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：

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 Defaultsize 300

#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;