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C++经典小程序如何实现文件压缩解压？

C++是一种广泛应用于系统、应用、游戏等多个领域的编程语言。它具有高效、稳定、可移植等优点。在C++编程中，文件压缩和解压是一个常见的任务。本文将详细介绍如何使用C++实现文件压缩和解压。

一、文件压缩算法

文件压缩的目的是减小文件体积，以便于存储和传输。常见的文件压缩算法有Huffman编码、LZ77、LZ78等。这里我们以Huffman编码为例，介绍如何实现文件压缩。

Huffman编码原理

Huffman编码是一种基于字符频率的压缩算法。它通过为频率较高的字符分配较短的编码，为频率较低的字符分配较长的编码，从而实现压缩。

实现步骤

（1）统计文件中每个字符的频率。

（2）根据字符频率构建Huffman树。

（3）根据Huffman树生成编码表。

（4）将文件内容按照编码表进行编码。

（5）将编码后的数据存储到压缩文件中。

二、文件解压

文件解压是将压缩文件还原为原始文件的过程。以下是以Huffman编码为例，介绍如何实现文件解压。

解压步骤

（1）读取压缩文件，获取编码表。

（2）根据编码表构建Huffman树。

（3）读取压缩文件中的编码数据。

（4）根据Huffman树解码，还原原始文件内容。

（5）将还原的文件内容保存到指定位置。

代码实现

以下是一个简单的C++示例，展示了如何使用Huffman编码实现文件压缩和解压。

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 



using namespace std;



// 定义字符类型

using CharType = char;



// 定义节点类型

struct Node {

    CharType ch;

    int freq;

    Node* left;

    Node* right;



    Node(CharType ch, int freq) : ch(ch), freq(freq), left(nullptr), right(nullptr) {}

};



// 比较函数，用于优先队列

struct Compare {

    bool operator()(Node* a, Node* b) {

        return a->freq > b->freq;

    }

};



// Huffman编码类

class Huffman {

private:

    unordered_map codeMap;

    unordered_map reverseCodeMap;



    // 构建Huffman树

    Node* buildHuffmanTree(const vector>& freqMap) {

        priority_queue, Compare> pq;



        for (const auto& pair : freqMap) {

            pq.push(new Node(pair.first, pair.second));

        }



        while (pq.size() > 1) {

            Node* left = pq.top();

            pq.pop();

            Node* right = pq.top();

            pq.pop();



            Node* parent = new Node('\0', left->freq + right->freq);

            parent->left = left;

            parent->right = right;



            pq.push(parent);

        }



        return pq.top();

    }



    // 生成编码表

    void generateCodeMap(Node* root, string str) {

        if (!root) return;



        if (root->ch != '\0') {

            codeMap[root->ch] = str;

            reverseCodeMap[str] = root->ch;

        }



        generateCodeMap(root->left, str + "0");

        generateCodeMap(root->right, str + "1");

    }



public:

    // 压缩文件

    void compress(const string& inputPath, const string& outputPath) {

        ifstream inputFile(inputPath);

        ofstream outputFile(outputPath);



        if (!inputFile.is_open() || !outputFile.is_open()) {

            cerr << "File open failed." << endl;

            return;

        }



        unordered_map freqMap;



        while (inputFile.get(ch)) {

            freqMap[ch]++;

        }



        vector> freqVec;

        for (const auto& pair : freqMap) {

            freqVec.push_back(pair);

        }



        Node* root = buildHuffmanTree(freqVec);

        generateCodeMap(root, "");



        string compressedData;

        ifstream inputFile2(inputPath);

        while (inputFile2.get(ch)) {

            compressedData += codeMap[ch];

        }



        outputFile << compressedData;

    }



    // 解压文件

    void decompress(const string& inputPath, const string& outputPath) {

        ifstream inputFile(inputPath);

        ofstream outputFile(outputPath);



        if (!inputFile.is_open() || !outputFile.is_open()) {

            cerr << "File open failed." << endl;

            return;

        }



        string compressedData;

        while (inputFile.get(ch)) {

            compressedData += ch;

        }



        string decodedData = "";

        string code = "";

        for (char ch : compressedData) {

            code += ch;

            if (reverseCodeMap.find(code) != reverseCodeMap.end()) {

                decodedData += reverseCodeMap[code];

                code = "";

            }

        }



        outputFile << decodedData;

    }

};



int main() {

    Huffman huffman;

    huffman.compress("input.txt", "output.txt");

    huffman.decompress("output.txt", "decompressed.txt");



    return 0;

}

三、总结

本文介绍了如何使用C++实现文件压缩和解压。通过Huffman编码算法，我们可以有效地减小文件体积，提高存储和传输效率。在实际应用中，可以根据需求选择合适的压缩算法，实现文件压缩和解压。