用 C 语言实现 LZ77 编码与解码的示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define WINDOW_SIZE 4096 // 窗口大小
#define BUFFER_SIZE 16384 // 缓冲区大小

typedef struct {
    int offset; // 偏移量
    int length; // 长度
    char next; // 下一个字符
} LZ77Code; // 编码单元

// LZ77 编码函数
void lz77_encode(FILE *in, FILE *out) {
    char window[WINDOW_SIZE]; // 窗口数组
    char buffer[BUFFER_SIZE]; // 缓冲区数组
    int window_size = 0; // 窗口大小
    int buffer_size = 0; // 缓冲区大小
    int i, j, k;
    while ((buffer_size = fread(buffer, 1, BUFFER_SIZE, in)) > 0) { // 从输入文件中读取数据到缓冲区中
        for (i = 0; i < buffer_size; i++) { // 对于缓冲区中的每个字符
            // 在窗口中查找匹配的子串
            int max_length = 0; // 最大匹配长度
            int max_offset = 0; // 最大匹配偏移量
            for (j = 0; j < window_size; j++) { // 对于窗口中的每个位置
                int length = 0; // 当前匹配长度
                while (buffer[i + length] == window[j + length]) { // 如果缓冲区和窗口中的字符相同
                    length++; // 匹配长度加一
                    if (i + length >= buffer_size || j + length >= window_size) { // 如果超出缓冲区或窗口的范围
                        break; // 停止匹配
                    }
                }
                if (length > max_length) { // 如果当前匹配长度大于最大匹配长度
                    max_length = length; // 更新最大匹配长度
                    max_offset = window_size - j; // 更新最大匹配偏移量
                }
            }
            // 生成编码单元
            LZ77Code code;
            code.offset = max_offset; // 设置偏移量
            code.length = max_length; // 设置长度
            code.next = buffer[i + max_length]; // 设置下一个字符
            fwrite(&code, sizeof(LZ77Code), 1, out); // 将编码单元写入输出文件中

            // 更新窗口和缓冲区
            if (max_length == 0) { // 如果没有匹配的子串
                if (window_size < WINDOW_SIZE) { // 如果窗口没有满
                    window[window_size++] = buffer[i]; // 将当前字符添加到窗口中
                } else { // 如果窗口已满
                    memmove(window, window + 1, WINDOW_SIZE - 1); // 将窗口向左移动一个字符
                    window[WINDOW_SIZE - 1] = buffer[i]; // 将当前字符添加到窗口末尾
                }
            } else { // 如果有匹配的子串
                for (k = 0; k < max_length + 1; k++) { // 对于匹配的子串和下一个字符
                    if (window_size < WINDOW_SIZE) { // 如果窗口没有满
                        window[window_size++] = buffer[i + k]; // 将字符添加到窗口中
                    } else { // 如果窗口已满
                        memmove(window, window + 1, WINDOW_SIZE - 1); // 将窗口向左移动一个字符
                        window[WINDOW_SIZE - 1] = buffer[i + k]; // 将字符添加到窗口末尾
                    }
                }
                i += max_length; // 将缓冲区位置向右移动匹配长度个字符
            }
        }
    }
}

// LZ77 解码函数
void lz77_decode(FILE *in, FILE *out) {
    char window[WINDOW_SIZE]; // 窗口数组
    int window_size = 0; // 窗口大小
    int i, k;
    LZ77Code code; // 编码单元
    while (fread(&code, sizeof(LZ77Code), 1, in) > 0) { // 从输入文件中读取一个编码单元
        if (code.length == 0) { // 如果编码单元的长度为0，表示没有匹配的子串
            fputc(code.next, out); // 直接将下一个字符写入输出文件中
            if (window_size < WINDOW_SIZE) { // 如果窗口没有满
                window[window_size++] = code.next; // 将下一个字符添加到窗口中
            } else { // 如果窗口已满
                memmove(window, window + 1, WINDOW_SIZE - 1); // 将窗口向左移动一个字符
                window[WINDOW_SIZE - 1] = code.next; // 将下一个字符添加到窗口末尾
            }
        } else { // 如果编码单元的长度不为0，表示有匹配的子串
            for (k = 0; k < code.length; k++) { // 对于匹配的子串中的每个字符
                char c = window[window_size - code.offset + k]; // 根据偏移量和长度从窗口中找到对应的字符
                fputc(c, out); // 将字符写入输出文件中
                if (window_size < WINDOW_SIZE) { // 如果窗口没有满
                    window[window_size++] = c; // 将字符添加到窗口中
                } else { // 如果窗口已满
                    memmove(window, window + 1, WINDOW_SIZE - 1); // 将窗口向左移动一个字符
                    window[WINDOW_SIZE - 1] = c; // 将字符添加到窗口末尾
                }
            }
            fputc(code.next, out); // 将下一个字符写入输出文件中
            if (window_size < WINDOW_SIZE) { // 如果窗口没有满
                window[window_size++] = code.next; // 将下一个字符添加到窗口中
            } else { // 如果窗口已满
                memmove(window, window + 1, WINDOW_SIZE - 1); // 将窗口向左移动一个字符
                window[WINDOW_SIZE - 1] = code.next; // 将下一个字符添加到窗口末尾
            }
        }
    }
}