读取bmp格式位图文件到二维数组(C语言)

本来是打算弄个BadApple玩玩，不过不满足于简单地读取文本文件并输出，所以最后变成了研究如何用C语言读取位图文件并通过二维数组来存储像素信息。

第一步自然是弄清楚bmp的文件格式。在各种位图格式中，bmp因为数据块通常没有压缩，每个像素都由独立的几个或者几组bits来表示，读写方式都比较简单，只需要按照格式要求通过fread读取二进制文件就行。

bmp文件大概有四部分组成，第一部分是文件类型数据，存放跟bmp文件类型有关的信息，共占用14字节。第二部分是图像信息数据，保存位图图像相关的信息，共40字节，第三部分是一个可选的调色板，最后是像素信息区。

各部分中具体的字段含义见下表：

按照上面的格式说明，我们定义几个结构体来描述他们：

#pragma once

#include<stdio.h>
typedef unsigned int DWORD;  // 4bytes
typedef unsigned short WORD;  // 2bytes
typedef signed long LONG;  // 4bytes
typedef unsigned char BYTE;  // 1bytes


#pragma pack(push)
#pragma pack(1)// 修改默认对齐值
/*位图文件文件头结构体*/
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
	WORD bFileType;
	DWORD bFileSize;
	WORD bReserved1;
	WORD bReserved2;
	DWORD bPixelDataOffset;
}BITMAPFILEHEADER; //14bytes
#pragma pack(pop)

/*位图文件信息头结构体*/
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
	DWORD bHeaderSize;  // 图像信息头总大小（40bytes）
	LONG bImageWidth;  // 图像宽度（像素）
	LONG bImageHeight;  // 图像高度
	WORD bPlanes;  // 应该是0
	WORD bBitsPerPixel;  // 像素位数
	DWORD bCompression;  // 图像压缩方法
	DWORD bImageSize;  // 图像大小（字节）
	LONG bXpixelsPerMeter;  // 横向每米像素数
	LONG bYpixelsPerMeter;  // 纵向每米像素数
	DWORD bTotalColors;  // 使用的颜色总数，如果像素位数大于8，则该字段没有意义
	DWORD bImportantColors;  // 重要颜色数，一般没什么用
}BITMAPINFOHEADER; //40bytes

/*位图文件调色板结构体*/
typedef struct tagRGBQUAD {
	BYTE	rgbBlue;
	BYTE	rgbGreen;
	BYTE	rgbRed;
	BYTE	rgbReserved;
}RGBQUAD;

/*像素点RGB结构体*/
typedef struct tagRGB {
	BYTE blue;
	BYTE green;
	BYTE red;
}RGBDATA;

#pragma pack(push)
#pragma pack(1)    用于取消结构体的自动对齐，如果不指定文件头结构体可能占据的大小不是14字节，关于机构体的大小是否正确可以通过输出 sizeof(BITMAPFILEHEADER) 来得到。

事实上这些机构体在wingdi.h文件中也有定义，如果使用windows也可以直接使用gdi中定义的结构。

定义好这些结构体之后就是编写读取位图的函数了，基本方法就是通过fread来从文件读取指定大小，指定个数的元素，比如下面这条语句用于读取信息头：

fread(infoHead, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fp)

从fp文件流中读取14字节的元素一次，并存放到infoHead指针所指向的内存区域，infoHead是BITMAPINFOHEADER类型的结构指针，该内存可以通过malloc在堆中动态分配也可以直接定义相应变量。

下面贴上用到的源码，原谅我没有写多少注释：

#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE
#include"bmp.h"
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>


FILE* openBmpImage(char* fileName, char* mode) {
	FILE* fp;
	if (strcmp(mode, "r") == 0) {
		mode = "rb";
	}
	else if (strcmp(mode,"w") == 0) {
		mode = "ab";
	}
	else {
		//输出错误信息
		fprintf(stderr,"文件打开模式:%s使用错误\n",mode);
		//文件打开失败，返回空指针
		return NULL;
	}
	if ((fp = fopen(fileName,mode)) == NULL) {
		fprintf(stderr, "打开文件:%s失败\n", fileName);
		return NULL;	
	}
	return fp;
}

void closeBmpImage(FILE* fp) {
	//关闭文件
	fclose(fp);
	//printf("已关闭文件\n");
	//释放文件指针
	free(fp);
	//printf("已释放文件指针\n");
}

BITMAPFILEHEADER* readBmpFileHead(FILE* fp) {
	//printf("%d\n", sizeof(BITMAPFILEHEADER));//这个大小是16Bytes没错
	BITMAPFILEHEADER* fileHead = (BITMAPFILEHEADER*)malloc(sizeof(BITMAPFILEHEADER));
	if (fileHead == NULL) {
		fprintf(stderr,"内存分配失败");
	}
	if (fread(fileHead, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, fp) != 1) {
		fprintf(stderr,"文件头读取失败");
	}
	return fileHead;
}

BITMAPINFOHEADER* readBmpInfoHead(FILE* fp) {
	//printf("%d\n", sizeof(BITMAPINFOHEADER));
	BITMAPINFOHEADER* infoHead = (BITMAPINFOHEADER*)malloc(sizeof(BITMAPINFOHEADER));
	if (infoHead == NULL) {
		fprintf(stderr, "内存分配失败");
	}
	if (fread(infoHead, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fp) != 1) {
		fprintf(stderr, "信息头读取失败");
	}
	printf("信息头大小：%d字节\n", infoHead->bHeaderSize);
	printf("图片宽度：%d像素\n", infoHead->bImageWidth);
	printf("图片高度：%d像素\n", infoHead->bImageHeight);
	printf("颜色位数：%d位\n", infoHead->bBitsPerPixel);
	printf("横向每米像素数：%d个\n", infoHead->bXpixelsPerMeter);
	printf("纵向每米像素数：%d个\n", infoHead->bYpixelsPerMeter);
	printf("数据块大小：%d字节\n", infoHead->bImageSize);
	printf("位面数：%d\n", infoHead->bPlanes);
	printf("使用颜色总数：%d个\n", infoHead->bTotalColors);
	printf("重要颜色总数：%d个\n", infoHead->bImportantColors);
	printf("压缩算法：%d\n", infoHead->bCompression);
	
	return infoHead;
}

RGBDATA** readBmpDataToArr(FILE* fp) {
	int i = 0, j = 0;
	int width = 0, height = 0;
	BITMAPFILEHEADER* fileHead = readBmpFileHead(fp);
	BITMAPINFOHEADER* infoHead = readBmpInfoHead(fp);
	width = infoHead->bImageWidth;
	height = infoHead->bImageHeight;
	RGBDATA** data = createMatrix(width,height);
	//如果位数小于8则调色板有效
	if (infoHead->bBitsPerPixel < 8) {
		RGBQUAD* rgbQuad = (RGBQUAD*)malloc(sizeof(RGBQUAD));
		if(rgbQuad == NULL){
			printf("内存分配失败");
		}
		if (fread(rgbQuad, sizeof(rgbQuad), 1, fp) != 1) {
			printf("调色板读入失败");
		}
	}
	for (i = 0; i < height; i++) {
		for (j = 0; j < width; j++) {
			fread(&data[i][j], sizeof(RGBDATA), 1, fp);
		}
	}
	return data;
}

RGBDATA** createMatrix(int width,int height) {
	//动态创建二维数组
	RGBDATA** Matrix;
	int i;
	
	Matrix = (RGBDATA **)malloc(sizeof(RGBDATA*) * height);
	if (Matrix == NULL) {
		fprintf(stderr,"内存分配失败");
		return NULL;
	}
	
	for (i = 0; i < height; i++) {
		Matrix[i] = (RGBDATA *)malloc(sizeof(RGBDATA) * width);
		if (Matrix[i] == NULL) {
			fprintf(stderr, "内存分配失败");
			return NULL;
		}
	}
	return(Matrix);
}

没有太多内容值得细说，后面是测试代码：

#include<stdio.h>
#include"bmp.h"
int main() {
	//printf("%d",sizeof(unsigned short));
	//printf("%d",sizeof(unsigned int));
	//printf("%d",sizeof(unsigned long));
	//printf("%d",sizeof(unsigned char));
	FILE* fp = openBmpImage("lena.bmp","r");
	//BITMAPFILEHEADER* fileHead = readBmpFileHead(fp);
	//BITMAPINFOHEADER* infoHead = readBmpInfoHead(fp);
	RGBDATA ** data = readBmpDataToArr(fp);
	//谨慎，避免下标越界
	for (int i = 0; i < 512; i++) {
		for (int j = 0; j < 512; j++) {
			printf("第(%d，%d)像素：[%d,%d,%d] \n ", 511-i,j+1,data[i][j].blue, data[i][j].green, data[i][j].red);
		}
		printf("\n");
	}
	closeBmpImage(fp);
	getchar();
	return 0;
}

运行之后可以得到这样的结果：

注意每个像素得到的三个数值分别代表b,g,r分量，和习惯的rgb是反着的。

最后要注意，大多数位图的像素信息是自下而上的，也就是说代码中得到的数组的最后一行对应图片的第一行，以此类推。。

位图读取就是这样了，下一步再考虑写入bmp文件和像素数组的处理操作。。。