文件压缩与解压实验报告

院系：计算机学院实验课程：实验3实验项目：文本压缩与解压指导老师：开课时间：2010 ～ 2011年度第 1学期专业：班级：学生：学号：一、需求分析1.本程序能够实现将一段由大写字母组成的容转为哈弗曼编码的编码功能以及将哈弗曼编码翻译为字符的译码功能。

2.友好的图形用户界面，直观明了，每一个操作都有相应的提示，用户只需按着提示去做，便能轻松实现编码以及译码的效果，编码及译码结果都被保存成txt 文档格式，方便用户查看。

3.本程序拥有极大的提升空间，虽然现在只能实现对大写字母的译码以及编码，但通过改进鉴别的算法，即能够实现小写字母乃至其他特殊符号等的编码。

4.本程序可用于加密、解密，压缩后文本的大小将被减小，更方便传输5.程序的执行命令包括：1）初始化 2）编码 3）译码 4）印代码文件 5）印哈弗曼树 6）退出6.测试数据（1）THIS PROGRAM IS MY FAVOURITE（2）THIS IS MY FAVOURITE PROGRAMBUT THE REPORT IS NOT二、概要设计为实现上述功能，应有哈弗曼结点，故需要一个抽象数据类型。

1.哈弗曼结点抽象数据类型定义为：ADT HaffTree{数据对象：HaffNode* ht，HaffCode* hc基本操作：Haffman(int w[],int n)操作结果：构造哈弗曼树及哈弗曼编码，字符集权值存在数组w，大小为nsetdep()setdep(int p,int l)操作结果：利用递归，p为哈弗曼节点序号，l为哈弗曼节点深度setloc()操作结果：设置哈弗曼节点坐标，用以输出到界面setloc2()操作结果：设置哈弗曼节点坐标，用以输出到文本，默认状态下不启用} ADT HaffTree2.本程序包含4个模块1）主程序模块：接受用户要求，分别选择执行①初始化②编码③译码④印代码文件⑤印哈弗曼树⑥退出2）哈弗曼树单元模块——建立哈弗曼树3）哈弗曼编码单元模块——进行哈弗曼编码、译码4）响应用户操作，输出容到界面或文本各模块之间的关系如下：三、详细设计1.全局变量、结点int m_gcharnum;//记录字符集大小全局变量int t;//用于输入框弹出次数的计数int *w;//用于存储各个字符权值的数组int x;//用于计算各个哈弗曼结点x坐标的全局变量int initswitch;//用于判断是否已经进行了初始化操作int printtree;//用于判断哈弗曼树是否已经生成的操作HaffTree HF;//哈弗曼树类struct HaffNode{int weight;//记录结点权值int parent;//记录结点双亲序号int lchild;//记录结点左孩子序号int rchild;//记录结点右孩子序号int x;//记录x坐标int y;//记录y坐标int dep;//记录深度int sn;//记录空格个数int k;//0为左孩子，1为右孩子，-1为根string s;};struct HaffCode{int bit[28];//记录各结点的哈弗曼编码int start;//记录遍历哈弗曼树的起始位置int weight;//记录结点权值};2.哈弗曼树的实现//函数名：Haffman//功能：生成哈弗曼树，为每一个哈弗曼结点生成哈弗曼编码//函数参数：int w[]引入各个字符的权值// int n字符集大小void HaffTree::Haffman(int w[],int n){int i,j,m1,m2,x1,x2;//m1,m2表示最小、次小x1,x2表示左右孩子for(i=0;i<2*n-1;i++)//进行初始化操作，记录权值{if(i<n)ht[i].weight=w[i];else ht[i].weight=0;//赋权值ht[i].parent=0;//清空父母序号ht[i].lchild=-1;//清空左孩子序号ht[i].rchild=-1;//清空右孩子序号}for(i=0;i<n-1;i++)//寻找最小、次小，生成双亲{m1=m2=1000;x1=x2=0;for(j=0;j<n+i;j++){if(ht[j].weight<m1&&ht[j].parent==0)//如果权值比最小的小，且未获得双亲（未被访问），将其设为最小{m2=m1;x2=x1;m1=ht[j].weight;x1=j;}else if(ht[j].weight<m2&&ht[j].parent==0)//如果权值比次小的小，将其设为次小{m2=ht[j].weight;x2=j;}}ht[x1].parent=n+i;ht[x2].parent=n+i;ht[n+i].weight=ht[x1].weight+ht[x2].weight;ht[n+i].lchild=x1;ht[ht[n+i].lchild].k=0;//为左孩子添加标记ht[n+i].rchild=x2;ht[ht[n+i].rchild].k=1;//为右孩子添加标记}HaffCode cd;int child,parent;for(i=0;i<n;i++){cd.start=n-1;cd.weight=ht[i].weight;child=i;parent=ht[child].parent;while(parent!=0)//为每个结点设置哈弗曼编码值，左孩子为0，右孩子为1{if(ht[parent].lchild==child)cd.bit[cd.start]=0;elsecd.bit[cd.start]=1;cd.start--;child=parent;parent=ht[child].parent;}for(j=cd.start+1;j<n;j++){ hc[i].bit[j]=cd.bit[j];}//为每个结点生成哈弗曼编码hc[i].start=cd.start;hc[i].weight=cd.weight;}}3.主函数和其他函数的实现1）哈弗曼树类的成员函数的实现：///////////////////////////////////////////////////////////////////// //////函数名：setdep//功能：利用递归，为哈弗曼树各个结点记录深度//函数参数：无void HaffTree::setdep(){int i=2*m_gcharnum-2;setdep(i,1);}//函数名：setdep//功能：利用递归，为哈弗曼树各个结点记录深度//函数参数：int p引入哈弗曼结点序号// int l记录深度void HaffTree::setdep(int p,int l){if(p!=-1){setdep(ht[p].lchild,l+1);ht[p].dep=l;setdep(ht[p].rchild,l+1);}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //////函数名：setloc//功能：为各个哈弗曼结点确定坐标，以输出到界面//函数参数：无void HaffTree::setloc(){setdep();int f=1;if(initswitch==1){stack<int> s;int k;int i=2*m_gcharnum-2;while(!s.empty()||i!=-1)//如果栈不为空且序号不为-1{while(i!=-1){s.push(i);//入栈i=ht[i].lchild;//获取左孩子的序号}if(!s.empty()){k=s.top();//出栈s.pop();if(k!=-1){ht[k].x=x+f*10;ht[k].y=ht[k].dep*30;}i=ht[k].rchild;//获取右孩子的序号}f++;}}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //////函数名：setloc2，利用层次遍历思想实现//功能：为各个哈弗曼结点确定坐标，以输出到文档//函数参数：无void HaffTree::setloc2(){if(initswitch==1){queue<int> q;int k=2*m_gcharnum-2;ht[k].sn=1024;//设置第一个结点的空格值为1024个ht[k].k=-1;//标记第一个结点为根结点int d0=11;int d=1;int p;if(k!=-1){q.push(k);//入队}while(!q.empty()){while(d<=d0){if(!q.empty()){ p=q.front();}//出队else{ d++;break;}if(d==ht[p].dep)//如果d不等于当前深度，先不出队{if(d!=1){if(ht[p].k==0)//计算左孩子空格个数{ht[p].sn=ht[ht[p].parent].sn-1024/pow(2,ht[p].dep-1);}if(ht[p].k==1)//计算右孩子空格个数{ht[p].sn=ht[ht[p].parent].sn+1024/pow(2,ht[p].dep-1);}q.pop();}else{ q.pop();}if(ht[p].lchild!=-1){ q.push(ht[p].lchild);}//左孩子入队if(ht[p].rchild!=-1){ q.push(ht[p].rchild);}//右孩子入队}else{ d++;}}}}}2）程序主界面某些函数的实现：///////////////////////////////////////////////////////////////////// //////函数名：CP3View::OnDraw()//功能：画图//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnDraw(CDC* pDC){CP3Doc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);// TODO: add draw code for native data hereCRect rect;GetClientRect(rect);///取得客户区域pDC-> FillRect(rect,&m_brushBackground); ///用背景画刷填充区域OnEraseBkgnd(pDC);CPen penblack;//定义画笔CBrush brush1;//定义画刷COLORREF oldbackcolor=RGB(255,255,255);//获取背景颜色penblack.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(255,0,0));//为画笔设定大小和颜色pDC->SelectObject(&penblack);brush1.CreateSolidBrush(oldbackcolor);//为画刷设定颜色pDC->SelectObject(&brush1);if(printtree==1)//如果显示树的按钮已被按下，则执行下面的容{HF.setloc();//设置各个节点坐标//利用非递归中序遍历思想画图stack<int> s;建栈int k;int i=2*m_gcharnum-2;while(!s.empty()||i!=-1){while(i!=-1){s.push(i);//入栈i=HF.ht[i].lchild;//获取左孩子序号}if(!s.empty()){k=s.top();//出栈s.pop();if(k!=-1){CString str(HF.ht[k].s.data());//获取当前哈弗曼结点的数据pDC->TextOut(HF.ht[k].x,HF.ht[k].y,str);//输出str的值}i=HF.ht[k].rchild;//获取右孩子序号//////////////////////////////////////////////////画线用if(HF.ht[k].lchild!=-1){pDC->MoveTo(HF.ht[k].x+4,HF.ht[k].y);pDC->LineTo(HF.ht[HF.ht[k].lchild].x+4,HF.ht[HF.ht[k].lchild].y);}if(HF.ht[k].rchild!=-1){pDC->MoveTo(HF.ht[k].x+4,HF.ht[k].y);pDC->LineTo(HF.ht[HF.ht[k].rchild].x+4,HF.ht[HF.ht[k].rchild].y);}////////////////////////////////////////////////// }}}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //函数名：CP3View::OnHandinput//功能：执行手动输入操作//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnHandinput(){// TODO: Add your command handler code hereifstream fip("HaffmanTree.txt");//利用文件流打开文件int i;if(!fip)//判断文件HaffmanTree.txt是否已经存在，若存在，则自动读取，若不存在，则手动输入{fip.close();fstream fop("HaffmanTree.txt",ios::out);//以写方式打开文件DINIT dint;//打开输入字符集大小对话框dint.DoModal();if(m_gcharnum!=0){t=0;DBLANKW dblankw;//打开输入空格权值对话框dblankw.DoModal();t++;for(t=1;t<m_gcharnum;t++){DCHARW dcharw;//打开输入字符及其权值对话框dcharw.DoModal();}}HF.Haffman(w,m_gcharnum);//生成哈弗曼树及代码fop<<m_gcharnum<<endl;for(i=0;i<m_gcharnum;i++){fop<<HF.ht[i].s<<endl;//写入字符fop<<HF.ht[i].weight<<endl;//写入字符所对应的权值fop<<HF.ht[i].parent<<endl;//写入双亲序号fop<<HF.ht[i].lchild<<endl;//写入左孩子序号fop<<HF.ht[i].rchild<<endl;//写入右孩子序号}fop.close();//关闭文件}else{AfxMessageBox("哈弗曼树文件已经存在，不需要手动输入，现执行自动读取！");fip.close();ifstream fip("HaffmanTree.txt");//以读文件方式打开文件fip>>m_gcharnum;//读取字符集大小char c[4];HF.ht=new HaffNode[2*m_gcharnum-1];HF.hc=new HaffCode[m_gcharnum];w=new int[m_gcharnum];for(i=0;i<m_gcharnum;i++){if(i==0){HF.ht[i].s=" ";}else{fip>>c;HF.ht[i].s=c;}fip>>w[i];//读取字符权值赋给w数组fip>>HF.ht[i].parent;//读取双亲序号fip>>HF.ht[i].lchild;//读取左孩子序号fip>>HF.ht[i].rchild;//读取右孩子序号}HF.Haffman(w,m_gcharnum);//生成哈弗曼树fip.close();//关闭文件}AfxMessageBox("初始化成功！");initswitch=1;}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //函数名：CP3View::OnEncodinghinput//功能：执行编译手动输入操作//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnEncodinghinput(){// TODO: Add your command handler code hereif(initswitch==1)//判断是否已经初始化{DTOBETRAIN dtbt;//打开手动输入对话框dtbt.DoModal();}else{AfxMessageBox("您尚未执行初始化操作！请先执行初始化操作！");}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //函数名：CP3View::OnEncodingainput//功能：执行自动编码//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnEncodingainput(){// TODO: Add your command handler code hereif(initswitch==1)//判断是否已经初始化{CString m_path1,m_path2;//m_path1记录需要编码文件的路径,m_path2记录编码完成后文件的保存路径string cmp;char temp;AfxMessageBox("请选择要编码的文件的位置！");CFileDialog hFileDlg(true,NULL,NULL,OFN_FILEMUSTEXIST | OFN_READONLY | OFN_PATHMUSTEXIST,TEXT("文档文本 (*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*|"),NULL);if(hFileDlg.DoModal() == IDOK){m_path1 = hFileDlg.GetPathName();//获取编码文件路径UpdateData(FALSE);}ifstream ldf(m_path1,ios::in);//以读方式打开文件AfxMessageBox("请选择代码文件的保存位置！");CFileDialog hFileDlg1(false,NULL,NULL,OFN_FILEMUSTEXIST | OFN_READONLY | OFN_PATHMUSTEXIST,TEXT("文档文本 (*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*|"),NULL);if(hFileDlg1.DoModal() == IDOK){m_path2 = hFileDlg1.GetPathName();UpdateData(FALSE);}ofstream sff(m_path2);//以写方式打开文件while((temp=ldf.get())!=EOF){cmp=temp;int i=0,j=0;if(temp=='\n')//判断是否为回车{ sff<<'\n';}else{if(temp==0x20)//判断是否为空格{i=0;}else{while(cmp!=HF.ht[i].s)i++;}for(j=HF.hc[i].start+1;j<m_gcharnum;j++)sff<<HF.hc[i].bit[j];//比较字符，寻找对应的字符并将字符对应的哈弗曼编码写入结点}}AfxMessageBox("代码文件已保存成功！");}else{AfxMessageBox("您尚未执行初始化操作！请先执行初始化操作！");}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //函数名：CP3View::OnDecoding//功能：执行译码操作//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnDecoding(){// TODO: Add your command handler code hereif(initswitch==1)//判断是否已经初始化{CString m_path1,m_path2;//m_path1记录需要译码的文件的路径,m_path2记录译码后保存的文件的路径AfxMessageBox("请选择你需要译码的文件！");CFileDialog hFileDlg(true,NULL,NULL,OFN_FILEMUSTEXIST | OFN_READONLY | OFN_PATHMUSTEXIST,TEXT("文档文本 (*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*|"),NULL);if(hFileDlg.DoModal() == IDOK){m_path1 = hFileDlg.GetPathName();UpdateData(FALSE);}AfxMessageBox("译码成功，请保存！");CFileDialog hFileDlg1(false,NULL,NULL,OFN_FILEMUSTEXIST | OFN_READONLY | OFN_PATHMUSTEXIST,TEXT("文档文本 (*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*|"),NULL);if(hFileDlg1.DoModal() == IDOK){m_path2 = hFileDlg1.GetPathName();UpdateData(FALSE);}ifstream ldf(m_path1);//以读方式打开文件ofstream saf(m_path2);//以写方式打开文件char c;int i=2*m_gcharnum-2;while((c=ldf.get())!=EOF){if(c=='\n')//如果字符为回车，输出回车{saf<<endl;}else{if(c=='1')//如果字符为1，获取右孩子序号，走向右孩子{i=HF.ht[i].rchild;}if(c=='0')//如果字符值为0，获取左孩子序号走向左孩子{i=HF.ht[i].lchild;}if(HF.ht[i].lchild==-1&&HF.ht[i].rchild==-1)//如果当前结点没有左孩子也没有右孩子，则输出当前结点所存储的字符{if(i==0){saf<<" ";i=2*m_gcharnum-2;}else{saf<<HF.ht[i].s;i=2*m_gcharnum-2;}}}}ldf.close();saf.close();}else{AfxMessageBox("您尚未执行初始化操作！请先执行初始化操作！");}}///////////////////////////////////////////////////////////////////// //函数名：CP3View::OnSavhafftree//功能：保存哈弗曼树//函数参数：CDC* pDCvoid CP3View::OnSavhafftree(){// TODO: Add your command handler code hereCString m_path;//记录保存哈弗曼树文件的路径CFileDialog hFileDlg(false,NULL,NULL,OFN_FILEMUSTEXIST | OFN_READONLY | OFN_PATHMUSTEXIST,TEXT("文档文本 (*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*|"),NULL);if(hFileDlg.DoModal() == IDOK){m_path = hFileDlg.GetPathName();UpdateData(FALSE);}ofstream saf(m_path);/*HF.setloc2();//该段容为输出哈弗曼树到文件的第二种方法，可输出树形，但由于太过占据空间，文档存储时不得不换行，导致树形扭曲，故舍弃此法queue<int> q;int p;int i=0;int d=1;int t1=0,t2=0;int d0=11;int k=2*m_gcharnum-2;if(k!=-1){q.push(k);}while(!q.empty()){while(d<=d0){if(!q.empty()){ p=q.front();t2=HF.ht[p].sn;}else{ d++;break;}if(d==HF.ht[p].dep){for(t1;t1<t2-1;t1++) { saf<<" ";}if(HF.ht[p].s==" "||HF.ht[p].s=="")saf<<"0";//如果为空，输出0elsesaf<<HF.ht[p].s;//否则输出字符q.pop();if(HF.ht[p].lchild!=-1)q.push(HF.ht[p].lchild);if(ht[p].rchild!=-1)q.push(HF.ht[p].rchild);t1+=2;}else{d++;saf<<endl;t1=0;t2=0;}}}//print(2*m_gcharnum-2,1,saf);*///以上容用于实现输出树到文本，树形，不是凹入树，只是效果不佳，下面的方法则是输出凹入树。