实验6 继承.docx

实验6 继承
实验目的
掌握如何编写基类，如何通过继承基类的属性和函数编写派生类。
掌握如何在派生类成员函数中调用基类的成员函数。
掌握如何声明基类和派生类的对象，如何调用派生类对象的成员函数。

实验内容
1. 创建Matrix类，作为Image类的父类。下面的代码已把实验5里的Image类的数据成员“转移至”了父类Matrix中，并将Image类中适用于矩阵的操作“转移至”Matrix类。请完成Matrix类的相关成员函数和友元函数的实现。
2. 从Matrix类公有派生Image类，在Image类中实现一个新的构造函数，该构造函数由基类对象构造派生类对象。
3. 对派生类的某些构造函数进行改造，使其能给基类构造函数传递参数完成基类成员的初始化。
4. 在main函数中完成对Matrix类和Image类成员函数的调用。
注意：
类Matrix中的数组类型是double，注意在派生类Image中如何把从图像文件里的数据类型从unsigned char转化为double。更重要的是，在对矩阵完成变换后存储成图像文件时，如何把数据类型再转换回unsigned char。在转换时如何对数据范围进行改变。
图像相加和相减后，结果图像的数据可能是负的或者大于255的，在写回图像文件时，应该处理这种情况。请参考后面的提示设计你的解决办法。

Matrix.h
#ifndef Matrix_H
#define Matrix_H

class Matrix
{
public:
Matrix();
Matrix(int h,int w);
Matrix(int h, int w, double val);
Matrix(const Matrix &m);
~Matrix();

void Zeros(int h, int w); // 根据参数产生h行w列的全零矩阵
void Ones(int h, int w); // 根据参数产生h行w列的全1矩阵
void Random(int h, int w); //产生h行w列的随机矩阵，矩阵的元素为[0,1]之间的随机实数（double类型）
void Identity(int n); // 根据参数产生n行n列的单位矩阵

int Height(); // 获得矩阵的行数
int Width(); // 获得矩阵的列数
Matrix MajorDiagonal();// 求矩阵主对角线上的元素，输出一个N行1列的矩阵，N为主对角线元素的个数
Matrix MinorDiagonal();// 求矩阵的副对角线上的元素，输出一个N行1列的矩阵，N为副对角线上元素的个数
Matrix Row(int n);// 返回矩阵的第n行上的元素，组出一个1行N列的矩阵输出，N为第n行上元素的个数
Matrix Column(int n);// 返回矩阵的第n列上的元素，组出一个N行1列的矩阵输出，N为第n列上元素的个数

void Transpose(); // 将矩阵转置

unsigned char& At(int row, int col); //获取第row行第col列的矩阵元素的值
void Set(int row, int col, double value); //设置第row行第col列矩阵元素的值为value
void SetAll(double value); //设置矩阵所有元素为同一值value

void Reshape(int h, int w); //在矩阵元素总数不变的情况下，将矩阵行列变为参数给定的大小
bool IsEmpty();// 判断矩阵是否为空矩阵
bool IsSquare();// 判断矩阵是否为方阵
void CopyTo(Matrix &m); // 将矩阵复制给m
void Mul(double s); // 矩阵的每个元素都乘以参数
void Cat(Matrix &m, int code); // 将矩阵m与当前矩阵进行拼接，code代表拼接的方式：将m拼接到当前矩阵的上、下、左、右，具体例子见本大纲后面的说明

friend Matrix Add(const Matrix &m1, const Matrix &m2); // 友元函数，将矩阵m1和m2相加，结果矩阵作为函数的返回值
friend Matrix Sub(const Matrix &m1, const Matrix &m2); // 友元函数，将矩阵m1和m2相减，结果矩阵作为函数的返回值
friend void Swap(Matrix &a, Matrix &b); // 友元函数，交换两个矩阵

protected:
int height;
int width;
double **data;
};

#endif

Image.h
#ifndef Image_H
#define Image_H

#include "Matrix.h"

class Image : public Matrix
{
public:
Image(); //构造函数，创建行列都为零的Image对象
Image(int h, int w); //构造函数重载，创建h行，w列的Image对象
Image(int h, int w, unsigned char val); //构造函数重载，创建的图像像素值都为val;
Image(char* ImageName); //构造函数重载，利用文件名从硬盘加载图像文件成为Image对象;
Image(unsigned char m[][100], int n); //构造函数重载，从静态数组创建Image对象;
Image(unsigned char **m, int h, int w); //构造函数重载，从动态数组创建Image对象;
Image(const Matrix &m); //构造函数重载，由Matrix类对象构造Image类对象
Image(const Image &im); //拷贝构造函数;
~Image(); //析构函数;

void Read(char* ImageName); //从硬盘文件中读入图像数据;
void Write(char* filename); //将图像数据保存为图像文件;
void Show(char* winname); //显示图像;

void Flip(int code); //图像的翻转; code为0左右，1 上下;
void Resize(int h, int w); //图像的缩放为参数指定的大小
void Cut(int x1,int y1,int x2,int y2);//裁剪点(x1,y1)到点(x2,y2)的图像
void Rotate(int degree);//图像旋转的函数（旋转角度为任意角度）
double Mean();//返回图像的均值
double Variance();//求图像的方差
};
#endif

Main.cpp
#include <iostream>
#include "highgui.h"
#include "Image.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
Matrix m(160000, 1);
for (int i = 0; i < 160000; i++)
{
m.At(i, 0) = i%256;
// m.Set(i,0,i%256);
}
m.Reshape(400, 400);
Image img(m);
img.Show("Matrix");

Matrix d = m.Diagonal();
Image *p = new Image(d);
p->Show("pImage");
p->Reshape(20,20);
p->Show("pImageReshaped");
delete p;
p = NULL;

Image im("Fruits.jpg");
im.Resize(200, 200);
im.Show("Resized Image");
im.Rotate(40);
im.Show("Rotated Image");

Image img1("Fruits.jpg");
img1.Show("Image2");
Image img2("Word.jpg");
img2.Show("Image1");
//两图片相加
Image img_add(Add(img1, img2)) ;
img_add.Show("Add");

//两图片相减
Image img_sub(Sub(img1, img2));
img_sub.Show("Sub");

//图片的转置
Image img3("lena.jpg");
img3.Transpose();
img3.Show("Transpose");

//在右边拼接图片；
Image img4("Airplane.jpg");
Image img5("Baboon.jpg");
img4.Cat(img5,1);
img4.Show("CATRight");
//在下面拼接图片
Image img6("Airplane.jpg");
Image img7("Baboon.jpg");
img6.Cat(img7,2);
img6.Show("CATDown");
return 0;
}

说明
1.Reshape函数，顾名思义，将矩阵的形状进行改变。前提是变换前后矩阵元素的个数不能改变，否则应输出错误信息。该变换以行优先的规则将矩阵的元素重新排列。比如有如下3*2的矩阵：
123456
如果对该矩阵进行Reshape（2,3）操作，结果如下：
123456

2.Cat函数将参数m矩阵与调用该函数的矩阵对象进行拼接。比如有矩阵如下：
1234
参数m矩阵为：
5678
假设code=1代表拼接到右边，则结果为：
12345678
假设code=2代表拼接到下面，则结果为：
12345678
3.矩阵相加和相减的友元函数，注意处理结果的范围。因为所设计的矩阵的数据存储类型是double，而一般的图像文件能表达的范围是整数0~255，因此，相加或者相减的结果如果超过了这个范围，那么如果要把结果写入图像文件，则要做相应的处理。可以参考如下两种办法：
a)如果相加的结果>255，那么就取255，如果相减的结果<0，则取0。这种方法叫做饱和处理，来自相机拍照时的饱和现象。
b)另外一种处理办法是把数据“规整”到0~255之间。把矩阵所有元素中的最小值设为0，最大值设为255，其他元素线性插入：255*(x - min) / (max - min)

结果示例
产生的矩阵：

上面矩阵的对角线元素组成的矩阵（向量）：

上面N*1矩阵经过Reshape变形后的矩阵：

Image1：

Image2：

Image1 + Image2：

Image1–Image2：

Transpose：

左右拼接：

上下拼接：