文件压缩（c++）
来源：互联网 发布：英语选择题答案软件 编辑：程序博客网 时间：2024/05/22 00:26
有关于文件压缩的思想和问题。
http://note.youdao.com/noteshare?id=b90b140807dcfbd01d4fd85eff1e938e
Heap.h文件（堆）
#pragma once#include<iostream>#include<vector>#include<assert.h>using namespace std;template<class T,class Compare>class Heap //仿函数管理大小堆更方便{public: Heap() {} Heap(T* a, size_t n) { _a.reserve(n); for (size_t i = 0; i < n; ++i) { _a.push_back(a[i]); } //建堆 for (int i = (_a.size() - 2) / 2; i >= 0; --i)//需要等于0所以用int { AdjustDown(i); } } size_t Size() { return _a.size(); } void AdjustDown(int root)//向下调整 { Compare com; int parent = root; int child = parent * 2 + 1; while (child < _a.size()) { if (child + 1 < _a.size() && com(_a[child + 1],_a[child]))//比较出大的孩子 { ++child; } if (com(_a[child], _a[parent])) { swap(_a[child], _a[parent]); parent = child; child = parent * 2 + 1; } else //表示父亲大于孩子 { break; } } } void Push(const T& x) { _a.push_back(x); AdjustUp(_a.size() - 1); } void AdjustUp(int child)//向上调整 { Compare com; int parent = (child - 1) / 2; while (child > 0)//这里的parent不可能为负数 { //if (_a[child]>_a[parent]) if (com(_a[child],_a[parent])) { swap(_a[child], _a[parent]); child = parent; parent = (child - 1) / 2; } else { break; } } } void Pop()//pop最大的数据 { assert(!_a.empty()); swap(_a[0], _a[_a.size() - 1]); _a.pop_back(); AdjustDown(0); } T& Top() { assert(!_a.empty()); return _a[0]; }private: vector<T>_a;};template<class T>struct Less{ bool operator()(const T& l, const T& r) { return l < r; }};template<class T>struct Greater{ bool operator()(const T& l, const T& r) { return l > r; }};void AdjustDwon(int* a, size_t n, int root){ int parent = root; int child = parent * 2 + 1; while (child < n) { if (child + 1 < n && a[child + 1] > a[child]) { ++child; } if (a[parent] < a[child]) { swap(a[parent], a[child]); parent = child; child = parent * 2 + 1; } else { break; } }}void HeapSort(int* a,size_t n)//堆排序{ for (int i = (n - 2) / 2; i >= 0; --i)//建堆 { AdjustDwon(a, n, i); } //排序 size_t end = n - 1; while (end > 0)//当end不等于0时候就需要交换 { swap(a[0], a[end]); AdjustDwon(a, end, 0);//end 是最后数的下标以及个数 --end; }}HuffmanTree.h文件（哈夫曼树）
#pragma once//包堆的头文件#include"Heap.h"template<class W>//W存权值struct HuffmanTreeNode{ HuffmanTreeNode<W>* _left; HuffmanTreeNode<W>* _right; HuffmanTreeNode<W>* _parent; W _w; HuffmanTreeNode(const W& w) :_w(w) , _left(NULL) , _right(NULL) , _parent(NULL) {}};template<class W>class HuffmanTree{ typedef HuffmanTreeNode<W> Node;public: HuffmanTree() :_root(NULL) {} HuffmanTree(W *a, size_t n, const W& invalid)//只比较出现的字符，部分比较,所以使用非法值invalid { struct NodeCompare { bool operator()(Node* l, Node* r)//按权值比较 { return l->_w < r->_w; } }; Heap<Node*,NodeCompare> minHeap;//根据W中的权值比较而不是指针比较 for (size_t i = 0; i < n; ++i) { if (a[i] != invalid)//限定比较的字符 { minHeap.Push(new Node(a[i])); } } while (minHeap.Size()>1)//小堆 { Node* left = minHeap.Top(); minHeap.Pop(); Node* right = minHeap.Top(); minHeap.Pop(); Node* parent = new Node(left->_w + right->_w); parent->_left = left; parent->_right = right; left->_parent = parent; right->_parent = parent; minHeap.Push(parent); } _root = minHeap.Top(); } Node* GetRoot() { return _root; }protected: Node* _root;};void TestHuffmanTree(){ int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; HuffmanTree<int> t(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]), 0);}FileCompress.h文件（文件压缩与解压缩）
#pragma once#include<assert.h>#include<string>#include<algorithm> //#define CRT_SECURE_CPP_OVERLOAD_STANDARD_NAMES#define __DEBUG__#include"HuffmanTree.h"struct CharInfo{ char _ch;//存的字符 long long _count;//某字符出现的次数 string _code;//编码 bool operator !=(const CharInfo& info) { return info._count != _count; } CharInfo operator+(const CharInfo& info) { CharInfo ret; ret._count = _count + info._count; return ret; } bool operator <(const CharInfo& info) { return _count < info._count; }};class FileCompress{ typedef HuffmanTreeNode<CharInfo> Node; //内部类 受访问限定符限制 struct ConfigInfo//解压缩配置 { char _ch; size_t _count; };public: FileCompress() { for (size_t i = 0; i < 256; ++i)//字符个数是确定的，宏可用可不用 { _infos[i]._ch = i; _infos[i]._count = 0; } } //input.txt->input.txt.huffman void Compress(const char*file) { assert(file); //1.统计字符出现的次数 FILE*fout = fopen(file, "rb"); //if (fout == NULL)//判断文件是否为空 或者文件是否正确 // perror("Error opening file");//文件为空输出错误信息 char ch = fgetc(fout); while (!feof(fout)) { _infos[(unsigned char)ch]._count++; ch = fgetc(fout); } //2.构建huffman tree CharInfo invalid; invalid._count = 0; HuffmanTree<CharInfo> tree(_infos, 256, invalid); //3.生成Huffman code（Huffman编码） string code; GetHuffmanCode(tree.GetRoot(), code); //4.压缩 string compressFile = file; long long count = 0; compressFile += ".huffman"; FILE*fin = fopen(compressFile.c_str(), "wb");//打开文件 assert(fin); //写字符出现的次数到压缩文件---解压缩时候需要重建Huffman tree char arr[128];//arr存储整型转为字符串后的内容 ConfigInfo info; for (size_t i = 0; i < 256; ++i) { if (_infos[i]._count >0) { //二进制形式写字符串 info._ch = _infos[i]._ch; info._count = _infos[i]._count; fwrite(&info, sizeof(ConfigInfo), 1, fin);// ////文本的方式写字符串 一个字符+次数 //fputc(_infos[i]._ch, fin); //fputc(' ', fin); ////整型转换成字符串 //_itoa(_infos[i]._count, arr, 10); //fputs(arr, fin); //fputc('\n', fin); } } info._count = 0;//在最后加上一个0，用来分隔 fwrite(&info, sizeof(ConfigInfo), 1, fin); fseek(fout, 0, SEEK_SET);//文件指针 ch = fgetc(fout);//1.先关掉文件再打开文件 2.或者把文件指针设置到文件开始 char value = 0;//表示值 int pos = 0;//表示位 //while (ch != EOF)//文件结束符，当文件指针到文件结束时，其值为非零值，否则为零。 while (!feof(fout)) { //...如何压缩？ //满8位就写入一次... string& code = _infos[(unsigned char)ch]._code;//重要的是取字符的编码 for (size_t i = 0; i < code.size(); ++i)//循环处理满8位就写入一次 { if (code[i] == '0') { value &= ~(1 << pos); } else if (code[i] == '1') { value |= (1 << pos); } else { assert(false); } ++pos; if (pos == 8) { count++; fputc(value, fin); value = 0; pos = 0; } } ch = fgetc(fout); } cout << "压缩字符数：" << count << endl; //补齐 if (pos > 0)//表示还有位，补齐多余的位 { fputc(value, fin); } fclose(fout); fclose(fin); } //input.txt.huffman->input.txt解压缩 void GetHuffmanCode(Node* root) { if (root == NULL) return; if (root->_left == NULL && root->_right == NULL) { //没有创建对象,没有拷贝，可读性变高 string& code = _infos[(unsigned char)root->_w._ch]._code; Node* cur = root; Node* parent = cur->_parent; while (parent)//倒着走把编码存到code中 { if (cur == parent->_left) { code.push_back('0'); //[]用来修改,但不能做插入 } else { code.push_back('1'); } cur = parent; parent = cur->_parent; } reverse(code.begin(), code.end());//迭代器code.begin()返回char* //字符的ASCII码//将编码存入到叶子结点的权值的字符中 //_infos[root->_w._ch]._code = code; //return; } GetHuffmanCode(root->_left); GetHuffmanCode(root->_right); } void GetHuffmanCode(Node* root, string code)//向左边走code+0,右边走code+1 { if (root == NULL) return; if (root->_left == NULL && root->_right == NULL) { //叶子 //强转成有符号数，因为汉字的编码是负数编码，且一个汉字占两个字节 _infos[(unsigned char)root->_w._ch]._code = code; return; } GetHuffmanCode(root->_left, code + '0');//不可以用pushback GetHuffmanCode(root->_right,code + '1'); } //input.txt.huffman -> input.txt void UnCompress(const char*file) { assert(file); string uncompressFile = file; size_t pos = uncompressFile.rfind('.');//找'.' assert(pos != string::npos); uncompressFile.erase(pos, uncompressFile.size()-pos);#ifdef __DEBUG__ //使用宏可以更好的将源文件和解压缩后的文件区分开，也便于调试 uncompressFile += ".unhuffman";//解压缩后的生成文件#endif FILE*fout = fopen(file, "rb"); assert(fout); FILE*fin = fopen(uncompressFile.c_str(), "wb"); assert(fin); //先读入配置信息---字符出现的次数 ConfigInfo info; while (1) { fread(&info, sizeof(ConfigInfo), 1, fout); if (info._count == 0) { break; } else { _infos[(unsigned char)info._ch]._ch = info._ch; _infos[(unsigned char)info._ch]._count= info._count; } } //解压缩 //1.重建huffman tree CharInfo invalid; invalid._count = 0; HuffmanTree<CharInfo> tree(_infos, 256, invalid); Node*root = tree.GetRoot(); Node*cur = root; long long fileSize = root->_w._count; //2.解压缩 char value = fgetc(fout); //fseek(fout, 0, SEEK_SET); long long count = 0; //while (value != EOF) while (!feof(fout)) { count++; for (int pos = 0; pos < 8; ++pos) { if (value & (1 << pos))//pos为1 cur = cur->_right; else cur = cur->_left; if (cur->_left == NULL && cur->_right == NULL) { fputc(cur->_w._ch,fin); cur = root;//还原一个字符 if (--fileSize == 0) { break;//只有最后一个字符出来(结束) } } } value = fgetc(fout); } cout << "解压缩字符数：" << count << endl; }private: CharInfo _infos[256];//在数组中找编码};void TestFileCompress(){ FileCompress fc; //fc.Compress("input.txt"); fc.UnCompress("input.txt.huffman"); /*FileCompress fc1; fc1.Compress("input.txt");*/ /*FileCompress fc2; fc2.UnCompress("input.txt.huffman");*/}阅读全文
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