c语言实现哈夫曼编/译码器

c语言实现哈夫曼编译码器

分析设计如下功能的哈夫曼编译码系统：

1. 初始化：从终端读入字符集大小为n,以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树。

2. 编码：利用已建好的哈夫曼树，通过计算权重值计算输出对应字符集的哈夫曼编码。

3. 译码：利用已建立好的哈夫曼树，将用户输入电文中的代码进行译码，译码结果进行输出。
   已经完美运行，话不多说先上代码！（建议保存为cpp运行）

代码

#include//建议保存为cpp运行
#define maxleaf 20//最大叶子数目
#define maxnode maxleaf*2-1//结点总数
#define maxval 10000
#define maxsize  100//哈夫曼编码的最大位数
typedef struct
{
 char ch;
 float weight;
 int lchild,rchild,parent;
}hufmtree;
typedef struct
{
 char bits[maxsize];//位串
 int start;      //编码在位串中的起始位置
 char ch;        //字符
}codetype;
//huffman
void huffman(hufmtree tree[],int n)//建立哈夫曼树
{
 int i,j,p1,p2;//p1,p2分别记住每次合并时权值最小和次小的两个根结点的下标
 float small1,small2,f;
 char c;
 int m = 2*n-1;
 for(i=0;i<m;i++)    //初始化
 {
  tree[i].parent=0;
  tree[i].lchild=-1;
  tree[i].rchild=-1;
  tree[i].weight=0.0;
 }
 for(i=0;i<n;i++)  //读入前n个结点的字符及权值
 {
  printf("第%d个元素的=>\n",i+1);
  printf("\t结点值:"); 
  scanf("%c",&c);
  getchar();
  printf("\t权重:");
  scanf("%f",&f);
  getchar();
  tree[i].ch=c;
  tree[i].weight=f;
 }
  for(i=n;i<m;i++)      //进行n-1次合并，产生n-1个新结点
 {
  p1=0;p2=0;
  small1=maxval;small2=maxval;   //maxval是float类型的最大值
  for(j=0;j<i;j++)    //选出两个权值最小的根结点
   if(tree[j].parent==0)
    if(tree[j].weight<small1)
    {
     small2=small1;  //改变最小权、次小权及对应的位置
     small1=tree[j].weight;
     p2=p1;
     p1=j;
    }
    else if(tree[j].weight<small2)
    {
     small2=tree[j].weight;  //改变次小权及位置
     p2=j;
    }
  tree[p1].parent=i;
  tree[p2].parent=i;
  tree[i].lchild=p1;  //最小权根结点是新结点的左孩子
  tree[i].rchild=p2;  //次小权根结点是新结点的右孩子
  tree[i].weight=tree[p1].weight+tree[p2].weight;
 }
}
//huffmancode
void huffmancode(codetype code[],hufmtree tree[],int n)//根据哈夫曼树求出哈夫曼编码
{
 int i,c,p;
 codetype cd;   //缓冲变量
 for(i=0;i<n;i++)
 {
  cd.start=n;
  cd.ch=tree[i].ch;
  c=i;       //从叶结点出发向上回溯
  p=tree[i].parent;   //tree[p]是tree[i]的双亲
  while(p!=0)
  {
   cd.start--;
   if(tree[p].lchild==c)
    cd.bits[cd.start]='0';   //tree[i]是左子树，生成代码'0'
   else
    cd.bits[cd.start]='1';   //tree[i]是右子树，生成代码'1'
   c=p;
   p=tree[p].parent;
  }
  code[i]=cd;    //第i+1个字符的编码存入code[i]
 }
}
//decode
void decode(hufmtree tree[],int m)//依次读入电文，根据哈夫曼树译码
{
 int i,j=0,k=0;
 char b[maxsize];
 char endflag='#';    //电文结束标志取2
 i=m-1;             //从根结点开始往下搜索
 getchar();
 gets(b);
 printf("输出哈夫曼译码：\n");
 while(b[j]!='#')
 {
  if(b[j]=='0')
   i=tree[i].lchild;   //走向左孩子
  else
   i=tree[i].rchild;   //走向右孩子
  if(tree[i].lchild==-1)     //tree[i]是叶结点
  {
   printf("%c",tree[i].ch);
   i=m-1;      //回到根结点
  }
  j++;
 }
 printf("\n");
 if(tree[i].lchild!=-1&&b[j]!='#')   //电文读完，但尚未到叶子结点
  printf("\nERROR\n");  //输入电文有错
}
//主函数--程序入口
int main()
{
 int i,j,n,m;
 int choose;
 hufmtree tree[maxnode];
 codetype code[maxleaf];
 while(1){
  printf("\t\t请选择您要实现的功能：（输入1-4数字）\n");
  printf("\t1---建立哈夫曼树\n");
  printf("\t2---编码\n");
  printf("\t3---译码\n");
  printf("\t4---退出系统\n");
  scanf("%d",&choose);
  switch(choose){
  case 1:
   printf("请输入元素个数：");
   scanf("%d",&n);
   getchar();
   huffman(tree,n);//建立哈夫曼树
   printf("哈夫曼树已成功建立！\n");
   break;
     case 2:
   printf("输出哈夫曼编码：\n");
   huffmancode(code,tree,n);//根据哈夫曼树求出哈夫曼编码
   for(i=0;i<n;i++)
   {
    printf("%c: ",code[i].ch);
    for(j=code[i].start;j<n;j++)
     printf("%c",code[i].bits[j]);
    printf("\n");
   }
   break;
  case 3:
   m=2*n-1;
   printf("请输入电文（0 or 1）,以#为结束标志：\n");
   decode(tree,m);//依次读入电文，根据哈夫曼树译码
   break;
  case 4:
   return 0;
  }
 }
 return 0;
}

1.哈夫曼树构造模块

（1）功能介绍

利用写好的huffman函数来生成哈夫曼树。若已知n个字符的出现概率的“权值”，构造出具有2n-1个结点的哈夫曼树（采用静态链表存储结构）。

（2）流程图

定义hufmtree数组后将所有的2n-1个节点的左右节点置为-1，循环遍历进行n-1次合并，产生n-1个新结点，改变最小权、次小权及对应的位置，最小权根结点是新结点的左孩子，次小权根结点是新结点的右孩子。哈夫曼树的构造流程图如图1所示。

图1 哈夫曼树的构造流程图

（3）实现结果