文件压缩程序设计报告

课程设计报告

课程名称：操作系统

实验题目：文件压缩程序

院系：计算机科学与工程学院

班级：

姓名：

学号：

二一一年七月一日

○

一、需求分析：

有两种形式的重复存在于计算机数据中，文件压缩程序就是对这两种重复进行了压缩。

一种是短语形式的重复，即三个字节以上的重复，对于这种重复，压缩程序用两个数字：1.重复位置距当前压缩位置的距离；2.重复的长度，来表示这个重复，假设这两个数字各占一个字节，于是数据便得到了压缩。

第二种重复为单字节的重复，一个字节只有256种可能的取值，所以这种重复是必然的。给256种字节取值重新编码，使出现较多的字节使用较短的编码，出现较少的字节使用较长的编码，这样一来，变短的字节相对于变长的字节更多，文件的总长度就会减少，并且，字节使用比例越不均匀，压缩比例就越大。

编码式压缩必须在短语式压缩之后进行，因为编码式压缩后，原先八位二进制值的字节就被破坏了，这样文件中短语式重复的倾向也会被破坏（除非先进行解码）。另外，短语式压缩后的结果：那些剩下的未被匹配的单、双字节和得到匹配的距离、长度值仍然具有取值分布不均匀性，因此，两种压缩方式的顺序不能变。

本程序设计只做了编码式压缩，采用Huffman编码进行压缩和解压缩。Huffman编码是一种可变长编码方式，是二叉树的一种特殊转化形式。编码的原理是：将使用次数多的代码转换成长度较短的代码，而使用次数少的可以使用较长的编码，并且保持编码的唯一可解性。根据ascii码文件中各ascii字符出现的频率情况创建Huffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中。同时，亦可根据对应的哈夫曼树，将哈夫曼编码文件解压成字符文件.

二、概要设计：

主程序流程图：

主函数

统计字符，得退出

测试

输入测试字符

串

统计字符信息，

建立Huffman曼

树

根据Huffman树，求得对应字符的

Huffman编码

输入Huffman编码，求得解码

出统计出的字

符的权值n

根据权值进行

建立Huffman树

输出Huffman树

编码

输出编码压缩编码

生成压缩文件

扫描压缩文件，

载入字符信息

根据权值进行

建立Huffman树

输出Huffman树

解码

解压

生成新的文本

文档

压缩过程的实现:

压缩过程的流程是清晰而简单的:

1.创建Huffman树

2.打开需压缩文件

3.将需压缩文件中的每个ascii码对应的huffman编码按bit单位输出生成压缩文件压缩结束。

其中，步骤1和步骤3是压缩过程的关键。

步骤1:这里所要做工作是得到Huffman数中各叶子结点字符出现的频率并进行创建.统计字符出现的频率可以有很多方法:如每次创建前扫描被创建的文件，“实时”的生成各字符的出现频率;或者是创建前即做好统计.这里采用的是前一种方法。

步骤3:将需压缩文件中的每个ascii码对应的huffman编码按bit单位输出.

这是本压缩程序中最关键的部分:

这里涉及“转换”和“输出”两个关键步骤：“转换”部分大可不必去通过遍历Huffman树来找到每个字符对应的哈夫曼编码，可以将每个Huffman码值及其对应的ascii码存放于如下所示的结

构体中：

解压缩过程的实现:

如果说,压缩的过程可以通过查找codeList来加速实现的话，而解压缩则必须通过查找huffman树才能加以实现.查找的过程是简单的，可以根据

huffman树的性质来做，当haffCode的当前bit位为0时，则向左枝展开搜索;当前bit位为1时，则向右枝展开搜索，当遇到叶子结点时，则输出haffCode对应的asciiCode。

三、详细设计：

核心算法源程序：

Huffman树建立源程序：

//-------------------------------------------------------------

//huffmantree.h

//霍夫曼树

#ifndef HUFFMANTREE

#define HUFFMANTREE

#define Defaultsize300

#include

#include"bintree.h"

#include"heap.h"

class Code

{

public:

int code;

Code*link;

Code(int c=0,Code*l=NULL):code(c),link(l){};

};

class CharNameNode

{

public:

unsigned char charname;//要这样才行

Code*link;

CharNameNode(unsigned char c=0,Code*l=NULL):charname(c),link(l){};

};

template

class HuffmanTree:public BinaryTree

{

public:

int key;

HuffmanTree(){};

HuffmanTree(HuffmanTree&ht1,HuffmanTree&ht2)

{

Type temp=0;//可能有变

key=ht1.key+ht2.key;

root=new BinTreeNode(0,Copy(ht1.root),Copy(ht2.root));

}

void Build(int*fr,Type*value,int n,HuffmanTree&newtree);

void Path(BinTreeNode*start,Code*first,Code*last,CharNameNode*Node,int &i);//一个数组

};

template

void HuffmanTree::Build(int*fr,Type*value,int n,HuffmanTree&newtree) {//fr为value(值) 对应的权

int i;

HuffmanTreefirst,second;

HuffmanTreeNode[Defaultsize];

MinHeap>hp;

assert(n>=0&&n<=Defaultsize);

for(i=0;i

{

Node[i].root=new BinTreeNode(value[i],NULL,NULL);

Node[i].key=fr[i];

}

hp=MinHeap>(Node,n);

for(i=0;i

{

hp.RemoveMin(first);

hp.RemoveMin(second);

HuffmanTree*temp=new HuffmanTree(first,second);

hp.Insert(*temp);

}

hp.RemoveMin(newtree);

}

template

void HuffmanTree::Path(BinTreeNode*start,Code*first,Code *last,CharNameNode*Node,int&i)//一个数组

{

if(start==NULL)

return;

//if(start->GetData()!=0)//是叶结点严重错误，可能叶结点也是0！！

if(start->GetLeft()==NULL&&start->GetRight()==NULL)

{

Node[i].charname=start->GetData();

Node[i].link=NULL;

if(first==NULL)

return;

Node[i].link=new Code(first->code);

Code*p=first->link,*q=Node[i].link;