LZW编解码算法实现与分析实验报告

一：编解码原理

1.词典树的结构

尾缀字符（suffix）
母节点（parent）
第一个孩子节点（firstchild）
下一个兄弟节点（nextsibling）

2.编码原理

LZW的编码思想是不断地从字符流中提取新的字符串，通俗地理解为新“词条”，然后用“代号”也就是码字表示这个“词条”。这样一来，对字符流的编码就变成了用码字去替换字符流，生成码字流，从而达到压缩数据的目的。LZW编码是围绕称为词典的转换表来完成的。LZW编码器通过管理这个词典完成输入与输出之间的转换。LZW编码器的输入是字符流，字符流可以是用8位ASCII字符组成的字符串，而输出是用n位(例如12位)表示的码字流。LZW编码算法的步骤如下：
步骤1：将词典初始化为包含所有可能的单字符，当前前缀P初始化为空。
步骤2：当前字符C=字符流中的下一个字符。
步骤3：判断P＋C是否在词典中
（1）如果“是”，则用C扩展P，即让P=P＋C，返回到步骤2。
（2）如果“否”，则
输出与当前前缀P相对应的码字W；
将P＋C添加到词典中；
令P=C，并返回到步骤2

3.解码原理

LZW解码算法开始时，译码词典和编码词典相同，包含所有可能的前缀根。具体解码算法如下：
步骤1：在开始译码时词典包含所有可能的前缀根。
步骤2：令CW：=码字流中的第一个码字。
步骤3：输出当前缀-符串string.CW到码字流。
步骤4：先前码字PW：=当前码字CW。
步骤5：当前码字CW：=码字流的下一个码字。
步骤6：判断当前缀-符串string.CW 是否在词典中。
（1）如果”是”，则把当前缀-符串string.CW输出到字符流。
当前前缀P：=先前缀-符串string.PW。
当前字符C：=当前前缀-符串string.CW的第一个字符。
把缀-符串P+C添加到词典。
（2）如果”否”，则当前前缀P：=先前缀-符串string.PW。
当前字符C：=当前缀-符串string.CW的第一个字符。
输出缀-符串P+C到字符流,然后把它添加到词典中。
步骤7：判断码字流中是否还有码字要译。
（1）如果”是”，就返回步骤4。
（2）如果”否”，结束。

二：代码部分

bitio.h

#pragma once
/*
 * Declaration for bitwise IO
 *
 * vim: ts=4 sw=4 cindent
 */
#ifndef __BITIO__
#define __BITIO__

#include <stdio.h>

typedef struct {
   
	FILE *fp;
	unsigned char mask;
	int rack;
}BITFILE;

BITFILE *OpenBitFileInput(char *filename);
BITFILE *OpenBitFileOutput(char *filename);
void CloseBitFileInput(BITFILE *bf);
void CloseBitFileOutput(BITFILE *bf);
int BitInput(BITFILE *bf);
unsigned long BitsInput(BITFILE *bf, int count);
void BitOutput(BITFILE *bf, int bit);
void BitsOutput(BITFILE *bf, unsigned long code, int count);
#endif	// __BITIO__

bitio.cpp

/*
 * Definitions for bitwise IO
 *
 * vim: ts=4 sw=4 cindent
 */

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "bitio.h"

//打开输入文件
BITFILE *OpenBitFileInput(char *filename) {
   
	BITFILE *bf;
	bf = (BITFILE *)malloc(sizeof(BITFILE));
	if (NULL == bf) return NULL;
	if (NULL == filename)	bf->fp = stdin;
	//else bf->fp = fopen(filename, "rb");
	else 
		fopen_s(&(bf->fp), filename, "rb");
	if (NULL == bf->fp) return NULL;
	bf->mask = 0x80;
	bf->rack = 0;
	return bf;
}

//打开输出文件
BITFILE *OpenBitFileOutput(char *filename) {
   
	BITFILE *bf;
	bf = (BITFILE *)malloc(sizeof(BITFILE));
	if (NULL == bf) return NULL;
	if (NULL == filename)	bf->fp = stdout;
	//else bf->fp = fopen(filename, "wb");
	else
		fopen_s(&(bf->fp), filename, "wb");
	if (NULL == bf->fp) return NULL;
	bf->mask = 0x80;
	bf->rack = 0;
	return bf;
}

void CloseBitFileInput(BITFILE *bf) {
   
	fclose(bf->fp);
	free(bf);
}

void CloseBitFileOutput(BITFILE *bf) {
   
	// Output the remaining bits
	if (0x80 != bf->mask) fputc(bf->rack, bf->fp);
	fclose(bf->fp);
	free(bf);
}

int