基于Huffman编码的文件压缩/解压缩

基于Huffman编码的文件压缩

文件压缩(*.zip)：简单来说就是让文件原本所占空间变小

主要过程和原理：

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压缩步骤

• 1、获取源文件中每个字符出现的次数
• 2、以每个字符出现的次数为权值创建huffman树
• 3、根据Huffman树获取每个字符的编码
• 4、根据每个字符的编码重新改写源文件

压缩原理

• 1 .整个压缩过程的重点都在于Huffman树上，所以主要是构建Huffman树，利用Huffman树的权值来记录文件中每个字符出现的次数
• 2 .Huffman树：最优二叉树，Huffman树是带权路径长度最短的树，权值较大的结点离根较近，所以，用权值来记录每个树出现的次数，并且用编码记录字符所在位置
• 3 .令每一个出现的字符都为二叉树的叶子节点（每条路径只有一个叶子节点），遍历二叉树中每个节点并且记录权值，写到压缩文件中，从而完成对文件的压缩

压缩过程
1.创建Huffman树(HuffmanFile.hpp)

• 注：
• 由于需要用到类模板，所以创建.hpp文件
• 建立小堆：为了获取每个字符最小权值，利用优先级队列建立小堆
• 字符编码：规定路径左为0，路径右为1，以便于记录压缩文件

二叉树实例：
如文件数据：aaaabbddcccccd

2.创建.hzp文件(CompressFile.h&CompressHuff.cpp)

二进制读取文件，统计出256个字符中各字符出现的次数以及字符出现的总次数；
调用Huffman树生成Huffman编码；
按照源文件压缩数据：每8位为一个字节写入压缩文件，当余下的不够一个字节时，在后面补0够一个字节再写入
加入配置信息：字符出现的总次数以及各个字符出现的次数

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压缩原理

解压步骤

• 1、获取.hzp压缩文件
• 2、获取压缩文件的信息
• 3、还原Huffman树
• 4、解压缩

解压过程
如果掌握的压缩技巧后，解压的过程相对简单
解压文件属于将压缩文件反向来看：读取压缩文件中的配置信息和二叉树编码，利用resever将二叉树中编码逆置，还原二叉树，从而解压文件

关键代码：

//Huffman树的创建
//1.创建二叉树节点
template<class W>
struct HuffmanTreeNode{
	HuffmanTreeNode(const W& weight)
	:_pLeft(nullptr)
	, _pRight(nullptr)
	, _pParent(nullptr)
	, _weight(weight)
	{}
	HuffmanTreeNode<W>* _pLeft;
	HuffmanTreeNode<W>* _pRight;
	HuffmanTreeNode<W>* _pParent;
	W _weight;  //权值
};
//2.由于优先级队列默认是大堆，所以我们需要利用仿函数重新定义排序规则
template<class W>
struct  Compare{
	typedef HuffmanTreeNode<W>* PNode;
	bool operator()(const PNode pLeft, const PNode pRight)
	{
		return pLeft->_weight > pRight->_weight;    //仿函数构造小堆
	}
};
//3.构造一个Huffman类，对二叉树进行创建排列与销毁
class HuffmanTree{};
//////////////////////////////////////////////////////////////
//压缩与解压中的主要函数 (CompressFile.h)
class FileCompressHuffM
{
public:
	 FileCompressHuffM();
	void CompressFile(const string& strFilePath);
	void UNCompressFile(const string& strFilePath);
	void WriteHead(FILE* fOut, const string& strFilePath); //文件头部信息
private:
	void HuffmanCode(HuffmanTreeNode<CharInfo>* proot);
	void GetLine(FILE* fIn, string& strContent); 
private:
	vector<CharInfo>_charInfo;
};

源代码地址
码云地址:https://gitee.com/CoolShaw_skr/Cpp/tree/master/文件压缩