *right = extractMin(minHeap); Node *node = newNode(0, left->freq + right->freq); node->left = left; node->right = right; insertMinHeap(minHeap, node); } *root = extractMin(minHeap); } void compress(char *filename) { FILE *inputFile = fopen(filename, "rb"); unsigned char data[MAX_SIZE]; int freq[MAX_SIZE] = {0}; int size = 0; unsigned char ch; while (fread(&ch, sizeof(unsigned char), 1, inputFile)) { if (freq[ch] == 0) { ++size; } ++freq[ch]; data[strlen((char*)data)] = ch; } fclose(inputFile); Node *root; buildHuffmanTree(data, freq, size, &root); unsigned char *codes[MAX_SIZE] = {0}; unsigned char code[MAX_SIZE]; printCodes(root, code, 0, codes); encodeFile(filename, codes); } void decompress(char *filename) { FILE *inputFile = fopen(filename, "rb"); unsigned char data[MAX_SIZE]; int freq[MAX_SIZE] = {0}; int size = 0; unsigned char ch; while (fread(&ch, sizeof(unsigned char), 1, inputFile)) { if (freq[ch] == 0) { ++size; } ++freq[ch]; data[strlen((char*)data)] = ch; } fclose(inputFile); Node *root; buildHuffmanTree(data, freq, size, &root); decodeFile(filename, root); } int main() { char filename[MAX_SIZE]; printf("Enter file name: "); scanf("%s", filename); compress(filename); decompress(strcat(filename, ".huff")); return 0; } ``` 该程序实现了对文件进行压缩和解压缩的功能,使用了哈夫曼树来构建编码表,并使用文件输入输出来进行读写。
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