基于Huffman算法和LZ77算法的文件压缩（三）
基于Huffman算法和LZ77算法的文件压缩（一）和
基于Huffman算法和LZ77算法的文件压缩（二）讲解Huffman压缩的基本原理和文件压缩的整个过程，接下来讲解文件解压缩的过程
一、 利用huffman编码对源文件进行解压缩
解压缩的整个流程：
- 从压缩文件中获取源文件的后缀
- 从压缩文件中获取字符次数的总行数
- 获取每个字符出现的次数
- 重建huffman树
- 解压缩
二. 从压缩文件中获取源文件的后缀
如果想要解压缩文件，那么就需要Huffman树，如果需要Huffman树，就需要字符频度信息，最后还要把解压缩出来的数据保存在文件中，就需要获取文件后缀信息。那么这些标记信息已经在压缩文件的时候写入到压缩文件当中，接下来直接读取即可。
为了方便读取一行，先封装一个函数：
//读一行函数
void FileCompressHuffman::ReadLine(FILE* fIn, std::string& strInfo)
{
assert(fIn);
//注意这里的feof是针对二进制文件的，因为我们为了解决可以压缩汉字的相关问题，
//选择以二进制的方式打开，并不是以文本文件的方式打开，文本文件的结束标识是EOF，
//而二进制文件的结束标识是FEOF
while (!feof(fIn))
{
char ch = fgetc(fIn);
if (ch == '\n')
break;
strInfo += ch;
}
}
注意：
- 注意这里的
feof是针对二进制文件的，因为我们为了解决可以压缩汉字的相关问题，选择以二进制的方式打开，并不是以文本文件的方式打开，文本文件的结束标识是EOF，而二进制文件的结束标识是FEOF
读取文件后缀
//文件后缀
std::string strFilePostFix;
ReadLine(fIn, strFilePostFix);
三. 从压缩文件中获取字符次数的总行数
//读取文件数据的行数
std::string strCount;
ReadLine(fIn, strCount);
int lineCount = atoi(strCount.c_str());
四. 获取每个字符出现的次数信息
for (int i = 0; i < lineCount; ++i)
{
//记录读取每一行的数据
std::string strchCount;
ReadLine(fIn, strchCount);
//如果读到的数据为空，说明可能读到了换行符
if (strchCount.empty())
{
strchCount += '\n';
ReadLine(fIn, strchCount);
}
//因为数据的格式是 A:3，记录读取到的相关字符信息方便构建哈夫曼树,
_fileInfo[(unsigned char)strchCount[0]]._count = atoi(strchCount.c_str() + 2);
}
注意：
- 如果文件当中含有多行（即有人为换行），需要再向后读取一行，因为我们封装的ReadLine函数是遇到换行就break掉，没有成功把换行读到缓冲区当中，所以需要
if (strchCount.empty())判断，如果没有读取到任何字符，就代表读取到了换行符，就把换行符追加到strchCount，再向下读取一行获取换行符的出现次数
五. 重建huffman树
HuffmanTree<CharInfo> t;
t.CreateHuffmanTree(_fileInfo, CharInfo(0));//构建哈夫曼树
六. 解压缩
//解压缩后的文件名
std::string newFileName = "3" + strFilePostFix;
FILE* fOut = fopen(newFileName.c_str(), "wb");
if(fOut == nullptr)
{
perror("open file is error\n");
return ;
}
char *pReadBuff = new char[1024];
char ch = 0;
HuffmanTreeNode<CharInfo>* pCur = t.GetRoot();//拿到根节点，也就拿到了整个哈夫曼树的权值之和
size_t fileSize = pCur->_Weight._count;//记录待解压的总字节数
size_t unCount = 0;//记录已经解压字符的个数
while (1)
{
size_t rdsize = fread(pReadBuff, 1, 1024, fIn);
if (rdsize == 0)
{
break;
}
for (size_t i = 0; i < rdsize; ++i)
{
ch = pReadBuff[i];
for (int pos = 0; pos < 8; ++pos)
{
//0x80--->1000 0000 所以是用来判断一个字节的高位是1还是0的
//规定 1--->往哈夫曼树的右子树走 0--->往哈夫曼树的左子树走
if (ch & 0x80)
{
pCur = pCur->_pRight;
}
else
{
pCur = pCur->_pLeft;
}
ch <<= 1;
//如果pCur左右孩子都为空，说明走到叶子节点了，就可以获取到具体的字符了
if (nullptr == pCur->_pLeft && nullptr == pCur->_pRight)
{
++unCount;
fputc(pCur->_Weight._ch, fOut);
pCur = t.GetRoot();
//因为每次不一定刚好是整字节数，所以防止多读，需要进行判断
if (unCount == fileSize)
break;
}
}
}
注意：
- 规定1往右走，0往左走，当走到叶子节点的时候，就把解压出来的字符写入到解压缩文件当中
- 因为存储字符信息的时候是一个字节一个字节存储的，即8bite，如果我们知道每个bite位为0还是为1，就可以控制其在Huffman中是朝左走，还是朝有走，最后走到叶子节点拿到字符信息，所以我们 &0x80（1000 0000） ，如果结果为真代表该bite位为1，反之为0，这样就可以控制走 向了
- 最后还要 根据Huffman树根节点的权值信息来获取到整个文件的大小，防止最后一个bit位解压过头， 在每成功解压出一个数据后，就对++unCount，最后判断unCount和fileSize的大小，如果相等就代表已经全部解压出来，后序bit位不是压缩数据
- 最最最最后再说一次，保存字符信息的相关变量要用unisigned char类型，不能用char类型，否则在压缩或解压缩汉字时会报错
- 文本文件的末尾标志是EOF（-1），而压缩文件的结果是有可能FF的情况（即1111 1111 …，32个1），那么在文本文件当中在 判断的时候就会意外终止，所以需要以二进制的方式读写文件
解压缩完整代码：
//解压缩
void FileCompressHuffman::UnCompressFile(const std::string& path) {
FILE* fIn = fopen(path.c_str(), "rb");
if (nullptr == fIn) {
//assert(false);
perror("open file is error");
return;
}
//文件后缀
std::string strFilePostFix;
ReadLine(fIn, strFilePostFix);
//读取文件数据的行数
std::string strCount;
ReadLine(fIn, strCount);
int lineCount = atoi(strCount.c_str());
for (int i = 0; i < lineCount; ++i)
{
//记录读取每一行的数据
std::string strchCount;
ReadLine(fIn, strchCount);
//如果读到的数据为空，说明可能读到了换行符
if (strchCount.empty())
{
strchCount += '\n';
ReadLine(fIn, strchCount);
}
//因为数据的格式是 A:3，记录读取到的相关字符信息方便构建哈夫曼树,
_fileInfo[(unsigned char)strchCount[0]]._count = atoi(strchCount.c_str() + 2);
}
HuffmanTree<CharInfo> t;
t.CreateHuffmanTree(_fileInfo, CharInfo(0));//构建哈夫曼树
//解压缩后的文件名
std::string newFileName = "3" + strFilePostFix;
FILE* fOut = fopen(newFileName.c_str(), "wb");
if(fOut == nullptr)
{
perror("open file is error\n");
return ;
}
char *pReadBuff = new char[1024];
char ch = 0;
HuffmanTreeNode<CharInfo>* pCur = t.GetRoot();//拿到根节点，也就拿到了整个哈夫曼树的权值之和
size_t fileSize = pCur->_Weight._count;//记录待解压的总字节数
size_t unCount = 0;//记录已经解压字符的个数
while (1)
{
size_t rdsize = fread(pReadBuff, 1, 1024, fIn);
if (rdsize == 0)
{
break;
}
for (size_t i = 0; i < rdsize; ++i)
{
ch = pReadBuff[i];
for (int pos = 0; pos < 8; ++pos)
{
//0x80--->1000 0000 所以是用来判断一个字节的高位是1还是0的
//规定 1--->往哈夫曼树的右子树走 0--->往哈夫曼树的左子树走
if (ch & 0x80)
{
pCur = pCur->_pRight;
}
else
{
pCur = pCur->_pLeft;
}
ch <<= 1;
//如果pCur左右孩子都为空，说明走到叶子节点了，就可以获取到具体的字符了
if (nullptr == pCur->_pLeft&&nullptr == pCur->_pRight)
{
++unCount;
fputc(pCur->_Weight._ch, fOut);
pCur = t.GetRoot();
//因为每次不一定刚好是整字节数，所以防止多读，需要进行判断
if (unCount == fileSize)
break;
}
}
}
}
fclose(fIn);
fclose(fOut);
delete[] pReadBuff;
}
基于Huffman压缩还存在的问题：
- 无法压缩视屏、图片、音频文件，只能压缩文本文件，压缩视频、图片等文件会发现压缩后等文件变大
