C++ 实现参考

所有 C++ 算法核心保持单文件风格，并共享 algorithms/shared/cpp/include/compresskit/ 下的薄 buffer 门面层。无状态化 streaming 层；encode_buffer / decode_buffer 直接接收 BufferTransform 函数指针。

编译

项目使用 CMake 构建。make build 是对 CMake 调用的薄封装：

cmake -S . -B build && cmake --build build

构建产物位于 build/ 目录下（如 build/huffman_cpp）。

推荐编译选项

选项	用途
-std=c++17	启用 C++17 特性
-O2	优化级别
-Wall -Wextra	警告
-fsanitize=address	地址消毒器（调试版本）
-fsanitize=undefined	未定义行为消毒器（调试版本）

Huffman (algorithms/huffman/cpp/main.cpp)

用法

./build/huffman_cpp encode input.bin output.huf
./build/huffman_cpp decode output.huf decoded.bin

内部结构

• BitWriter / BitReader — 比特级 I/O 类
• Node — Huffman 树节点（自定义删除器）
• compress_file() / decompress_file() — 主编/解码函数

文件格式

偏移	大小	字段
0	4B	魔数: HFMN
4	4B	频率表大小（始终 257）
8	1028B	频率表（257 × uint32 LE）
1036+	可变	编码比特流

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Arithmetic (algorithms/arithmetic/cpp/main.cpp)

用法

./build/arithmetic_cpp encode input.bin output.aenc
./build/arithmetic_cpp decode output.aenc decoded.bin

关键类

• ArithmeticEncoder — 状态机，包含 low、high、pendingBits
• ArithmeticDecoder — 解码器，包含 code 初始化

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Range Coder (algorithms/range/cpp/main.cpp)

用法

./build/rangecoder_cpp encode input.bin output.rcnc
./build/rangecoder_cpp decode output.rcnc decoded.bin

文件格式

偏移	大小	字段
0	4B	魔数: RCNC
4	4B	频率表大小
8	可变	频率表
...	可变	字节流（重归一化区间）

---

RLE (algorithms/rle/cpp/main.cpp)

./build/rle_cpp encode input.bin output.rle
./build/rle_cpp decode output.rle decoded.bin

文件格式

重复的 (count: uint32 LE, value: byte) 对。

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通用模式

模式	描述
单文件核心	每个算法核心在一个 main.cpp 中
共享依赖	使用 algorithms/shared/cpp/ 中的公共代码
错误处理	fprintf(stderr, ...) + exit(1)
内存管理	std::unique_ptr + 自定义删除器

共享 Buffer 门面

共享头文件位于：

• compresskit/result.hpp — StatusCode 枚举与 Result<T> 模板
• compresskit/buffer_api.hpp — BufferTransform、encode_buffer、decode_buffer、文件辅助函数
• compresskit/algorithms.hpp — 各算法的 *_encode_buffer / *_decode_buffer 入口

状态码

码	含义
OK	成功
ERR_CORRUPT	编码数据结构校验失败
ERR_SIZE_LIMIT	输入超过 4 GiB 或解码输出超过 1 GiB

Buffer Transform

BufferTransform 是函数指针别名，将内存字节缓冲映射为其转换形式。每个算法暴露一个编码 transform 和一个解码 transform。

#include <vector>
#include "compresskit/algorithms.hpp"
#include "compresskit/buffer_api.hpp"

std::vector<uint8_t> encode(const std::vector<uint8_t>& input) {
    auto result = compresskit::encode_buffer(huffman_encode_buffer, input);
    return result.ok() ? std::move(result.value) : std::vector<uint8_t>{};
}