#include<iostream>
#include<fstream>
#include<iomanip>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
# define MaxN 100//初始设定的最大结点数
# define MaxC 1000//最大编码长度
# define ImpossibleWeight 10000//结点不可能达到的权值
# define n 26//字符集的个数
//-----------哈夫曼树的结点结构类型定义-----------
typedef struct //定义哈夫曼树各结点
{
int weight;//权值
int parent;//双亲结点下标
int lchild;//左孩子结点下标
int rchild;//右孩子结点下标
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树
typedef char**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表
//-------全局变量--------
HuffmanTree HT;
HuffmanCode HC;
int *w;//权值数组
//const int n=26;//字符集的个数
char *info;//字符值数组
int flag=0;//初始化标记
//**********************************************************************
//初始化函数
//函数功能： 从终端读入字符集大小n , 以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中
//函数参数：
//向量HT的前n个分量表示叶子结点，最后一个分量表示根结点，各字符的编码长度不等，所以按实际长度动态分配空间
void Select(HuffmanTree t,int i,int &s1,int &s2)
{ //s1为最小的两个值中序号最小的那个
int j;
int k=ImpossibleWeight;//k的初值为不可能达到的最大权值
for(j=1;j<=i;j++)
{
if(t[j].weight<k&&t[j].parent==0)
{k=t[j].weight; s1=j;}
}
t[s1].parent=1;
k=ImpossibleWeight;
for(j=1;j<=i;j++)
{
if(t[j].weight<k&&t[j].parent==0)
{k=t[j].weight; s2=j;}
}
t[s2].parent=1;
}
void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w,int num)//w存放n个字符的权值（均>0），构造哈夫曼树HT，并求出n个字符的哈弗曼编码HC
{
int i,m,c,s1,s2,start,f;
HuffmanTree p;
char* cd;
if(num<=1) return;
m=2*num-1;//m为结点数，一棵有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点，可以存储在一个大小为2n-1的一维数组中
HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));//0号单元未用
//--------初始化哈弗曼树-------
for(p=HT+1,i=1;i<=num;i++,p++,w++)
{
p->weight=*w;
p->parent=0;
p->lchild=0;
p->rchild=0;
}
for(i=num+1;i<=m;i++,p++)
{
p->weight=0;
p->parent=0;
p->lchild=0;
p->rchild=0;
}
//--------建哈夫曼树-------------
for(i=num+1;i<=m;i++)
{
Select(HT,i-1,s1,s2);//在HT[1...i-1]选择parent为0且weight最小的两个结点，其序号分别为s1和s2
HT[s1].parent=i; HT[s2].parent=i;
HT[i].lchild=s1; HT[i].rchild=s2;//左孩子权值小，右孩子权值大
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
//-------从叶子到根逆向求每个字符的哈弗曼编码--------
HC=(HuffmanCode)malloc((num+1)*sizeof(char *));//指针数组:分配n个字符编码的头指针向量
cd=(char*)malloc(n*sizeof(char*));//分配求编码的工作空间
cd[n-1]='\0';//编码结束符
for(i=1;i<=n;i++)//逐个字符求哈弗曼编码
{
start=n-1;//编码结束符位置
for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)//从叶子到跟逆向求哈弗曼编码
if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0';//判断是左孩子还是右孩子(左为0右为1)
else cd[--start]='1';
HC[i]=(char*)malloc((num-start)*sizeof(char*));//按所需长度分配空间
int j,h;
strcpy(HC[i],&cd[start]);
}
free(cd);
}
//****************初始化函数******************
void Initialization()
{
flag=1;//标记为已初始化
int i;
w=(int*)malloc(n*sizeof(int));//为26个字符权值分配空间
info=(char*)malloc(n*sizeof(char));//为26个字符分配空间
ifstream infile("ABC.txt",ios::in);
if(!infile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for(i=0;i<n;i++)
{
infile>>info[i];
infile>>w[i];
}
infile.close();
cout<<"读入字符成功！"<<endl;
HuffmanCoding(HT,HC,w,n);
//------------打印编码-----------
cout<<"依次显示各个字符的值,权值或频度,编码如下"<<endl;
cout<<"字符"<<setw(6)<<"权值"<<setw(11)<<"编码"<<endl;
for(i=0;i<n;i++)
{
cout<<setw(3)<<info[i];
cout<<setw(6)<<w[i]<<setw(12)<<HC[i+1]<<endl;
}
//---------将建好的哈夫曼树写入文件------------
cout<<"下面将哈夫曼树写入文件"<<endl;
ofstream outfile("hfmTree.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for(i=0;i<n;i++,w++)
{
outfile<<info[i]<<" ";
outfile<<w[i]<<" ";
outfile<<HC[i+1]<<" ";
}
outfile.close();
cout<<"已经将字符与对应的权值，编码写入根目录下文件hfmTree.txt"<<endl;
}
//*****************输入待编码字符函数*************************
void Input()
{
char string[100];
ofstream outfile("ToBeTran.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
cout<<"请输入你想要编码的字符串(字符个数应小于100),以#结束"<<endl;
cin>>string;
for(int i=0;string[i]!='\0';i++)
{
if(string[i]=='\0') break;
outfile<<string[i];
}
cout<<"获取报文成功"<<endl;
outfile.close();
cout<<"------"<<"已经将报文存入根目录下的ToBeTran.txt文件"<<endl;
}
//******************编码函数****************
void Encoding()
{
int i,j;
char*string;
string=(char*)malloc(MaxN*sizeof(char));
cout<<"下面对根目录下的ToBeTran.txt文件中的字符进行编码"<<endl;
ifstream infile("ToBeTran.txt",ios::in);
if(!infile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for(i=0;i<100;i++)
{
infile>>string[i];
}
for(i=0;i<100;i++)
if(string[i]!='#')
cout<<string[i];
else break;
infile.close();
ofstream outfile("CodeFile.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for(i=0;string[i]!='#';i++)
{
for(j=0;j<n;j++)
{
if(string[i]==info[j])
outfile<<HC[j+1];
}
}
outfile<<'#';
outfile.close();
free(string);
cout<<"编码完成------";
cout<<"编码已写入根目录下的文件CodeFile.txt中"<<endl;
}
//******************译码函数****************
void Decoding()
{
int j=0,i;
char *code;
code=(char*)malloc(MaxC*sizeof(char));
char*string;
string=(char*)malloc(MaxN*sizeof(char));
cout<<"下面对根目录下的CodeFile.txt文件中的代码进行译码"<<endl;
ifstream infile("CodeFile.txt",ios::in);
if(!infile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for( i=0;i<MaxC;i++)
{ infile>>code[i];
if(code[i]!='#')
{
cout<<code[i];
}
else break;
}
infile.close();
int m=2*n-1;
for(i=0;code[i-1]!='#';i++)
{
if(HT[m].lchild==0)
{
string[j]=info[m-1];
j++;
m=2*n-1;
i--;
}
else
if(code[i]=='1')
m=HT[m].rchild;
else
if(code[i]=='0')
m=HT[m].lchild;
}
string[j]='#';
ofstream outfile("TextFile.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
cout<<"的译码为------"<<endl;
for( i=0;string[i]!='#';i++)
{
outfile<<string[i];
cout<<string[i];
}
outfile<<'#';
outfile.close();
cout<<"------译码完成------"<<endl;
cout<<"译码结果已写入根目录下的文件TextFile.txt中"<<endl;
free(code);
free(string);
}
//*************打印编码函数****************
void Code_printing()
{
int i;
char *code;
code=(char*)malloc(MaxC*sizeof(char));
cout<<"下面打印根目录下文件CodeFile.txt中的编码"<<endl;
ifstream infile("CodeFile.txt",ios::in);
if(!infile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for( i=0;i<MaxC;i++)
{
infile>>code[i];
if(code[i]!='#')
cout<<code[i];
else break;
}
infile.close();
cout<<endl;
ofstream outfile("CodePrin.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
for(i=0;code[i]!='#';i++)
{
outfile<<code[i];
}
outfile.close();
free(code);
cout<<"------打印结束------"<<endl;
cout<<"该字符形式的编码文件已写入文件CodePrin.txt中"<<endl;
}
//*************打印哈夫曼树函数****************
int numb=0;
void coprint(HuffmanTree start,HuffmanTree HT) //start=ht+26这是一个递归算法
{
if(start!=HT)
{
ofstream outfile("TreePrint.txt",ios::out);
if(!outfile)
{
cerr<<"打开失败"<<endl;
exit(1);
}
numb++; //number=0 该变量为已被声明为全局变量
coprint(HT+start->rchild,HT); //递归先序遍历
cout<<setw(5*numb)<<start->weight<<endl;
//if(start->rchild==0) cout<<info[start-HT-1]<<endl;
outfile<<start->weight;
coprint(HT+start->lchild,HT);
numb--;
outfile.close();
}
}
void Tree_printing(HuffmanTree HT,int num)
{
HuffmanTree p;
p=HT+2*num-1; //p=HT+26
cout<<"下面打印赫夫曼树"<<endl;
coprint(p,HT); //p=HT+26
cout<<"打印工作结束"<<endl;
}
//*************主函数**************************
int main()
{
char choice;
do{
cout<<"************哈弗曼编/译码器系统***************"<<endl;
cout<<"请选择您所需功能："<<endl;
cout<<"<I>:初始化哈弗曼树"<<endl;
cout<<"<W>:输入待编码字符串"<<endl;
cout<<"<E>:利用已建好的哈夫曼树进行编码"<<endl;
cout<<"<D>:利用已建好的哈夫曼树进行译码"<<endl;
cout<<"<P>:打印代码文件"<<endl;
cout<<"<T>:打印哈夫曼树"<<endl;
cout<<"<Q>:退出"<<endl;
if(flag==0)
{
cout<<"请先初始化哈夫曼树,输入I"<<endl;
cout<<"<系统将从根目录下的文件ABC.txt中读出26个字母并对字母进行编码>"<<endl;
}
cin>>choice;
switch(choice)
{
case 'I':Initialization();break;
case 'W':Input();break;
case 'E':Encoding();break;
case 'D':Decoding();break;
case 'P':Code_printing();break;
case 'T':Tree_printing(HT,n);break;
case 'Q':;break;
default:cout<<"输入的命令出错，请重新输入！"<<endl;
}
}while(choice!='Q');
free(w);
free(info);
free(HT);
free(HC);
system("pause");
return 0;
}
