1、哈夫曼编码译码系统实验报告数据结构课程设计报告安徽大学数据结构课程设计报告项目名称：哈弗曼编/译码系统的设计与实现姓名：鉏飞祥学号：E21414018专业：软件工程完成日期2016/7/4计算机科学与技术学院1 .需求分析1.1问题描述问题描述：利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（解码）。对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。试为这样的信息收发站设计一个哈夫曼编译码系统。1.2基本要求 (1)输入的形式和输入值的范围； (2)输出
2、的形式； (3)程序所能达到的功能。1.基本要求（1）初始化（Initialzation）。从数据文件DataFile.data中读入字符及每个字符的权值，建立哈夫曼树HuffTree；（2）编码（EnCoding）。用已建好的哈夫曼树，对文件ToBeTran.data中的文本进行编码形成报文，将报文写在文件Code.txt中；（3）译码（Decoding）。利用已建好的哈夫曼树，对文件CodeFile.data中的代码进行解码形成原文，结果存入文件Textfile.txt中；（4）输出（Output）。输出DataFile.data中出现的字符以及各字符出现的频度（或概率）；输出ToBeTr
3、an.data及其报文Code.txt；输出CodeFile.data及其原文Textfile.txt；2. 概要设计说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义。主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。(1)数据结构哈夫曼树的节点struct huff int weight; int parent; int l; int r;哈夫曼编码的存储struct huff *hufftree;(2)程序模块选择1到i-1中parent为0且权值最小的两个下标void Select(struct huff *HT, int n, int &s1, int &s2)构建哈夫曼树：void huff
4、mancoding(struct huff *ht,int *w,int n)对原文进行编码：void code(char *c)根据报文找到原文：void decoding(char *zifu)3. 详细设计 核心技术分析：1：构建哈夫曼树及生成哈夫曼编码：根据每个字符权值不同，根据最优二叉树的构建方法，递归生成哈夫曼树，并且用数组存放哈夫曼树。再从每一叶子节点向树根遍历，求得编码例如：如图所示的四个节点v1，v2，v3，v4，他们的权值分别为7，11,4,5 7 11 4 5 第一步：选择两个权值最小的节点作为左右子孩子，建立一个二叉树，双亲权值为两个自孩子之和，如图 7 11 9重复第
5、一步： 11 16 27重复第一步： 16则此时建立的是优有二叉树，约定定左子树边编码为1，右子树编码为0，则可以对次二叉树进行编码，如图： 1 0 1 0 1 0则各顶点的编码为：V1 01V2 1V3 001V4 0002：将原文编码：逐个从文件读入字符，根据已经建立好的哈夫曼树，找到每一字符对应的编码3：将报文译码：步骤一：先读入一个字符，存入匹配字符串步骤二：根据匹配串找所有的哈夫曼编码，如果找到对应的编码，则输入该编码所对应的字符，如果找不到，则读入两个字符存入匹配串，重复步骤二，找到为止。步骤三：把剩下的字符重复步骤一二4. 测试与分析 调试过程，不可能错的分配空间的语句却莫名的让
6、整个程序崩溃，关于编译原理和内存分配的各种问题太欠缺。学了计算机组成原理与体系结构也不知道比如在自定义函数中：Char *c;C=(char *)malloc(4*sizoef(char *);C2=(char *)malloc(4*sizeof(char);这样竟然会让程序这执行到这一句时崩溃，本来不可能有错误的。而这句如果写在主函数中，就不会有问题。分配的空间不大，不可能是内存不够用。解决的方法是分开，把C=(char *)malloc(4*sizoef(char *);放在主函数中，另外一句不变依然在自定义函数中。malloc和free尽量配对使用，注意：malloc后通常要对返回值进行
7、判断，避免发生不必要的错误。注意，最好再p 被free掉后，加上p=NULL这句“野指针”不是NULL指针，是指向“垃圾”内存（不可用内存）的指针。人们一般不会错用NULL指针，因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的，if无法判断一个指针是正常指针还是“野指针”。有个良好的编程习惯是避免“野指针”的唯一方法。指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针。别看free和delete的名字（尤其是delete），它们只是把指针所指的内存给释放掉，但并没有把指针本身干掉。此时指针指向的就是“垃圾”内存。释放后的指针应立即将指针置为NULL，防止产生“
8、野指针”malloc函数动态申请的内存空间是在堆里(而一般局部变量存于栈里)，并且该段内存不会被初始化，与全局变量不一样，如果不采用手动free()加以释放，则该段内存一直存在，直到程序退出才被系统，所以为了合理使用内存，在不适用该段内存时，应该调用free()。另外，如果在一个函数里面使用过malloc，最好要配对使用free，否则容易造成内存泄露（没有将内存还给自由存储区）。但是，往往会在free的时候发生段错误.正确的做法是这样：/在分配之前加一句判断指针是否为空，防止产生内存泄露程序运行结果：完美解决所提出的问题。5. 附录 #include#include#includestruct
9、 huff int weight; int parent; int l; int r;int mm;/*记录哈夫曼字码的个数*/struct huff *hufftree;char *huffmancode;void Select(struct huff *HT, int n, int &s1, int &s2)/选择函数，选出parent为零，且权值最小的两个节点 int min1=100; int min2=100; int i; for(i=1;iHTi.weight)&(HTi.parent=0) min1=HTi.weight; for(i=1;i=n;i+) if(min1=HTi
10、.weight)&(HTi.parent=0) s1=i; break; for(i=1;iHTi.weight)&(HTi.parent=0)&(i!=s1) min2=HTi.weight; for(i=1;i=n;i+) if(min2=HTi.weight)&(HTi.parent=0)&(i!=s1) s2=i; break; int pipei(char *c)/*在huffmancode寻找匹配的编码*/ int i; for(i=1;imm;i+) if(strcmp(c,huffmancodei)=0) return i; break; return 0;void decod
11、ing(char *zifu)/*对哈夫曼编码进行译码*/ FILE *fp,*fp1; int i,j,p,ii; int n; char c11; for(i=0;i10;i+) ci=0; printf(codefile.txt报文为：n); if(fp=fopen(codefile.txt,r)=NULL) printf(errorn); char a100; for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ai); if(ai=#) break; printf(%c,ai); printf(n); fclose(fp); if(fp1=fopen(testfile.txt,w)=
12、NULL) printf(errorn); i=1; j=1; int m=1; printf(对应原文为n); while(true) if(am=#) break; for(j=0;ji;j+) cj=am+j; n=pipei(c); if(n!=0) fprintf(fp1,%c,zifun); printf(%c,zifun); m=m+i; i=1; else i+; for(ii=0;ii10;ii+) cii=0; printf(n); fclose(fp1);int main() system(color e0); /可以写成 red 调出颜色组 system(title h
13、uffman系统); /设置cmd窗口标题 system(date /T); system(TIME /T); void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n); void code(char *c); int i; FILE *fp,*fp1,*fp2; if(fp=fopen(DataFile.txt,r)=NULL) printf(errorn); int w28; char c28; printf(从文件DataFile.txt读入字符和权值分别为：n); for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ci); if(ci=#) b
14、reak; fscanf(fp,%d,&wi); printf(%c: ,ci); printf(%dn,wi); fclose(fp); int m=i-1; mm=i; huffmancode=(char *)malloc(i*sizeof(char *); huffmancoding(hufftree,w,m); printf(各字符的编码为n); for(i=1;i=m;i+) printf(%c: ,ci); printf(%sn,huffmancodei); code(c); decoding(c); return 0;void code(char *c)/*根据原文进行编码*/
15、FILE *fp,*fp1; int i,j; char a100; printf(tobetran.txt原文为：n); if(fp=fopen(tobetran.txt,r)=NULL) printf(errorn); for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ai); if(ai=#) printf(n); break; printf(%c ,ai); fclose(fp); if(fp1=fopen(code.txt,w)=NULL) printf(errorn); printf(对应报文为：n); for(i=1;i+) if(ai=#) break; for(j=1;j=
16、26;j+) if(ai=cj) fprintf(fp1,%s,huffmancodej); printf(%s,huffmancodej); break; printf(n); fclose(fp1);void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n)/*构建哈夫曼树和哈夫曼编码*/ if(n=1) return; int m,i; m=2*n-1; ht=(struct huff *)malloc(m+1)*sizeof(struct huff); struct huff *p; for(p=ht,i=0;iweight=*w; p-paren
17、t=0; p-l=0; p-r=0; for(;il=0; p-weight=0; p-parent=0; p-r=0; for(i=1;i=4;i+) for(i=n+1;i=m;i+) int s1,s2; Select(ht,i-1,s1,s2); hts1.parent=i; hts2.parent=i; hti.l=s1; hti.r=s2; hti.weight=hts1.weight+hts2.weight; char *cd; cd=(char *)malloc(n*sizeof(char); cdn-1=0; int start,c,f; for(i=1;i=n;+i) start=n-1; for(c=i,f=hti.parent;f!=0;c=f,f=htf.parent) if(htf.l=c) cd-start=0; else cd-start=1; huffmancodei=(char *)malloc(n-start)*sizeof(char); strcpy(huffmancodei,&cdstart); free(cd);6. 用户使用手册 运行程序即可。如果改变，可以改变文件datafile.txt，codefile.txt中的值
