利用C语言编写完整代码。具体要求为: 从键盘任意输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串,例如“I like Learning datastructure course”,首先根据该字符串创建Huffman树,之后进行Huffman编码,然后把该字符串的Huffman编码结果向屏幕输出。能够利用前述的Huffman编码结果对某0-1码流进行解码得到字符串,并做详细注释

时间: 2024-03-07 20:48:27 浏览: 23
好的,以下是利用C语言编写的完整代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MAX_CHAR_NUM 256 // 定义Huffman树结点 typedef struct HuffNode { char ch; // 字符 int weight; // 权重 struct HuffNode *left, *right; // 左右子结点 } HuffNode; // 定义Huffman编码表 typedef struct HuffCode { char ch; // 字符 char *code; // 编码 } HuffCode; // 从键盘读入字符串 char* readString() { char *str = NULL; int len = 0, capacity = 0; char ch; while ((ch = getchar()) != '\n') { if (len >= capacity) { capacity += 10; str = (char*)realloc(str, capacity * sizeof(char)); } str[len++] = ch; } str[len] = '\0'; return str; } // 统计字符出现频率 void countFrequency(char *str, int *freq) { int len = strlen(str); for (int i = 0; i < len; i++) { freq[(int)str[i]]++; } } // 创建Huffman树 HuffNode* createHuffmanTree(int *freq) { HuffNode *nodes[MAX_CHAR_NUM]; int nodeCount = 0; // 将所有出现过的字符作为叶子结点,加入结点数组 for (int i = 0; i < MAX_CHAR_NUM; i++) { if (freq[i] > 0) { HuffNode *node = (HuffNode*)malloc(sizeof(HuffNode)); node->ch = (char)i; node->weight = freq[i]; node->left = node->right = NULL; nodes[nodeCount++] = node; } } // 从结点数组中挑选权重最小的两个结点,合并成一个新结点,再加入结点数组 while (nodeCount > 1) { int min1Idx = 0, min2Idx = 1; if (nodes[min1Idx]->weight > nodes[min2Idx]->weight) { min1Idx = 1; min2Idx = 0; } for (int i = 2; i < nodeCount; i++) { if (nodes[i]->weight < nodes[min1Idx]->weight) { min2Idx = min1Idx; min1Idx = i; } else if (nodes[i]->weight < nodes[min2Idx]->weight) { min2Idx = i; } } HuffNode *newNode = (HuffNode*)malloc(sizeof(HuffNode)); newNode->ch = '\0'; newNode->weight = nodes[min1Idx]->weight + nodes[min2Idx]->weight; newNode->left = nodes[min1Idx]; newNode->right = nodes[min2Idx]; nodes[min1Idx] = newNode; nodes[min2Idx] = nodes[--nodeCount]; } return nodes[0]; } // 递归生成Huffman编码表 void generateHuffmanCodeTable(HuffNode *root, char *prefix, int depth, HuffCode *table) { if (root == NULL) { return; } if (root->left == NULL && root->right == NULL) { table[(int)root->ch].ch = root->ch; table[(int)root->ch].code = (char*)malloc((depth + 1) * sizeof(char)); strcpy(table[(int)root->ch].code, prefix); } else { prefix[depth] = '0'; prefix[depth + 1] = '\0'; generateHuffmanCodeTable(root->left, prefix, depth + 1, table); prefix[depth] = '1'; prefix[depth + 1] = '\0'; generateHuffmanCodeTable(root->right, prefix, depth + 1, table); } } // 生成Huffman编码表 HuffCode* generateHuffmanCode(HuffNode *root) { char prefix[MAX_CHAR_NUM] = ""; HuffCode *table = (HuffCode*)malloc(MAX_CHAR_NUM * sizeof(HuffCode)); memset(table, 0, MAX_CHAR_NUM * sizeof(HuffCode)); generateHuffmanCodeTable(root, prefix, 0, table); return table; } // Huffman编码 char* huffmanEncode(char *str, HuffCode *table) { int len = strlen(str); int codeLen = 0; char *code = (char*)malloc((len * 10 + 1) * sizeof(char)); code[0] = '\0'; for (int i = 0; i < len; i++) { strcat(code, table[(int)str[i]].code); } return code; } // Huffman解码 char* huffmanDecode(char *code, HuffNode *root) { int len = strlen(code); int strLen = 0; char *str = (char*)malloc((len / 10 + 1) * sizeof(char)); str[0] = '\0'; HuffNode *curNode = root; for (int i = 0; i < len; i++) { if (code[i] == '0') { curNode = curNode->left; } else if (code[i] == '1') { curNode = curNode->right; } if (curNode->left == NULL && curNode->right == NULL) { str[strLen++] = curNode->ch; curNode = root; } } str[strLen] = '\0'; return str; } int main() { int freq[MAX_CHAR_NUM] = {0}; // 读入字符串并统计字符出现频率 printf("请输入一个由英文字母带空格构成的文本字符串:\n"); char *str = readString(); countFrequency(str, freq); // 创建Huffman树并生成Huffman编码表 HuffNode *root = createHuffmanTree(freq); HuffCode *table = generateHuffmanCode(root); // Huffman编码并输出结果 char *code = huffmanEncode(str, table); printf("Huffman编码结果为:%s\n", code); // Huffman解码并输出结果 char *decodedStr = huffmanDecode(code, root); printf("Huffman解码结果为:%s\n", decodedStr); // 释放内存 free(str); free(code); free(decodedStr); for (int i = 0; i < MAX_CHAR_NUM; i++) { if (table[i].code != NULL) { free(table[i].code); } } return 0; } ``` 代码中的注释已经比较详细了,这里简单说明一下: 1. `readString()` 函数用于从键盘读入字符串,返回一个 `char*` 类型的指针。 2. `countFrequency()` 函数用于统计字符串中每个字符出现的频率,保存在一个 `int` 类型的数组中。 3. `createHuffmanTree()` 函数用于根据字符频率创建Huffman树,返回一个指向根节点的指针。 4. `generateHuffmanCode()` 函数用于生成Huffman编码表,返回一个指向 `HuffCode` 类型数组的指针。 5. `huffmanEncode()` 函数用于对字符串进行Huffman编码,返回一个 `char*` 类型的指针。 6. `huffmanDecode()` 函数用于对Huffman编码进行解码,返回一个 `char*` 类型的指针。 7. `main()` 函数中调用了上述函数,并输出了Huffman编码和解码的结果。 需要注意的是,在实现中,我们使用了一个 `HuffCode` 结构体来保存字符和对应的Huffman编码,这样可以方便的构建Huffman编码表。同时,为了方便输出Huffman编码结果,我们使用了一个 `char*` 类型的指针 `code` 来保存编码结果。在实际应用中,可能需要将Huffman编码结果转换成二进制数据流进行传输或存储。

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