如何使用 C 中的自定义输入流解码压缩图像？

如何用 C 语言编写自定义输入流

简介

C 流输入/输出 (IO) 操作通常使用 iostream 库执行。虽然该库为大多数 IO 任务提供了坚实的基础，但在某些情况下您可能需要实现自定义输入流来处理非标准格式的数据。

自定义输入流概述

自定义输入流是通过扩展 std::streambuf 类并重写其虚拟方法来定义的，例如用于读取的 underflow() 以及用于写入的 Overflow() 和sync()。通过重写这些函数，您可以控制流与底层数据源或目标交互的方式。

示例：垂直异或图像解码

让我们考虑一个实现自定义输入流的具体示例用于解码使用垂直 XOR 编码压缩的图像。

<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>

用法

<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>

其他注意事项

• 性能：自定义流会影响性能，因为它们引入了额外的间接层。
• 鲁棒性：确保您的自定义流正常处理错误和异常以维护数据完整性。
• 文档：为您的自定义流提供清晰的文档，以帮助其他人了解其用法。

通过遵循这些指南并了解 Streambuf 操作的复杂性，您可以有效地实现自定义输入流标准 IO 操作无法满足的各种场景。

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