哈夫曼實現檔案壓縮解壓縮（c語言）
寫一個對檔案進行壓縮和解壓縮的程式，功能如下：
① 可以對純英文文件實現壓縮和解壓；
② 較好的介面程式執行的說明。
介紹哈夫曼：
效率最高的判別樹即為哈夫曼樹
在計算機資料處理中，霍夫曼編碼使用變長編碼表對源符號（如檔案中的一個字母）進行編碼，其中變長編碼表是通過一種評估來源符號出現機率的方法得到的，出現機率高的字母使用較短的編碼，反之出現機率低的則使用較長的編碼，這便使編碼之後的字串的平均長度、期望值降低，從而達到無失真壓縮資料的目的。
例如，在英文中，e的出現機率最高，而z的出現概率則最低。當利用霍夫曼編碼對一篇英文進行壓縮時，e極有可能用一個位元來表示，而z則可能花去25個位元（不是26）。用普通的表示方法時，每個英文字母均佔用一個位元組，即8個位元。二者相比，e使用了一般編碼的1/8的長度，z則使用了3倍多。倘若我們能實現對於英文中各個字母出現概率的較準確的估算，就可以大幅度提高無失真壓縮的比例。
霍夫曼樹又稱最優二叉樹，是一種帶權路徑長度最短的二叉樹。所謂樹的帶權路徑長度，就是樹中所有的葉結點的權值乘上其到根結點的路徑長度（若根結點為0層，葉結點到根結點的路徑長度為葉結點的層數）。樹的路徑長度是從樹根到每一結點的路徑長度之和，記為WPL=（W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln），N個權值Wi（i=1,2,...n）構成一棵有N個葉結點的二叉樹，相應的葉結點的路徑長度為Li（i=1,2,...n）。可以證明霍夫曼樹的WPL是最小的。
檔案壓縮與解壓
姓名： 範天祚
1 程式說明
1.1資料結構
哈夫曼樹
1.2函式功能說明
printfPercent介面
compress()讀取檔案內容並加以壓縮，將壓縮內容寫入另一個文件
uncompress()解壓縮檔案，並將解壓後的內容寫入新檔案
1.3 程式編寫的思路及流程
壓縮：統計字元出現次數、將節點按出現次數排序、構造哈夫曼樹、設定字元編碼、讀檔案字元、按設定好的編碼替換字元、寫入儲存檔案
解壓：讀取檔案各引數、轉換成二進位制碼、按碼求對應字元、寫入儲存檔案
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct head
{
int b; //字元
long count; //檔案中該字元出現的次數
long parent, lch, rch; //make a tree
char bits[256]; //the huffuman code
};
struct head header[512], tmp; //節點樹
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);
}
//函式：compress()
//作用：讀取檔案內容並加以壓縮
//將壓縮內容寫入另一個文件
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"); //開啟原始檔案
if (ifp == NULL)
{
printf("開啟檔案失敗:%s\n",filename);
return 0; //如果開啟失敗，則輸出錯誤資訊
}
ofp = fopen(outputfile,"wb"); //開啟壓縮後儲存資訊的檔案
if (ofp == NULL)
{
printf("開啟檔案失敗:%s\n",outputfile);
return 0;
}
flength = 0;
while (!feof(ifp))
{
fread(&c, 1, 1, ifp);
header[c].count ++; //讀檔案，統計字元出現次數
flength ++; //記錄檔案的字元總數
}
flength --;
header[c].count --;
for (i = 0; i < 512; i ++) //HUFFMAN演算法中初始節點的設定
{
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 ++) //將節點按出現次數排序
{
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 ++) //統計不同字元的數量
{
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 ++) //構造HUFFMAN樹，設定字元的編碼
{
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';
}
}
}
//下面的就是讀原檔案的每一個字元，按照設定好的編碼替換檔案中的字元
fseek(ifp, 0, SEEK_SET); //將指標定在檔案起始位置
fseek(ofp, 8, SEEK_SET); //以8位二進位制數為單位進行讀取
buf[0] = 0;
f = 0;
pt1 = 8;
printf("讀取將要壓縮的檔案:%s\n",filename);
printf("當前檔案有:%d字元\n",flength);
printf("正在壓縮\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) //當剩餘字元數量不小於8個時
{
for (i = 0; i < 8; i ++) //按照八位二進位制數轉化成十進位制ASCII碼寫入檔案一次進行壓縮
{
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) //當剩餘字元數量少於8個時
{
strcat(buf, "00000000");
for (i = 0; i < 8; i ++)
{
if (buf[i] == '1') c = (c << 1) | 1;
else c = c << 1; //對不足的位數進行補零
}
fwrite(&c, 1, 1, ofp);
pt1 ++;
}
fseek(ofp, 0, SEEK_SET); //將編碼資訊寫入儲存檔案
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) //當位數不滿8時，對該數進行補零操作
{
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); //將所得的編碼資訊寫入檔案
pt1++;
}
header[i] = tmp;
}
fclose(ifp);
fclose(ofp); //關閉檔案
printf("壓縮後檔案為:%s\n",outputfile);
printf("壓縮後檔案有:%d字元\n",pt1 + 4);
return 1; //返回壓縮成功資訊
}
//函式：uncompress()
//作用：解壓縮檔案，並將解壓後的內容寫入新檔案
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"); //開啟檔案
if (ifp == NULL)
{
return 0; //若開啟失敗，則輸出錯誤資訊
}
//讀取原檔案長
if(outputfile)
strcpy(out_filename,outputfile);
else
strcpy(out_filename,c_name);
ofp = fopen(out_filename, "wb"); //開啟檔案
if (ofp == NULL)
{
return 0;
}
fseek(ifp,0,SEEK_END);
len = ftell(ifp);
fseek(ifp,0,SEEK_SET);
printf("將要讀取解壓的檔案:%s\n",filename);
printf("當前檔案有:%d字元\n",len);
printf("正在解壓\n");
fread(&flength, sizeof(long), 1, ifp); //讀取原檔案長
fread(&f, sizeof(long), 1, ifp);
fseek(ifp, f, SEEK_SET);
fread(&n, sizeof(long), 1, ifp); //讀取原檔案各引數
for (i = 0; i < n; i ++) //讀取壓縮檔案內容並轉換成二進位制碼
{
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"); //位數不足，執行補零操作
}
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);
}
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("解壓後檔案為:%s\n",out_filename);
printf("解壓後檔案有:%d字元\n",flength);
return 1; //輸出成功資訊
}
int main(int argc,const char *argv[])
{
memset(&header,0,sizeof(header));
memset(&tmp,0,sizeof(tmp));
compress("測試文件.txt","測試文件.txt.zip");
uncompress("測試文件.txt.zip","測試文件.txt 解壓後.txt");
system("pause");
return 0;
}
2 功能展示
2.1 控制檯顯示
2.2 檔案效果
開始時只有一個檔案《測試文件.txt》：
開啟《測試文件.txt》
《測試文件.txt》檔案大小：
程式執行結束後多了兩個檔案：
以文字形式開啟壓縮二進位制檔案《測試文件.txt.zip》：
《測試文件.txt.zip》檔案屬性：
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