#include <stdio.h>

int inf = 1000;

typedef struct
{
    int weight;                 // 结点权值
    int parent, lchild, rchild; // 结点的双亲、左孩子、右孩子的下标
    char ch;                    // 字符
} HTNode, *HuffmanTree;

// 查找
int Find(HuffmanTree HT, int n)
{
    int min = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        if (HT[i].weight < HT[min].weight && HT[i].parent == 0)
            min = i;
    }
    return min;
}

// 选择
void select(HuffmanTree HT, int n, int &s1, int &s2) // 传入参数n=k-1
{
    s1 = Find(HT, n);      // a、在HT[k](1≤k≤i-1)中选择两个其双亲域为0， 且权值最小的结点，并返回它们在HT中的序号s1和s2
    HT[s1].parent = n + 1; // b、得到新结点n + 1，从森林中删除s1,s2，将s1,s2的双亲域由0改为k (即n+1)
    s2 = Find(HT, n);
    HT[s2].parent = n + 1; // b、得到新结点n + 1，从森林中删除s1,s2，将s1,s2的双亲域由0改为k (即n+1)
}

// 构造
void CreatHuffmanTree(HuffmanTree &HT, int weight[], char c[], int n) // char c[100];  字母
{
    if (n <= 1)
        return;
    int m = 2 * n - 1;           // 数组存储2n-1个元素
    HT = new HTNode[m + 1];      // 0号单元未用，所以需要开辟m+1个单元，HT[m]表示根结点
    for (int i = 1; i <= m; ++i) // 将2n-1个元素的lch、 rch、 parent初始化为0, ch字符全部初始化为#
    {
        // todo list 处理parent 、lchild 、rchild
        HT[i].parent = 0;
        HT[i].lchild = 0;
        HT[i].rchild = 0;
        HT[i].ch = '#';
    }
    HT[0].weight = inf; // int inf = 1000;

    for (int j = 1; j <= n; ++j)
    {
        // todo list   //获取 前n个单元中叶子节点的 weight值
        HT[j].weight = weight[j];
        HT[j].ch = c[j]; // 获取 前n个单元中叶子节点的 字符
    }
    for (int k = n + 1; k <= m; ++k) // 合并产生n-1个结点——构造Huffman树
    {
        int s1, s2;
        select(HT, k - 1, s1, s2); // 选择两个需要求和的下标
        // todo list         //c、s1,s2分别作为k的左右孩子
        HT[k].lchild = s1;
        HT[k].rchild = s2;
        // todo list         //c、k 的权值为左右孩子权值之和
        HT[k].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;
    }
}

// 输出哈夫曼树
void DisplayHF(HuffmanTree HT, int r)
{
    printf("%c %d\n", HT[r].ch, HT[r].weight);

    int s1 = HT[r].lchild;
    int s2 = HT[r].rchild;
    if (s1 != 0)
        DisplayHF(HT, s1);
    if (s2 != 0)
        DisplayHF(HT, s2);
}

// 输出哈夫曼编码
void DisplayHFCode(HuffmanTree HT, int r, int arr[], int top)
{
    int s1 = HT[r].lchild; // 获取当前节点的左孩子索引赋值给s1
    int s2 = HT[r].rchild; // 获取当前节点的右孩子索引赋值给s2

    if (HT[r].lchild != 0)
    {                                        // 左孩子存在
        arr[top] = 0;                        // 在路径数组arr的当前位置top存入0，表示走向左孩子
        DisplayHFCode(HT, s1, arr, top + 1); // 递归调用DisplayHFCode函数，处理左孩子节点，同时top加1
    }
    if (HT[r].rchild != 0)
    {                                        // 右孩子存在
        arr[top] = 1;                        // 在路径数组arr的当前位置top存入1，表示走向右孩子
        DisplayHFCode(HT, s2, arr, top + 1); // 递归调用DisplayHFCode函数，处理右孩子节点，同时top加1
    }
    if (HT[r].lchild == 0 && HT[r].rchild == 0)
    {                                         // 叶子节点
        printf("字符 %c 的编码: ", HT[r].ch); // 打印当前叶子节点对应的字符
        for (int i = 0; i < top; ++i)
        {                         // 遍历路径数组arr，从0到top-1
            printf("%d", arr[i]); // 打印路径数组中的每个元素，即字符的哈夫曼编码
        }
        printf("\n");
    }
}

int main()
{
    HuffmanTree HT;
    int a[100];   // 权值
    char c[100];  // 字母
    int arr[100]; // arr:用于存储从根结点到当前结点的路径上的0和1的数组
    int top = 0;  // top: arr数组的当前索引，表示已经存储到的路径的长度

    printf("请输入七组数据!(字母 权值)\n");
    for (int i = 1; i <= 7; i++)
    {
        scanf("%c %d", &c[i], &a[i]);
        getchar(); // 吸收换行符，避免影响下一次输入
    }
    CreatHuffmanTree(HT, a, c, 7);
    printf("哈夫曼树先序遍历序列为（字母 权值）：\n");
    printf("新生成结点用‘#’标记\n");
    DisplayHF(HT, 7 * 2 - 1); // 根节点下标为2n-1=13

    printf("哈夫曼编码为：\n");
    DisplayHFCode(HT, 7 * 2 - 1, arr, top);

    // 释放动态分配的内存（避免内存泄漏）
    delete[] HT;
    return 0;
}