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在VC++中实现设备无关位图类CDib

摘 要：本文通过CDib类库的实现，介绍在微软Visual C++ 6.0版集成开发环境下，
备无关位图程序的实现机制和编程要点，并给出关键部分的程序代码。
关键词：Visual C++应用程序 DIB DDB BMP文件

一、问题的提出
众所周知，Windows可以进行各种各样的图像处理，这归功于它全面的位图支持能力。早在DOS时代就存在着许多的图像文件格式，较著名的如PCX、GIF、JPEG、TGA等，在Windows中，Microsoft又制定了一个BMP格式。Windows把位图(bitmap)分成两大类：“设备相关位图”（Device Dependent Bitmap，简称DDB）与“设备独立位图”（Device Independent Bitmap，简称DIB）。严格的说，DIB是一种“格式”，它可以存放在内存中，也可以存储成文件，即常见的BMP文件，不过有时候它的扩展名可能是DIB。
大体而言，DIB格式由三部分组成，即：图片信息、调色板信息、像素阵列。“图片信息”中记录着图像文件的大小、色彩数（可分为单色、16色、256色和真彩四种），以及仅有参考价值的“分辨率”等信息。“调色板信息”指的是这张图像所需参考的调色板，虽然“调色板信息”很重要，但是“真彩”的DIB图像却没有调色板。“像素阵列”则是实际存放图像的部分，它是一个很大的数组，对应于屏幕上的像素。
VC++的MFC中，以CBitmap类代表DDB图像，极大的方便了编程人员对DDB的使用。然而通常情况下，没有人会把DDB图像存储成文件，因此我们使用更多的是DIB，遗憾的是MFC不象Borland的OWL，有TDib类可以用来处理DIB文件，它对于DIB的支持几乎可以说是没有，因此有必要设计可以重复使用的类CDib，专门用来处理DIB。
二、CDib的具体实现
在一个涉及DIB操作的应用程序中，常用到的数据结构有BITMAPFILEHEADER、BITMAPINFO、BITMAPINFOHEAD、RGBQUAD。简单的说就是：
BMP文件=BITMAPFILEHEADER+ BITMAPINFO+位图数据
= BITMAPFILEHEADER+ BITMAPINFOHEAD+ RGBQUAD+位图数据
而存在内存中的DIB对象为：
DIB对象= BITMAPINFO+位图数据
= BITMAPINFOHEAD+ RGBQUAD+位图数据
1．Dib类的头文件定义
在所实现的CDib类中，将完成与DIB操作有关的大部分功能，例如把DDB转换成DIB、从BMP文件建立DIB、建立空白DIB、拷贝调色板、读取BMP文件、存储BMP文件、绘制图像等等。在自定义的类的头文件中所需加入的函数与变量具体如下：
class CDib:public CObject
{
public:
CDib(CBitmap& ddb,CPalette *palette);
CDib(char *bmpfile);
CDib(CFile& file);
CDib(int Width,int Height,int BitsPerPixel);
~CDib( );
//取得DIB相关信息
//返回像素阵列
void* GetBits( );
//返回每像素的位数
int GetBitsPerPixel( );
//返回图像尺寸
BOOL GetDimension(CSize& size);
DWORD Width( );
DWORD Height( );
//调色板大小
int GetPaletteCount( );
//每条扫描线所需的字节数
DWORD BytesPerLine( );
//取得调色板
CPalette* GetPalette( );
//绘图函数
//在DC上缩放输出
int StretchToDC(CDC& dc,CRect& src,CRect& dst,DWORD rop=SRCCOPY);
//在DC上等尺寸输出
int SetToDC(CDC& dc,CRect& src,CPoint& dst);
//输出到DDB
BOOL CopyToDDB(CBitmap& ddb);
//文件相关
//存文件
BOOL DoSaveFile(char* bmpfile);
//写入指定文件
BOOL DoWriteFile(CFile& file);
//读入指定文件
BOOL DoReadFile(CFile& file);
Protected:
//计算像素阵列的大小
long GetImageBodySize( );
//计算BITMAPINFOHEADER和RGBQUAD数组的大小
int GetBITMAPINFOSize( );
//初始化文件头的信息
void InitDibInfo(int BitsPerPixel,int w=0,int h=0);
//复制调色板
void CopyPalette(CPalette& palette);
//文件头
BITMAPINFO *DibInfo;
//像素阵列
void* DibBits;
}
2．成员函数的实现
下面就CDib类中的几个关键成员函数的实现加以分析，使读者可以根据自己的需要设计相应的成员函数。
（1）       构造函数
在CDib类中一共有四种不同的构造函数：第一种可以把DDB转换成DIB，第二种用来读取BMP图形文件，第三种也是用来读取图形文件，但这里给的参数是CFile对象，第四种用来建立指定长、宽与色彩数的DIB。
①把DDB转化成DIB
DIB与DDB最大的差别就是前者有调色板，而后者没有。首先调用GetBitmap( )取得DDB的相关信息，再调用成员函数InitDibInfo( )，填写BITMAPINFO结构，接着调用GetImageBodySize( )计算DIB像素阵列的大小，分配相应的内存，如果有调色板，就调用CopyPalette( )把palette中的entry拷贝到BITMAPINFO中的RGBQUAD数组中，最后将DDB图像拷贝到新建立的DIB中，这步可以利用Win32 API的GetDIBits( )函数。在此步骤中需要一个DC，可以调用GetDeskopWindow( )，这个API函数会返回桌面窗口的句柄，再用Attach( )把它转换成CWnd对象，随后就可以产生桌面窗口的DC。它的源代码如下：
CDib::CDib(CBitmap& ddb,CPalette* palette)
:DibBits(NULL),DibInfo(NULL)
{
BITMAP ddbinfo;
ddb.GetBitmap(&ddbinfo);
InitDibInfo(ddbinfo.bmPlanes*ddbinfo.bmBitsPixel,
ddbinfo.bmWidth,ddbinfo.bmHeight);
DibBits=(void*)new char[GetImageBodySize( )];
if(palette) CopyPalete(*palette);
CWnd DesktopWnd;
DesktopWnd.Attach(::GetDesktopWindow( ));
CWindowDC desktopDC(&DesktopWnd);
::GetDIBits(desktopDC.m_hDC,
HBITMAP(ddb),
0,
ddbinfo.bmHeight,
LPVOID(DibBits),
DibInfo,
DIB_RGB_COLORS);
DesktopWnd.Detach( );
}
②自BMP文件建立DIB
第二、三种构造函数都是由BMP文件读取信息，建立DIB。前者根据文件名建立CFile对象，再调用成员函数DoReadFile( )执行实际的读取、转换操作，而后者直接调用DoReadFile( )函数。
③建立空白的DIB
第四种构造函数调用InitDibInfo( )建立BITMAPINFO结构，再分配一块内存来存储DIB图形。
（2）       填写BITMAPINFO表
成员函数InitDibInfo( )负责填写BITMAPINFO结构。该函数有三个参数：DIB的宽度与高度，每像素需要几个bit。先根据每像素需要几个bit来设定调色板的大小，也就是RGBQUAD数组的大小，接着申请一块内存给BITMAPINFO使用，再按BITMAPINFO的结构填入信息，其中RGBQUAD数组中的每一个元素全部填入0。它的源代码如下：
void CDib::InitDibInfo(int BitsPerPixel,int w,int h)
{
int i;
int PaletteSize=0,cbHeaderSize;
switch(BitsPerPixel)
{
case 1:
PaletteSize=2;
break;
case 4:
PaletteSize=16;
break;
case 8:
PaletteSize=256;
break;
case 15:
case 16:
BitsPerPixel=16;
break;
}
cbHeaderSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER)+PaletteSize*sizeof(RGBQUAD);
if(DibInfo) delete[ ] DibInfo;
DibInfo=(BITMAPINFO*)new char[cbHeaderSize];
//填写BITMAPINFO表
DibInfo->bmiHeader.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER);
DibInfo->bmiHeader.biWidth=w;
DibInfo->bmiHeader.biHeight=h;
DibInfo->bmiHeader.biPlanes=1;
DibInfo->bmiHeader.biBitCount=short(BitsPerPixel);
DibInfo->bmiHeader.biCompression=BI_RGB;
DibInfo->bmiHeader.biSizeImage=BytesPerLine( )*DibInfo->bmiHeader.biHeight;
DibInfo->bmiHeader.biXPelsPerMeter=
DibInfo->bmiHeader.biYPelsPerMeter=120;
DibInfo->bmiHeader.biClrUsed=PaletteSize;;
DibInfo->bmiHeader.biClrImportant=PaletteSize;
if(PaletteSize)
{
for(i=0;i<PaletteSize;i++)
{
DibInfo->bmiColors[i].rgbRed=0;
DibInfo->bmiColors[i].rgbGreen=0;
DibInfo->bmiColors[i].rgbBlue=0;
DibInfo->bmiColors[i].rgbReserved=0;
}
}
}
(3)拷贝调色板
成员函数CopyPalette( )与GetPalette( )的功能恰好相反。前者把CPalette中每一项调色板元素拷贝到BITMAPINFO的RGBQUAD数组中，充当DIB的调色板；后者把RGBQUAD转换成CPalette对象。因为CPalette所代表的调色板本质上也是一个数组，因此这两个函数只是复制两个格式互异的数组而已。下面给出CopyPalette( )的实现，GetPalette( )的实现也是类似的。其源代码如下：
void CDib::CopyPalette(CPalette& palette)
{
int i;
PALETTEENTRY *pe;
if(!DibInfo->bmiheader.biBitCount) return;
pe=new PALETTEENTRY[palette.GetEntryCount( )];
palette.GetPaletteEntries(0,palette.GetEntryCount( ),pe);
for(i=0;i<palette.GetEntryCount( );i++)
{
DibInfo->bmiColors[i].rgbRed=pe[i].peRed;
DibInfo->bmiColors[i].rgbGreen=pe[i].peGreen;
DibInfo->bmiColors[i].rgbBlue=pe[i].peBlue;
DibInfo->bmiColors[i].rgbReserved=0;
}
delete[ ] pe;
}
(4)读取BMP文件
成员函数DoReadFile( )负责从文件中读出DIB的信息，它的参数是CFile对象，代表一个已经打开的文件。首先读取文件指针的位置，这个位置对以后“定位”DIB图像阵列十分关键。接着把BMP的文件头结构BITMAPFILEHEADER读进来，先检查这是不是一个BMP文件，再把BITMAPINFOHEADER读进来，这样BITMAPINFO的前半段信息就确定了。由BITMAPINFOHEADER可以计算出RGBQUAD的大小，随后分配一块内存给BITMAPINFO使用，并且将读进来的BITMAPINFOHEADER拷贝给DibInfo->bmiHeader，再把RGBQUAD数组读进内存，最后将文件指针移到DIB图像阵列的起点，事实上是将文件指针移到BITMAPFILEHEADER中的偏移量所指的位置读取图像阵列信息。它的源代码如下：
BOOL CDib::DoReadFile(CFile& file)
{
BITMAPFILEHEADER bmfileheader;
BITMAPINFOHEADER bmheader;
long size,headpos;
int PaletteSize=0;
int ret,cbHeaderSize;
headpos=file.GetPosition( );
ret=file.Read(&bmfileheader,sizeof(BITMAPFILEHEADER));
if((ret!=sizeof(BITMAPFILEHEADER))||(bmfileheader.bfType!=0x4d42))
return FALSE;
ret=file.Read(&bmheader,sizeof(BITMAPINFOHEADER));
if(ret!=sizeof(BITMAPINFOHEADER))
return FALSE;
switch(bmheader.biBitCount)
{
case 1:
PaletteSize=2;
break;
case 4:
PaletteSize=16;
break;
case 8:
PaletteSize=256;
break;
}
cbHeaderSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER)+PaletteSize*sizeof(RGBQUAD);
DibInfo=(BITMAPINFO*)new char[cbHeaderSize];
DibInfo->bmiHeader=bmheader;
if(PaletteSize)
{
ret=file.Read(&(DibInfo->bmiColors[0]),PaletteSize*sizeof(RGBQUAD));
if(ret!=int(PaletteSize*sizeof(RGBQUAD)))
{
delete[ ] DibInfo;
DibInfo=NULL;
return FALSE;
}
}
size=BytesPerLine( )*DibInfo->bmiHeader.biHeight;
DibBits=(void*)new char[GetImageBodySize( )];
File.Seek(headpos+bmifileheader.bfOffBits,CFile::begin);
ret=file.Read(DibBits,size);
if(ret!=int(size))
{
delete[ ] DibInfo;
delete[ ] DibBits;
DibInfo=NULL;
DibBits=NULL;
}
return TRUE;
}
(5)存储BMP文件
成员函数DoSaveFile( )把DIB存储成文件，该函数只是产生一个CFile对象，实际的操作由DoWriteFile( )完成。先填写BMP文件头信息BITMAPFILEHEADER，再分别把文件头、BITMAPINFO以及图像阵列写入文件，它的实现是很方便的。
(6)绘制图像
CDib的成员函数SetToDc( )、StretchToDC( )和CopyToDDB( )，用来把DIB画在DC上，或者拷贝到DDB，这几个函数其实只是调用了Win32 API中的SetDIBitsToDevice( )、StretchDIBits( )和SetDIBits( )这几个与DIB有关的函数。
(7)取得DIB的相关信息
成员函数GetBits( )、GetBitsPerPixel( )、GetDimension( )、Width( )、Height( )、GetPaletteCount( )、BytesPerLine( )、GetImageBodySize( )和GetBITMAPINFOSize( )是用来取得DIB的相关信息，它们的实现都比较简单，只需参考BITMAPINFO、BIPMAPINFOHEADER、RGBQUAD的数据结构，返回相应的值就可以了。
以上给出了CDib类中几个关键的成员函数的源代码和编程要点，基本上包含了所有与DIB操作有关的数据结构和Win32 API函数，使读者对DIB的编程有了更深入的了解。由于篇幅所限，以上一些未提及的成员函数读者不难自己实现。

三、总结
通过CDib类的实现，我们弥补了Microsoft MFC类库中没有提供与DIB有关的类的不足，基本实现了Borland OWL中TDib类的功能。以后，在应用程序中使用CDib类时，只需包含该类的头文件，所设计的函数就可以直接调用了。
参考文献
1．《MFC开发Windows95/NT4应用程序》，清华大学出版社，1998年。
2．《Visual C++高级编程技巧》，人民邮电出版社，2000年。