4-2编码器在数据压缩中的高效实现与性能优化

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在数据处理和传输中，压缩技术能显著减少存储空间和带宽消耗。传统方案如 Huffman 编码和算术编码（entropy coding）虽然成熟，却存在实现复杂、计算量大的问题。特别是在实时性要求高的场景，它们的性能往往成为瓶颈。

4- 2 编码器通过将 4 位输入映射为 2 位输出，实现简单高效的数据压缩。与 Huffman 编码相比，4- 2 编码器在时间和空间复杂度上具有明显优势：

时间复杂度 ：Huffman 编码为 O(n log n)，而 4 - 2 编码器是 O(n)
空间复杂度 ：Huffman 编码需要维护树结构，而 4 - 2 编码器仅需固定大小的查找表

// 4- 2 编码器核心实现
#include <vector>
#include <cstdint>

// 编码函数：4 位输入转 2 位输出
std::vector<uint8_t> encode(const std::vector<uint8_t>& input) {
    std::vector<uint8_t> output;
    for (size_t i = 0; i < input.size(); i += 1) {uint8_t high = (input[i] >> 4) & 0x03;  // 取高 4 位中的前 2 位
        uint8_t low = input[i] & 0x03;          // 取低 4 位中的前 2 位
        output.push_back((high << 2) | low);    // 合并为 2 位输出
    }
    return output;
}

// 解码函数：2 位输入恢复 4 位输出
std::vector<uint8_t> decode(const std::vector<uint8_t>& input) {
    std::vector<uint8_t> output;
    for (auto byte : input) {uint8_t high = (byte >> 2) & 0x03;      // 恢复高 4 位
        uint8_t low = byte & 0x03;              // 恢复低 4 位
        output.push_back((high << 4) | low);    // 合并为 4 位输出
    }
    return output;
}