基于Huffman编码的C语言解压缩文件程序

文章由LinuxBoy分享于2019-04-01 03:04:40热评（360）

基于Huffman编码的C语言解压缩文件程序

C++使用优先队列来构建huffman树[哈夫曼树]

Huffman编码实现（详细实现）

Huffman编码与解码的实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<math.h>
//极大值用于生成Huffman树
#define MAXSIZE 100000000
//用于生成相应叶子节点Huffman编码的二维字符数组
typedef char* HCode;
//Huffman树节点
typedef struct node
{
int weight;
int data;
int parent,lchild,rchild;
}Node;
//count 叶子节点数的计算 sum_bit 记录被压缩文件编码后的编码总长度
int sum_bit,count;
//Huffman叶子节点，最多不过256个（以字节为单位）
Node huffmanNode[260];
//解压缩的时候记录每次读取到编码（0....1..）
int num[8];
//对应词频信息表的信息，用ASCII值表示
int code[260];
//二维字符数组
HCode *HC;
//统计词频时用于查找是否已经记录过,记录过的话返回下标，没有则返回0
int isInNode(int value)
{
int i = 1;
for(;i<=count;i++)
{
if(huffmanNode[i].data == value)
{
return i;
}
}
return 0;
}
//获取文件词频，记录在Node huffmanNode[260]的节点数组当中
void calWeight(char *file)
{
count = 0;
FILE *f;
int a;
//以二进制方式打开文件，为了读取到换行符
f = fopen(file,"rb");
if(f == NULL)
{
printf("文件不存在！打开失败！");
return ;
}
while(!feof(f))
{
a = fgetc(f);
if(a==EOF) break;
if(!isInNode(a)) //count从1开始计数
{
count++;
huffmanNode[count].weight = 1;
huffmanNode[count].data = a;
}
else
{
int i = isInNode(a);
huffmanNode[i].weight++;
}
}
fclose(f);
}

/*得到待压缩文件的总字节数，权值为几就代表着有多少个字节*/
int getSumBytes()
{
int i=1;
int result = 0;
for(;i<=count;i++)
{
result +=huffmanNode[i].weight;
}
return result;
}

//获取压缩后文件的总bit数
int getSumBits()
{
int i = 1;
int result = 0;
for(;i<=count;i++)
{
result+=huffmanNode[i].weight * strlen(HC[i]);
}
return result;
}

//建立huffman树根据huffman树的特性,具有n个节点的huffman树的具有2n-1个节点
//n值由全局变量count值来确定，该函数主要用来初始化Huffman树的所有节点信息
void createHufmanTree(Node * huffmanTree)
{
int m = 2*count - 1;
int m1,m2,x1,x2,i,j;
//初始化结点信息，从1--count这count个节点信息为叶子节点的信息
for(i=1;i<=count;i++)
{

huffmanTree[i].data = huffmanNode[i].data;
huffmanTree[i].lchild = -1;
huffmanTree[i].rchild = -1;
huffmanTree[i].parent = -1;
huffmanTree[i].weight = huffmanNode[i].weight;
}
//从count---2*count-1这些节点首先初始化为空
for(;i<=m;i++)
{
huffmanTree[i].data = 0; huffmanTree[i].weight = 0;
huffmanTree[i].lchild = -1; huffmanTree[i].rchild = -1;
huffmanTree[i].parent = -1;
}
//构造huffman树，按照huffman树构建原理
for(i=count+1;i<=m;i++)
{
/*m2,m1分别存储倒数第二小的权值和倒数第一小的权值
x2,x1分别存储倒数第二小的下标和倒数第一小的下标*/
m1 = m2 = MAXSIZE;
x1 = x2 = 0;
for(j=1;j<i;j++)
{
if(huffmanTree[j].parent == -1&&huffmanTree[j].weight <m1)
{
m2 = m1; x2 = x1;
m1 = huffmanTree[j].weight; x1 = j;
}
else if(huffmanTree[j].parent == -1&&huffmanTree[j].weight<m2)
{
m2 = huffmanTree[j].weight;
x2 = j;
}

}
/*合并成一颗新的树*/
huffmanTree[x1].parent = i; huffmanTree[x2].parent = i;
huffmanTree[i].lchild = x1; huffmanTree[i].rchild = x2;
huffmanTree[i].weight = m1+m2;
}
}

/*字符编码，从构建好的Huffman树当中读取每个叶子节点的huffman编码，并将叶子节点的信息放入到code[]中*/
HCode * getHuffmanCode(Node * huffmanTree,HCode *HC,int code[])
{
int i = 1,c,start,f;
//构造了字符编码的字符数组共有count+1个通过读取一个复制一个的方式完成编码获取

char * cd = (char *)malloc((count+1)*sizeof(char));
//还是这个问题的
cd[count] = '\0';
for(;i<=count;i++)
{
start = count;
for(c=i,f=huffmanTree[i].parent;f!=-1;c=f,f=huffmanTree[f].parent)
{
if(huffmanTree[f].lchild == c) cd[--start] = '0';
else cd[--start] = '1';
}
//为每个字符数组分配相应的数量由于范围的问题要仔细考虑的
HC[i] = (char *)malloc((count+1-start)*sizeof(char));
//参数均为char *
strcpy(HC[i],&cd[start]);
code[i] = huffmanTree[i].data;
}
return HC;
}
/*
将编码表写入默认文件当中,并在结尾存入叶子节点数（count）与压缩后文件的总bit数
1111000 27
...........
...........
#sum_bit##count#
*/
void freToFile(int code[],HCode *HC)
{
int i;
//打开默认文件
FILE *fe = fopen("C:\\dic.txt","wb");
//将编码信息和叶子节点信息写入词典
for(i=1;i<=count;i++)
{
fprintf(fe,"%s %d\n",HC[i],code[i]);
}
char c = '#';
//写入sum_bit
fprintf(fe,"%c",c);
fprintf(fe,"%d",getSumBits());
fprintf(fe,"%c",c);
//写入count
fprintf(fe,"%c",c);
fprintf(fe,"%d",count);
fprintf(fe,"%c",c);

fclose(fe);
}
//由于词频表是按照字符串方式存储的叶子节点信息,读取出来的字符串需要转换成int值再使用
//其中需要使用pow函数，由于pow函数有精度损失，自己写了一个使用
int powmy(int a,int b)
{
if(b==0) return 1;
int i = 0;
int result = 1;
for(;i<b;i++)
{
result *=a;
}
return result;
}

/*从编码表文件读取相应信息以用来解压文件，读取信息包括编码和叶子信息*/
HCode* freFromFile(int code[],HCode *HC)
{
int i;
FILE *fe = fopen("C:\\dic.txt","rb");
if(fe==NULL)
{
printf("词典文件不存在！");
return NULL;
}
int k;
int num[10];
int m;
int flag = 0;
char * cd = (char *)malloc((256+1)*sizeof(char));
//读取一个字节
char c = fgetc(fe);
for(i=1;flag!=1;i++)
{
//如果读取到#号键，就跳出循环，继续读取sum_bit和count值
if(c=='#') break;
//每一行的读取直到读到空格，然后就完成了一条huffman编码的读取
int j = 0;
while(c!=' ')
{
cd[j++] = c;
c = fgetc(fe);
}
cd[j] = '\0';

//将读取到的huffman编码存入相应的二维字符数组当中去
HC[i] = (char *)malloc((j+1)*sizeof(char));
strcpy(HC[i],&cd[0]);
//下面直到读取到空格键为止，读取huffman叶子节点信息，读取到的是字符，需要转换成int值
c = fgetc(fe);

k = 0;
while(c!='\n')
{
num[k++] = c-'0';
c = fgetc(fe);
}
code[i] = 0;
m = 0;
//转换成int值，存入code[]数组当中
for(k=k-1;k>=0;k--)
{
code[i]+=num[k]*powmy(10,m);
m++;
}
//继续向下读取
c = fgetc(fe);
}
//获取压缩文件的总bit数，以用来判断最后一次读取的是不是足够8位
c = fgetc(fe);
k = 0;
while(c!='#')
{
num[k++] = c-'0';
c = fgetc(fe);
}
//同样将读取到的char转换成int
m = 0;
sum_bit = 0;
for(k=k-1;k>=0;k--)
{
sum_bit+=(num[k]*powmy(10,m));
m = m + 1;
}

c = fgetc(fe); c = fgetc(fe);//头一个读取#，后一个才开始读取数据
k = 0;
while(c!='#')
{
num[k++] = c-'0';
c = fgetc(fe);
}
//将读取到的char转换成int
m = 0; count = 0;
for(k=k-1;k>=0;k--)
{
count+=num[k]*pow(10,m);
m++;
}
fclose(fe);
return HC;
}

/*压缩文件*/
void compress_file(char* file1,char*file2)
{
int i,sum = 0,flag = 0,j,k = 0;
//数组开设的不够大是最后的一个bug的成因，因为有可能这个Huffman编码很长很长
int eight[1000];
memset(eight,0,1000*sizeof(int));
FILE *fo = fopen(file1,"rb");
FILE *fw = fopen(file2,"wb");
if(fo == NULL||fw == NULL)
{
printf("文件读取失败！");
return;
}
//统计已经压缩的字节总数，用于计算压缩百分比
int aa = 0;
int sum_bytes = getSumBytes();
while(!feof(fo))
{
sum = 0;
int a = fgetc(fo);
//每次读取一个字节就+1
aa++;
//读取了一个字节之后就与编码表进行比较，查找对应的编码
for(i=1;i<=count;i++)
{
if(code[i] == a)
{
//flag作为计数器，当凑够8位之后就作为一个字节写入压缩文件
flag+=strlen(HC[i]);
int len = strlen(HC[i]);
//flag 小于8的时候继续累加，直到凑够8个
if(flag<8)
{
for(j=0;j<len;j++)
eight[k++] = HC[i][j]-'0';/*我们存储的是字符串，是多少就是多少*/
}
//当flag>=8的时候，将8位写进压缩文件，同时将剩余的没有写入的huffman编码重新移到
//eight【】数组前面去，同时修改flag
else if(flag>=8)
{
//将匹配到的huffman编码写进8位数组，直到k值为8，k值始终代表现在eight【】数组的长度
for(j=0;k<8;j++)
eight[k++] = HC[i][j]-'0';
//将匹配到的huffman编码的没有完全写进去的添加到后面。
for(;j<len;j++)
eight[k++] = HC[i][j]-'0';
//计算8位对应的int值，写入文件
sum+=eight[0]*128+eight[1]*64+eight[2]*32+eight[3]*16+eight[4]*8
+eight[5]*4+eight[6]*2+eight[7]*1;
//前8为置0
for(j=0;j<8;j++)
eight[j] = 0;
//将后面的移植到前面去
for(j=8;j<k;j++)
eight[j-8] = eight[j];
//重置flag与k
k = flag = j-8;
//写进文件
char c = sum;
fputc(c,fw);

if(aa%1000==0)
{
printf("\r正在进行压缩，请稍等……%6.2f%%",(double)aa/sum_bytes*100.0);
}
fflush(fw);
i = count+1;
}
}
}
}
aa = sum_bytes;
printf("\r正在进行压缩，请稍等……%6.2f%%",(double)aa/sum_bytes*100.0);
printf("压缩成功！");
/*考虑到最后可能没有凑够八位的情况*/
if(flag)
{
sum+=eight[0]*128+eight[1]*64+eight[2]*32+eight[3]*16+eight[4]*8
+eight[5]*4+eight[6]*2+eight[7]*1;
char c = sum;
fputc(c,fw);
sum_bit +=flag;
fflush(fw);
}
fclose(fw);
fclose(fo);
}

/*用于在解压的时候将读取到的ASCII码转换为二进制数*/
int swap(int data)
{
int i = 0;
while(data)
{
num[i++] = data%2;
data = data/2;
}
return i;
}

/*进行文件的解压*/
void uncompress_file(char* file1,char* file2)
{

FILE *fo = fopen(file1,"rb");
FILE *fw = fopen(file2,"wb");
if(fo==NULL ||fw == NULL)
{
printf("文件打开失败！");
return;
}
char str[1000];
int i,j,k,temp = 0;
int index;
int sum_bit2 = sum_bit;
//直到读取到文件结尾
while(!feof(fo))
{
if(sum_bit2<0) break;
//读取一次，减去8位
sum_bit2 -=8;
int data = fgetc(fo);
if(data == -1) break;
//index用来在sum_bit2小于0的时候设置读取为位数（也就是说最后不用读取8位了）
if(sum_bit2<0)
{
index = 0-sum_bit2;
}
else
{
index = 0;
}
if(data == -1) break;
memset(num,0,sizeof(num));
//将读取到的data转换成二进制数
swap(data);
i = temp;
//将转换后的二进制数变为字符串，注意顺序
//是一位一位的往里面填，填进去一位立即进行比较，当找到相应的信息就调出来
for(k=7;k>=index;i++,k--)
{
if(num[k])
str[i] = '1';
else
str[i] = '0';

str[i+1] ='\0';
//查找编码表当中与该字符串（编码）相同的信息，然后将叶子信息写入解压文件
for(j=1;j<=count;j++)
{
if(strcmp(str,HC[j])==0)
{
//将叶子信息写入到文件（写入的是int值，是该int值表示的字符）
fputc(code[j],fw);
if((sum_bit-sum_bit2)%1500==0)
{
printf("\r文件正在解压中,请耐心等待……%6.2f%%",(double)(sum_bit-sum_bit2)/sum_bit*100.0);
}

fflush(fw);
j = count+1;
i = -1;
}
}
}
if(i)
{
temp = i;
}
else
{
temp = 0;
}
}
sum_bit2 = 0;
printf("\r文件正在解压中,请耐心等待……%6.2f%%",(double)(sum_bit-sum_bit2)/sum_bit*100.0);
printf("解压成功！");
fclose(fw);
fclose(fo);
}

int main(int argc, char **argv)
{
if(strcmp(argv[1],"-c")==0)
{
//获取文件的词频
calWeight(argv[2]);
//申请Huffman树的内存，已经获得叶子节点数，根据节点总数与叶子节点数的关系分配内存
Node *huffmanTree = (Node *)malloc((2*count-1+1)*sizeof(Node));
//创建Huffman树
createHufmanTree(huffmanTree);
//为Huffman编码表申请一个二维的字符数组指针
HC = (HCode *)malloc((count+1)*sizeof(HCode));
//向指针赋值，getHuffmanCode()函数返回编码表
HC = getHuffmanCode(huffmanTree,HC,code);
//根据编码表HC和编码对应的data表code压缩文件
compress_file(argv[2],argv[3]);
//将编码存入到默认的编码表当中（C:\\dic.txt）
freToFile(code,HC);
}
else if(strcmp(argv[1],"-u")==0)
{
//为编码表分配内存，由于不知道叶子节点数，分配257
HC = (HCode *)malloc(257*sizeof(HCode));
//从词频表当中获取编码
HC = freFromFile(code,HC);
//根据编码表和data表解压文件
uncompress_file(argv[2],argv[3]);
}
return 0;
}

一份基于huffman编码的文件解压缩程序(C语言，源码）下载

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免费下载地址在 http://linux.bkjia.com/

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具体下载目录在 /2014年资料/8月/18日/基于Huffman编码的C语言解压缩文件程序

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