Задача «Арифметическое кодирование»

Задача

Произвести рефакторинг кода на C, реализующего алгоритм адаптивного арифметического кодирования.

Исходный код

Листинги с исходным кодом приведены в статье 'Arithmetic coding for data compression'.

• arithmetic_coding.h – общий интерфейс для модулей арифметического кодирования.
• model.h – общий интерфейс для модулей статистических моделей.
• arithmetic_encode.c – реализация функций кодирования.
• arithmetic_decode.c – реализация функций декодирования.
• bit_input.c – модуль побитового чтения из файла.
• bit_output.c – модуль побитовой записи в файл.
• encode.c – программа, кодирующая данные из stdin и выдающая результат в stdout.
• decode.c – программа, декодирующая данные из stdin и выдающая результат в stdout..
• adaptive_model.c – реализация адаптивной статистической модели.
• fixed_model.c – реализация статистической модели с фиксированным распределением символов по частоте.

Весь код написан на одном из старых диалектов C, но тем не менее, успешно собирается современными компиляторами.

Описание

В процессе рефакторинга необходимо:

• Переписать код на C++ (объявление переменных не в начале блока, а там где они реально используются, и т. п.)
• Объединить 4 проекта в один. В результате должна получится одна программа, работающая в нескольких режимах: кодирование / декодирование, адаптивная / фиксированная статистическая модель.
• Избавиться от define'ов (объявление констант) и глобальных переменных.
• Обработку ошибок перенести на механизм исключений и std::exception.
• Выделить классы битовых потоков, глобальные функции для работы с побитовым вводом / выводом преобразовать в методы или операторы.
• Выделить классы статистических моделей.
• Выделить класс арифметического кодера.
• Взаимодействие классов статистических моделей с классом арифметического кодера организовать на основе паттерна стратегия.
• На дополнительный бал: Подумать на тему превращения всего класса кодера в шаблонный, где параметрами шаблона будут типы данных для символов и кодов. В исходном коде сделана жесткая привязка к символам типа char и кодам типа long.

Архив с проектами для Visual Studio 2013 и Visual Studio 2015.

В проекты добавлен заголовочный файл binary_mode.h с удобным макросом для переключения потока ввода/вывода в бинарный режим (нет в оригинальной статье, необходим для корректной работы под Windows).

Также в проекты добавлен cmd-скрипт для тестирования программ на наборе файлов.