Qt实现哈夫曼编码解压缩软件详解

诸位既然点开了本帖，相信对此问题已有初步了解，哈夫曼树的原理不再赘述，我们开门见山，直入主题。

一、概要设计

问题拆解：设计一个基于哈夫曼编码的解压缩软件，这个问题我认为可以分解为以下几个子问题：

• 读取传入文件，进行字符权重统计
• 将出现的字符放入哈夫曼树结点，构建哈夫曼树，获取哈夫曼编码
• 将编码相关信息写入压缩后的文件，再将传入文件的每个字符按照哈夫曼编码转换，每8个二进制位作为一个字节传入压缩后的文件
• 解压部分：将传入的已压缩文件进行文件流读取，获取编码信息进行还原

根据这几个子问题的思路顺序，我们逐个击破，寻找解决方案：

• 读取传入文件，需要用到文件流。这里推荐使用Qt自带的QFile文件流配以QDatastram辅助。因为，C++的文件流fstream无法识别中文路径（一说起这个，就想起Debug时的辛酸）。权重统计我用的是map记录：map<unsigned char ,int>Weightmap。
• 哈夫曼结点的构造，和二叉树没有什么区别，只是在封装的struct里面加了unsigned char 型的字符，int型的权重，string型的哈夫曼编码，和是否是叶子结点的bool型标记（哈夫曼树叶子结点才是我们需要的编码）。将前面我们获取到的字符和权重加进去。
  我们将建立好的结点放入到一个vector内（理论上什么容器都可以），进入循环：根据哈夫曼结点的权重比较进行排序（直接调用sort），每次将连个最小的结点权重取出，相加得到权重和，以权重和建立一个新的结点，新结点的左右孩子结点就是这两个结点，将新结点加入到vector中，那两个结点删除。循环结束条件为vector内只剩下一个结点。这个结点便是哈夫曼树的根结点，保存一根结点足矣。
  我们从根结点出发遍历，左子树的string+“0”，右子树的string+“1”。并将unsigned char型的字符与这个string用map<unsigned char,string> PasswordMap 记录。
• 传入辅助信息阶段：我们传入的信息有，PasswordMap.size()，循环传入PasswordMap->first（字符）,PasswordMap->second.size()（记录编码长度）,PasswordMap->second（这个字符串有可能超过8位，每个字节不足8位的部分补0）直到完全传入。另外一个方法是将所有字符与字符权重传入，在解压缩时再次构建哈夫曼树，两种思路我觉得都可以。这里我采用的第一种方法。
  传入哈夫曼编码阶段：遍历先前在读取文件时获取的字符串，将字符串的每一位转化为哈夫曼编码，用另一个字符串储存。这里不妨称这个字符串为二进制字符串，这个二进制字符串按8分割到最后可能会有不足8位的部分，对其进行补0操作。 最后再传入一个字节，记录补0数。
• 解压部分：对应上部分的操作进行对应读取，主要思路是将压缩时传入的辅助信息提取，建立一个新的Map映射，根据这个映射，将原文件还原。

二：设计效果展示：

压缩前：

压缩中：

压缩后：

解压中：

解压后：

三、源代码

前面分析得很清晰，不过写代码的过程异常艰辛，充满了Debug时的汗水和泪水。
完整代码与封装好的可执行文件下载链接：https://gitee.com/sherlocknovitch/Qt_Compression
(可执行文件有58M，是因为封装了Qt的核心控件，去掉这些估计只有几百Kb的大小)
上代码：

1°MainWindow.h

先从窗口头文件看起，这块没有什么实质性的内容，只有几个槽函数（3个按钮的Click槽函数加一个让QprogressBar动起来的槽函数和一个出现文件打开错误情况时让QLineEdit清空的槽函数）
私有成员中QStirng path的作用是读取文件路径，作为压缩函数和解压缩函数的参数。
Compression* com是一个类指针，这个类是压缩类，在后面会提及。

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include"compression.h"
#include<QFileDialog>
#include<QMenu>
#include<QAction>


namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
    ~MainWindow();
    void clear();
private slots:
    void on_pushButton_open_clicked();

    void on_pushButton_compression_clicked();

    void on_pushButton_decompression_clicked();

    void myslot(double per);

private:
    Ui::MainWindow *ui;
    Compression* com;
    QString path;
};

#endif // MAINWINDOW_H

2°MainWindow.cpp

这一块主要含义见注释即可，QProgressBar是Qt的一个控件，可以理解为进度条

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    resize(600,600);
    //设置窗口大小
    setWindowTitle("Sherlock's Compression");
    /设置窗口名称
    com=new Compression();
    //初始化压缩类指针
    connect(com,&Compression::error,this,&MainWindow::clear);
    //异常情况的信号接收
    connect(com,SIGNAL(mysignal(double)),this,SLOT(myslot(double)));