哈夫曼编码译码系统实验报告,数据结构课程设计报告

v .. . ..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ToBeTran.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 huffmancoding(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7，11,4,545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重复第一步：11 1627 重复第一步：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 *));C[2]=(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“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<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>struct 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;i<=n;i++)if((min1>HT[i].weight)&&(HT[i].parent==0))min1=HT[i].weight;for(i=1;i<=n;i++)if((min1==HT[i].weight)&&(HT[i].parent==0)){s1=i;break;}for(i=1;i<=n;i++)if((min2>HT[i].weight)&&(HT[i].parent==0)&&(i!=s1))min2=HT[i].weight;for(i=1;i<=n;i++)if((min2==HT[i].weight)&&(HT[i].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;i<mm;i++){if(strcmp(c,huffmancode[i])==0){return i;break;}}return 0;}void decoding(char *zifu)/*对哈夫曼编码进行译码*/ {FILE *fp,*fp1;int i,j,p,ii;int n;char c[11];for(i=0;i<10;i++)c[i]='\0';printf("codefile.txt报文为：\n");if((fp=fopen("codefile.txt","r"))==NULL){printf("error\n");}char a[100];for(i=1;;i++){fscanf(fp,"%c",&a[i]);if(a[i]=='#')break;printf("%c",a[i]);}printf("\n");fclose(fp);if((fp1=fopen("testfile.txt","w"))==NULL) {printf("error\n");}i=1;j=1;int m=1;printf("对应原文为\n");while(true){if(a[m]=='#')break;for(j=0;j<i;j++){c[j]=a[m+j];}n=pipei(c);if(n!=0){fprintf(fp1,"%c",zifu[n]);printf("%c",zifu[n]);m=m+i;i=1;}elsei++;for(ii=0;ii<10;ii++)c[ii]='\0';}fclose(fp1);}int main(){system("color e0"); //可以写成red 调出颜色组system("title huffman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("error\n");}char c[28];printf("从文件DataFile.txt读入字符和权值分别为：\n"); for(i=1;;i++){fscanf(fp,"%c",&c[i]);if(c[i]=='#')break;fscanf(fp,"%d",&w[i]);printf("%c: ",c[i]);printf("%d\n",w[i]);}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: ",c[i]);printf("%s\n",huffmancode[i]);}code(c);decoding(c);return 0;}void code(char *c)/*根据原文进行编码*/{FILE *fp,*fp1;int i,j;char a[100];printf("tobetran.txt原文为：\n");if((fp=fopen("tobetran.txt","r"))==NULL) {printf("error\n");}for(i=1;;i++){fscanf(fp,"%c",&a[i]);if(a[i]=='#'){printf("\n");break;}printf("%c ",a[i]);}fclose(fp);if((fp1=fopen("code.txt","w"))==NULL) {printf("error\n");}printf("对应报文为：\n");for(i=1;;i++){if(a[i]=='#')break;for(j=1;j<=26;j++){if(a[i]==c[j]){fprintf(fp1,"%s",huffmancode[j]);printf("%s",huffmancode[j]);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;i<=n;i++,p++,w++){p->weight=*w;p->parent=0;p->l=0;p->r=0;}for(;i<=m;i++,p++){p->l=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);ht[s1].parent=i;ht[s2].parent=i;ht[i].l=s1;ht[i].r=s2;ht[i].weight=ht[s1].weight+ht[s2].weight;}char *cd;cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));cd[n-1]='\0';int start,c,f;for(i=1;i<=n;++i){start=n-1;for(c=i,f=ht[i].parent;f!=0;c=f,f=ht[f].parent)if(ht[f].l==c)cd[--start]='0';elsecd[--start]='1';huffmancode[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));strcpy(huffmancode[i],&cd[start]);}free(cd);}6. 用户使用手册运行程序即可。