哈夫曼实现文件压缩解压缩（c语言）-伙伴云

网友投稿 928 2022-05-29

写一个对文件进行压缩和解压缩的程序，功能如下：

① 可以对纯英文文档实现压缩和解压；

② 较好的界面程序运行的说明。

介绍哈夫曼：

效率最高的判别树即为哈夫曼树

在计算机数据处理中，霍夫曼编码使用变长编码表对源符号（如文件中的一个字母）进行编码，其中变长编码表是通过一种评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母使用较短的编码，反之出现机率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均长度、期望值降低，从而达到无损压缩数据的目的。

例如，在英文中，e的出现机率最高，而z的出现概率则最低。当利用霍夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个比特来表示，而z则可能花去25个比特（不是26）。用普通的表示方法时，每个英文字母均占用一个字节，即8个比特。二者相比，e使用了一般编码的1/8的长度，z则使用了3倍多。倘若我们能实现对于英文中各个字母出现概率的较准确的估算，就可以大幅度提高无损压缩的比例。

霍夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。树的路径长度是从树根到每一结点的路径长度之和，记为WPL=（W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln），N个权值Wi（i=1,2,...n）构成一棵有N个叶结点的二叉树，相应的叶结点的路径长度为Li（i=1,2,...n）。可以证明霍夫曼树的WPL是最小的。

文件压缩与解压

姓名：

范天祚

1 程序说明

1.1数据结构

哈夫曼树

1.2函数功能说明

printfPercent界面

compress()读取文件内容并加以压缩，将压缩内容写入另一个文档

uncompress()解压缩文件，并将解压后的内容写入新文件

1.3 程序编写的思路及流程

压缩：统计字符出现次数、将节点按出现次数排序、构造哈夫曼树、设置字符编码、读文件字符、按设置好的编码替换字符、写入存储文件

解压：读取文件各参数、转换成二进制码、按码求对应字符、写入存储文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include

struct head

{

int b; //字符

long count; //文件中该字符出现的次数

long parent, lch, rch; //make a tree

char bits[256]; //the huffuman code

};

struct head header[512], tmp; //节点树

void printfPercent(int per)

{

int i = 0;

printf("|");

for(i = 0; i < 10; i++)

{

if(i < per/10)

printf(">");

else

printf("-");

}

printf("|已完成%d%%\n",per);

}

//函数：compress()

//作用：读取文件内容并加以压缩

//将压缩内容写入另一个文档

int compress(const char *filename,const char *outputfile)

{

char buf[512];

unsigned char c;

long i, j, m, n, f;

long min1, pt1, flength;

FILE *ifp, *ofp;

int per = 10;

ifp = fopen(filename, "rb"); //打开原始文件

if (ifp == NULL)

{

printf("打开文件失败:%s\n",filename);

return 0; //如果打开失败，则输出错误信息

}

ofp = fopen(outputfile,"wb"); //打开压缩后存储信息的文件

if (ofp == NULL)

{

printf("打开文件失败:%s\n",outputfile);

return 0;

}

flength = 0;

while (!feof(ifp))

{

fread(&c, 1, 1, ifp);

header[c].count ++; //读文件，统计字符出现次数

flength ++; //记录文件的字符总数

}

flength --;

header[c].count --;

for (i = 0; i < 512; i ++) //HUFFMAN算法中初始节点的设置

{

if (header[i].count != 0)

header[i].b = (unsigned char) i;

else

header[i].b = -1;

header[i].parent = -1;

header[i].lch = header[i].rch = -1;

}

for (i = 0; i < 256; i ++) //将节点按出现次数排序

{

for (j = i + 1; j < 256; j ++)

{

if (header[i].count < header[j].count)

{

tmp = header[i];

header[i] = header[j];

header[j] = tmp;

}

for (i = 0; i < 256; i ++) //统计不同字符的数量

{

if (header[i].count == 0)

break;

}

n = i;

m = 2 * n - 1;

for (i = n; i < m; i ++)

{

min1 = 999999999;

for (j = 0; j < i; j ++)

{

if (header[j].parent != -1) continue;

if (min1 > header[j].count)

{

pt1 = j;

min1 = header[j].count;

continue;

}

header[i].count = header[pt1].count;

header[pt1].parent = i;

header[i].lch = pt1;

min1 = 999999999;

for (j = 0; j < i; j ++)

{

if (header[j].parent != -1) continue;

if (min1 > header[j].count)

{

pt1 = j;

min1 = header[j].count;

continue;

}

header[i].count += header[pt1].count;

header[i].rch = pt1;

header[pt1].parent = i;

}

for (i = 0; i < n; i ++) //构造HUFFMAN树，设置字符的编码

{

f = i;

header[i].bits[0] = 0;

while (header[f].parent != -1)

{

j = f;

f = header[f].parent;

if (header[f].lch == j)

{

j = strlen(header[i].bits);

memmove(header[i].bits + 1, header[i].bits, j + 1);

header[i].bits[0] = '0';

}

else

{

j = strlen(header[i].bits);

memmove(header[i].bits + 1, header[i].bits, j + 1);

header[i].bits[0] = '1';

}

//下面的就是读原文件的每一个字符，按照设置好的编码替换文件中的字符

fseek(ifp, 0, SEEK_SET); //将指针定在文件起始位置

fseek(ofp, 8, SEEK_SET); //以8位二进制数为单位进行读取

buf[0] = 0;

f = 0;

pt1 = 8;

printf("读取将要压缩的文件:%s\n",filename);

printf("当前文件有:%d字符\n",flength);

printf("正在压缩\n");

while (!feof(ifp))

{

c = fgetc(ifp);

f ++;

for (i = 0; i < n; i ++)

{

if (c == header[i].b) break;

}

strcat(buf, header[i].bits);

j = strlen(buf);

c = 0;

while (j >= 8) //当剩余字符数量不小于8个时

{

for (i = 0; i < 8; i ++) //按照八位二进制数转化成十进制ASCII码写入文件一次进行压缩

{

if (buf[i] == '1') c = (c << 1) | 1;

else c = c << 1;

}

fwrite(&c, 1, 1, ofp);

pt1 ++;

strcpy(buf, buf + 8);

j = strlen(buf);

}

if(100 * f/flength > per)

{

printfPercent(per);

per += 10;

}

if (f == flength)

break;

}

printfPercent(100);

if (j > 0) //当剩余字符数量少于8个时

{

strcat(buf, "00000000");

for (i = 0; i < 8; i ++)

{

if (buf[i] == '1') c = (c << 1) | 1;

else c = c << 1; //对不足的位数进行补零

}

fwrite(&c, 1, 1, ofp);

pt1 ++;

}

fseek(ofp, 0, SEEK_SET); //将编码信息写入存储文件

fwrite(&flength,1,sizeof(flength),ofp);

fwrite(&pt1, sizeof(long), 1, ofp);

fseek(ofp, pt1, SEEK_SET);

fwrite(&n, sizeof(long), 1, ofp);

for (i = 0; i < n; i ++)

{

tmp = header[i];

fwrite(&(header[i].b), 1, 1, ofp);

pt1++;

c = strlen(header[i].bits);

fwrite(&c, 1, 1, ofp);

pt1++;

j = strlen(header[i].bits);

if (j % 8 != 0) //当位数不满8时，对该数进行补零操作

{

for (f = j % 8; f < 8; f ++)

strcat(header[i].bits, "0");

}

while (header[i].bits[0] != 0)

{

c = 0;

for (j = 0; j < 8; j ++)

{

if (header[i].bits[j] == '1') c = (c << 1) | 1;

else c = c << 1;

}

strcpy(header[i].bits, header[i].bits + 8);

fwrite(&c, 1, 1, ofp); //将所得的编码信息写入文件

pt1++;

}

header[i] = tmp;

}

fclose(ifp);

fclose(ofp); //关闭文件

printf("压缩后文件为:%s\n",outputfile);

printf("压缩后文件有:%d字符\n",pt1 + 4);

return 1; //返回压缩成功信息

}

//函数：uncompress()

//作用：解压缩文件，并将解压后的内容写入新文件

int uncompress(const char *filename,const char *outputfile)

{

char buf[255], bx[255];

unsigned char c;

char out_filename[512];

long i, j, m, n, f, p, l;

long flength;

int per = 10;

int len = 0;

FILE *ifp, *ofp;

char c_name[512] = {0};

ifp = fopen(filename, "rb"); //打开文件

if (ifp == NULL)

{

return 0; //若打开失败，则输出错误信息

}

//读取原文件长

if(outputfile)

strcpy(out_filename,outputfile);

else

strcpy(out_filename,c_name);

ofp = fopen(out_filename, "wb"); //打开文件

if (ofp == NULL)

{

return 0;

}

fseek(ifp,0,SEEK_END);

len = ftell(ifp);

fseek(ifp,0,SEEK_SET);

printf("将要读取解压的文件:%s\n",filename);

printf("当前文件有:%d字符\n",len);

printf("正在解压\n");

fread(&flength, sizeof(long), 1, ifp); //读取原文件长

fread(&f, sizeof(long), 1, ifp);

fseek(ifp, f, SEEK_SET);

fread(&n, sizeof(long), 1, ifp); //读取原文件各参数

for (i = 0; i < n; i ++) //读取压缩文件内容并转换成二进制码

{

fread(&header[i].b, 1, 1, ifp);

fread(&c, 1, 1, ifp);

p = (long) c;

header[i].count = p;

header[i].bits[0] = 0;

if (p % 8 > 0) m = p / 8 + 1;

else m = p / 8;

for (j = 0; j < m; j ++)

{

fread(&c, 1 , 1 , ifp);

f = c;

_itoa(f, buf, 2);

f = strlen(buf);

for (l = 8; l > f; l --)

{

strcat(header[i].bits, "0"); //位数不足，执行补零操作

}

strcat(header[i].bits, buf);

}

header[i].bits[p] = 0;

}

for (i = 0; i < n; i ++)

{

for (j = i + 1; j < n; j ++)

{

if (strlen(header[i].bits) > strlen(header[j].bits))

{

tmp = header[i];

header[i] = header[j];

header[j] = tmp;

}

p = strlen(header[n-1].bits);

fseek(ifp, 8, SEEK_SET);

m = 0;

bx[0] = 0;

while (1)

{

while (strlen(bx) < (unsigned int)p)

{

fread(&c, 1, 1, ifp);

f = c;

_itoa(f, buf, 2);

f = strlen(buf);

for (l = 8; l > f; l --)

{

strcat(bx, "0");

}

strcat(bx, buf);

哈夫曼实现文件压缩解压缩（c语言）

}

for (i = 0; i < n; i ++)

{

if (memcmp(header[i].bits, bx, header[i].count) == 0) break;

}

strcpy(bx, bx + header[i].count);

c = header[i].b;

fwrite(&c, 1, 1, ofp);

m ++;

if(100 * m/flength > per)

{

printfPercent(per);

per += 10;

}

if (m == flength) break;

}

printfPercent(100);

fclose(ifp);

fclose(ofp);

printf("解压后文件为:%s\n",out_filename);

printf("解压后文件有:%d字符\n",flength);

return 1; //输出成功信息

}

int main(int argc,const char *argv[])

{

memset(&header,0,sizeof(header));

memset(&tmp,0,sizeof(tmp));

compress("测试文档.txt","测试文档.txt.zip");

uncompress("测试文档.txt.zip","测试文档.txt 解压后.txt");

system("pause");

return 0;

}

2 功能展示

2.1 控制台显示

2.2 文件效果

开始时只有一个文件《测试文档.txt》：

打开《测试文档.txt》

《测试文档.txt》文件大小：

程序运行结束后多了两个文件：

以文本形式打开压缩二进制文件《测试文档.txt.zip》：

《测试文档.txt.zip》文件属性：

C 语言

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