字符串转换成二进制

Question

我使用了我们编写的 Huffman 编码来压缩文件。 该函数采用String，其输出为String。

问题是我想将它保存为二进制文件以获得小于原始大小的大小，但是当我将它（0 和 1）作为字符串取回时，它的大小大于主文件。如何将该字符串（0 和 1）转换为二进制，以便每个字符都保存在 1 位中？我正在使用 Qt 来实现这一点：

string Huffman_encoding(string text)
{
    buildHuffmanTree(text);

    string encoded = "";
    unordered_map<char, string> StringEncoded;
    encoding(main_root, "", StringEncoded);

    for (char ch : text) {
        encoded += StringEncoded[ch];
    }
    return encoded;
}

Answer 1

规范的解决方案使用“位打包器”，它接受位串并发出打包字节。首先，将encoded 替换为以下实例：

class BitPacker {
  QByteArray res;
  quint8 bitsLeft = 8;
  quint8 buf = 0;

  public:
  void operator+=(const std::string& s) {
    for (auto c : s) {
      buf = buf << 1 | c - '0';
      if (--bitsLeft == 0) {
        res.append(buf);
        buf = 0;
        bitsLeft = 8;
      }
    }
  }

  QByteArray finish() {
    if (bitsLeft < 8) {
      res.append(buf << bitsLeft);
      buf = 0;
      bitsLeft = 8;
    }
    return res;
  }
}

operator+= 将向buf 添加额外的位并将完整字节刷新到res。在该过程结束时，您可能会留下 3 位。 finish 使用一种简单的算法：它用零填充缓冲区以生成最终字节并将完全编码的缓冲区交还给您。

更复杂的解决方案可能是引入源字符集中不存在的显式“流结束”标记。

Answer 2

似乎您正在搜索的是一种将包含 0 和 1 序列（如“0000010010000000”）的字符串转换为实际二进制表示（本例中为数字 4 和 128）的方法。

这可以通过这样的函数来实现：

#include <iostream>
#include <string>

#include <cstdint>
#include <vector>

std::vector<uint8_t> toBinary(std::string const& binStr)
{
    std::vector<uint8_t> result;
    result.reserve(binStr.size() / 8);
    size_t pos = 0;
    size_t len = binStr.length();
    while (pos < len)
    {
         size_t curLen = std::min(static_cast<size_t>(8), len-pos);
         auto curStr = binStr.substr(pos, curLen) + std::string(8-curLen, '0');
         std::cout << "curLen: " << curLen << ", curStr: " << curStr << "\n";
         result.push_back(std::stoi(curStr, 0, 2));
         pos += 8;
    }
    return result;
}

// test:
int main()
{
  std::string binStr("000001001000000001");
  auto bin = toBinary(binStr);
  for (auto i: bin)
  {
    std::cout << static_cast<int>(i) << "  ";
  }
  return 0;
}

输出：

4 128 64

然后您可以对这些数字做任何您想做的事情，例如将它们写入二进制文件。

请注意，toBinary 如上所述，如果不完整，则用零填充最后一个字节。

Answer 3

您可以像这样使用按位逻辑创建比特流：

#include <cassert>
#include <string>
#include <stdexcept>
#include <vector>


auto to_bit_stream(const std::string& bytes)
{
    std::vector<std::uint8_t> stream;
    std::uint8_t shift{ 0 };
    std::uint8_t out{ 0 };

    // allocate enough bytes to hold the bits
    // speeds up the code a bit
    stream.reserve((bytes.size() + 7) / 8);

    // loop over all bytes
    for (const auto c : bytes)
    {
        // check input
        if (!((c == '0') || (c == '1'))) throw std::invalid_argument("invalid character in input");

        // shift output by one to accept next bit
        out <<= 1;

        // keep track of number of shifts
        // after 8 shifts a byte has been filled
        shift++;

        // or the output with a 1 if needed
        out |= (c == '1');

        // complete an output byte
        if (shift == 8)
        {
            stream.push_back(out);
            out = 0;
            shift = 0;
        }
    }

    return stream;
}


int main() 
{
    // stream is 8 bits per value, values 0,1,2,3
    auto stream = to_bit_stream("00000000000000010000001000000011");

    assert(stream.size() == 4ul);
    assert(stream[0] == 0);
    assert(stream[1] == 1);
    assert(stream[2] == 2);
    assert(stream[3] == 3);
        
    return 0;
}

Answer 4

使用 std::stoi()

int n = std::stoi("01000100", nullptr, 2);