用C语言写一篇哈夫曼编码,具有编码,打印编码,二进制译码功能,并注解

时间: 2023-07-19 16:53:49 浏览: 42
以下是一个使用 C 语言实现的哈夫曼编码与解码器,注释已经加上: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <stdbool.h> #define MAX_SIZE 256 // 字符集大小 // 哈夫曼树节点 typedef struct node { char c; // 字符 int freq; // 出现频率 struct node* left; // 左子节点 struct node* right; // 右子节点 } Node; // 编码表节点 typedef struct code { char c; // 字符 char* bits; // 二进制编码 } Code; // 哈夫曼树节点堆 typedef struct heap { int size; // 堆大小 Node** nodes; // 节点数组 } Heap; // 创建哈夫曼树节点 Node* new_node(char c, int freq) { Node* node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); node->c = c; node->freq = freq; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 创建编码表节点 Code* new_code(char c, char* bits) { Code* code = (Code*)malloc(sizeof(Code)); code->c = c; code->bits = bits; return code; } // 创建节点堆 Heap* new_heap(int capacity) { Heap* heap = (Heap*)malloc(sizeof(Heap)); heap->size = 0; heap->nodes = (Node**)malloc(sizeof(Node*) * capacity); return heap; } // 向节点堆中插入节点 void heap_push(Heap* heap, Node* node) { heap->nodes[heap->size++] = node; int i = heap->size - 1; while (i > 0) { int j = (i - 1) / 2; if (heap->nodes[i]->freq < heap->nodes[j]->freq) { Node* temp = heap->nodes[i]; heap->nodes[i] = heap->nodes[j]; heap->nodes[j] = temp; i = j; } else { break; } } } // 从节点堆中取出节点 Node* heap_pop(Heap* heap) { if (heap->size == 0) { return NULL; } Node* node = heap->nodes[0]; heap->nodes[0] = heap->nodes[heap->size - 1]; heap->size--; int i = 0; while (i * 2 + 1 < heap->size) { int j = i * 2 + 1; if (j + 1 < heap->size && heap->nodes[j]->freq > heap->nodes[j + 1]->freq) { j++; } if (heap->nodes[i]->freq > heap->nodes[j]->freq) { Node* temp = heap->nodes[i]; heap->nodes[i] = heap->nodes[j]; heap->nodes[j] = temp; i = j; } else { break; } } return node; } // 构建哈夫曼树 Node* build_tree(int* freq) { Heap* heap = new_heap(MAX_SIZE); for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) { if (freq[i] > 0) { Node* node = new_node((char)i, freq[i]); heap_push(heap, node); } } while (heap->size > 1) { Node* left = heap_pop(heap); Node* right = heap_pop(heap); Node* parent = new_node('\0', left->freq + right->freq); parent->left = left; parent->right = right; heap_push(heap, parent); } Node* root = heap_pop(heap); free(heap->nodes); free(heap); return root; } // 生成编码表 Code** get_codes(Node* root) { Code** codes = (Code**)malloc(sizeof(Code*) * MAX_SIZE); char bits[MAX_SIZE]; memset(bits, 0, sizeof(bits)); int len = 0; get_codes_helper(root, codes, bits, len); return codes; } // 生成编码表 void get_codes_helper(Node* node, Code** codes, char* bits, int len) { if (node == NULL) { return; } if (node->left == NULL && node->right == NULL) { char* code_bits = (char*)malloc(sizeof(char) * (len + 1)); memcpy(code_bits, bits, sizeof(char) * len); code_bits[len] = '\0'; codes[(int)node->c] = new_code(node->c, code_bits); return; } bits[len] = '0'; get_codes_helper(node->left, codes, bits, len + 1); bits[len] = '1'; get_codes_helper(node->right, codes, bits, len + 1); } // 释放编码表 void free_codes(Code** codes) { for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) { if (codes[i] != NULL) { free(codes[i]->bits); free(codes[i]); } } free(codes); } // 获取编码串长度 int get_encoded_size(char* text, Code** codes) { int len = 0; for (int i = 0; i < strlen(text); i++) { len += strlen(codes[(int)text[i]]->bits); } return len; } // 编码文本 char* encode(char* text, Code** codes) { int len = get_encoded_size(text, codes); char* encoded = (char*)malloc(sizeof(char) * (len + 1)); int pos = 0; for (int i = 0; i < strlen(text); i++) { char* bits = codes[(int)text[i]]->bits; memcpy(encoded + pos, bits, sizeof(char) * strlen(bits)); pos += strlen(bits); } encoded[len] = '\0'; return encoded; } // 译码文本 char* decode(char* encoded, Node* root) { char* text = (char*)malloc(sizeof(char) * (strlen(encoded) + 1)); int pos = 0; Node* node = root; for (int i = 0; i < strlen(encoded); i++) { if (encoded[i] == '0') { node = node->left; } else { node = node->right; } if (node->left == NULL && node->right == NULL) { text[pos++] = node->c; node = root; } } text[pos] = '\0'; return text; } // 测试代码 int main() { char* text = "Hello, World!"; int freq[MAX_SIZE] = { 0 }; for (int i = 0; i < strlen(text); i++) { freq[(int)text[i]]++; } Node* root = build_tree(freq); Code** codes = get_codes(root); char* encoded = encode(text, codes); char* decoded = decode(encoded, root); printf("Text: %s\n", text); printf("Encoded: %s\n", encoded); printf("Decoded: %s\n", decoded); free(encoded); free(decoded); free_codes(codes); return 0; } ``` 以上代码使用 C 语言实现了哈夫曼编码与解码器,可以将输入的文本进行编码,并将编码串进行解码。你只需要将文本传递给 `encode()` 函数,即可得到编码串,然后将编码串和哈夫曼树的根节点传递给 `decode()` 函数,即可得到原始文本。在代码中,我们使用一个数组 `freq` 来统计字符出现的频率,然后根据频率构建哈夫曼树,再根据哈夫曼树构建编码表,最后生成编码串。在 `decode()` 函数中,根据编码串和哈夫曼树对编码串进行解码。

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