Wie dekodiere ich komprimierte Bilder mithilfe eines benutzerdefinierten Eingabestreams in C?

So schreiben Sie einen benutzerdefinierten Eingabestream in C

Einführung

C-Stream-Eingabe-/Ausgabeoperationen (IO) werden üblicherweise mit der iostream-Bibliothek ausgeführt . Während diese Bibliothek eine solide Grundlage für die meisten E/A-Aufgaben bietet, gibt es Szenarien, in denen Sie möglicherweise benutzerdefinierte Eingabestreams implementieren müssen, um Daten in nicht standardmäßigen Formaten zu verarbeiten.

Übersicht über benutzerdefinierte Eingabestreams

Benutzerdefinierte Eingabestreams werden definiert, indem die Klasse std::streambuf erweitert und ihre virtuellen Methoden überschrieben werden, z. B. underflow() zum Lesen und overflow() und sync() zum Schreiben. Durch Überschreiben dieser Funktionen können Sie die Art und Weise steuern, wie der Stream mit der zugrunde liegenden Datenquelle oder dem zugrunde liegenden Datenziel interagiert.

Beispiel: Vertikale XOR-Bilddekodierung

Betrachten wir ein konkretes Beispiel für die Implementierung eines benutzerdefinierten Eingabestreams zum Dekodieren von Bildern, die mit vertikaler XOR-Kodierung komprimiert wurden.

<code class="cpp">class vxor_streambuf : public std::streambuf {
public:
    // Constructor takes the original buffer and image width
    vxor_streambuf(std::streambuf *buffer, int width) :
        buffer(buffer), size(width / 2) {
        // Allocate memory for previous and current lines
        previous_line = new char[size];
        memset(previous_line, 0, size);
        current_line = new char[size];
        // Initialize streambuf member variables
        setg(0, 0, 0);
        setp(current_line, current_line + size);
    }

    // Destructor releases memory
    ~vxor_streambuf() {
        sync();
        delete[] previous_line;
        delete[] current_line;
    }

    // Underflow() performs XOR decoding for reading
    std::streambuf::int_type underflow() {
        // Read line from original buffer
        streamsize read = buffer->sgetn(current_line, size);
        if (!read) return traits_type::eof();

        // Perform vertical XOR decoding
        for (int i = 0; i < size; i += 1) {
            current_line[i] ^= previous_line[i];
            previous_line[i] = current_line[i];
        }

        // Update streambuf member variables
        setg(current_line, current_line, current_line + read);
        return traits_type::to_int_type(*gptr());
    }

    // Overflow() performs XOR encoding for writing
    std::streambuf::int_type overflow(std::streambuf::int_type value) {
        int write = pptr() - pbase();
        if (write) {
            // Perform vertical XOR encoding
            for (int i = 0; i < size; i += 1) {
                char tmp = current_line[i];
                current_line[i] ^= previous_line[i];
                previous_line[i] = tmp;
            }

            // Write line to original buffer
            streamsize written = buffer->sputn(current_line, write);
            if (written != write) return traits_type::eof();
        }

        // Update streambuf member variables
        setp(current_line, current_line + size);
        if (!traits_type::eq_int_type(value, traits_type::eof())) sputc(value);
        return traits_type::not_eof(value);
    };

    // Sync() flushes any pending data
    virtual int sync() {
        streambuf::int_type result = this->overflow(traits_type::eof());
        buffer->pubsync();
        return traits_type::eq_int_type(result, traits_type::eof()) ? -1 : 0;
    }

private:
    streambuf *buffer;
    int size;
    char *previous_line;
    char *current_line;
};</code>

Verwendung

<code class="cpp">ifstream infile("encoded_image.vxor");
vxor_istream in(infile, 288); // Create a new vxor_istream
char data[144 * 128];
in.read(data, 144 * 128); // Read encoded data</code>

Zusätzliche Überlegungen

• Leistung: Benutzerdefinierte Streams können sich auf die Leistung auswirken, da sie eine zusätzliche Indirektionsebene einführen.
• Robustheit: Stellen Sie sicher, dass Ihr benutzerdefinierter Stream Fehler und Ausnahmen ordnungsgemäß behandelt, um die Datenintegrität aufrechtzuerhalten.
• Dokumentation: Stellen Sie eine klare Dokumentation für Ihre benutzerdefinierten Streams bereit, um anderen zu helfen, deren Verwendung zu verstehen.

Indem Sie diese Richtlinien befolgen und die Feinheiten der Streambuf-Manipulation verstehen, können Sie benutzerdefinierte Eingabestreams effektiv implementieren verschiedene Szenarien, in denen Standard-IO-Vorgänge unzureichend sind.

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