【C#】C#中使用GDAL3（二）：Windows下读写Shape文件及超详细解决中文乱码问题
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| 本文目录 |
| 一、介绍 |
| 二、读写数据内容 |
| 三、中文乱码问题 |
| 3.1、数据路径或数据文件名含中文时打开失败 |
| 3.2、读取中文字符串显示乱码 |
| 3.3、函数传入中文字符串参数报错 |
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一、介绍
Shape文件是ESRI公司开发的一种空间数据开放格式，全称是ESRI Shapefile，该文件格式是由多个文件组成的，表示同一数据的一组文件的文件名必须相同。
要组成一份Shapefile，有三个文件是必不可少的，它们分别是shp、shx和dbf文件。组成如下：
| 必须文件 | .shp | 主文件，记录要素几何实体 |
| .shx | 索引文件，记录每一个几何体在shp文件之中的位置 | |
| .dbf | 数据文件，以dBase IV的数据表格式存储每个几何形状的属性数据 | |
| 可选文件 | .prj | 投影文件，保存地理坐标系统与投影信息 |
| .sbx .sbn | 其他文件 |
二、读写数据内容
GDAL库内置支持读写ESRI Shapefile文件，无需其他插件支持。
示例Shapefile文件如下，存放在"C:\shp数据"下，图层名称为"测试面"，类型为面，自定义字段有"Id"、"名称"和"大小"，有两条记录。
以VS2015为例，修改自《C#中使用GDAL3（一）：Windows下超详细编译C#版GDAL3.4.0（VS2015+.NET 4+32位/64位）》中第九部分"C#调用测试"的Demo程序。
由于Shapefile文件属于矢量数据，所以只需注册OGR驱动。
1、打开数据
调用Ogr.Open打开数据获取DataSource。这里有两种打开方法：
1）打开shp文件，即Ogr.Open的第一个参数是shp文件的路径，打开后得到的DataSource里面只含shp文件本身的一份数据。
2）打开shp文件所在目录，即Ogr.Open的第一个参数是shp文件所在目录的路径，打开后得到的DataSource里面包含该目录下所有shp文件数据。
另外，Open的第二个参数为打开方式，值0表示以只读方式打开，值1表示以读写方式打开。
2、获取图层对象和图层名称
调用DataSource.GetLayerByXXXXX获取图层对象，这里调用的是GetLayerByIndex，再调用Layer.GetName获取图层名称。
3、获取要素定义、字段定义和字段名称
调用Layer.GetLayerDefn获取要素定义，然后调用FeatureDefn.GetFieldDefn获取字段定义，再调用FieldDefn.GetName获取字段名称。
4、遍历要素记录
循环调用Layer.GetNextFeature获取每一条要素记录，直到获取的要素记录为null则循环结束。如需要重头开始遍历，需要调用Layer.ResetReading重置为开头位置。
5、读取要素字段值
调用Feature.GetFieldAsXXXXX获取要素字段值，这里调用的是GetFieldAsInteger、GetFieldAsString和GetFieldAsDouble的传入字段索引值的方法。
6、设置要素字段值
调用Feature.SetField写入要素字段值。
7、更新要素
调用Layer.SetFeature使要素修改生效。
using OSGeo.OGR; using System; namespace GdalDemo { class Program { static void Main(string[] args) { Ogr.RegisterAll(); ReadShapeFile(); Console.ReadKey(); } static void ReadShapeFile() { //打开数据 string path = @"C:\shp数据"; DataSource ds = Ogr.Open(path, 1); //以可写方式打开 int lCount = ds.GetLayerCount(); for (int i = 0; i < lCount; i++) { //读取图层信息 Layer layer = ds.GetLayerByIndex(i); string layerName = layer.GetName(); Console.WriteLine(String.Format("图层名：{0}", layerName)); //读取字段信息 FeatureDefn featureDefn = layer.GetLayerDefn(); int fCount = featureDefn.GetFieldCount(); for (int j = 0; j < fCount; j++) { FieldDefn fieldDefn = featureDefn.GetFieldDefn(j); string fieldName = fieldDefn.GetName(); Console.WriteLine(String.Format("字段名：{0}", fieldName)); } //遍历要素 Feature feature; while ((feature = layer.GetNextFeature()) != null) { //读取要素信息 int id = feature.GetFieldAsInteger(0); Console.WriteLine(String.Format("字段值-id：{0}", id)); string name = feature.GetFieldAsString(1); Console.WriteLine(String.Format("字段值-名称：{0}", name)); double size = feature.GetFieldAsDouble(2); Console.WriteLine(String.Format("字段值-大小：{0}", size)); //设置要素信息 feature.SetField(0, id + 1); feature.SetField(1, name + "加"); feature.SetField(2, size + 10.12); //更新要素 layer.SetFeature(feature); //读取修改后要素信息 Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-id：{0}", feature.GetFieldAsInteger(0))); Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-名称：{0}", feature.GetFieldAsString(1))); Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-大小：{0}", feature.GetFieldAsDouble(2))); //用字段名读取字段值 Console.WriteLine(String.Format("字段值-字段名值-id：{0}", feature.GetFieldAsInteger("id"))); try { Console.WriteLine(String.Format("字段值-字段名值-名称：{0}", feature.GetFieldAsString("名称"))); } catch { } } } } } }
运行结果如下：
1）数据读取正常
2）中文图层名称和字段名称均显示为乱码
3）读取字段值并显示中文内容正常
4）写入中文内容到字段正常
5）使用中文字段名获取字段值报错
三、中文乱码问题
要解决乱码问题，首先要理解为什么会出现乱码。根据GDAL的文档资料显示(https://gdal.org/development/rfc/rfc5_unicode.html)，GDAL内部字符串使用UTF8编码，也就是说输入和输出的字符串均为UTF8编码，而我们使用的操作系统大部分都是简体中文版的Windows，其默认的字符串编码是GB2312（可通过C#下的System.Text.Encoding.Default.EncodingName得到），如果不做编码转换直接显示的话就会出现乱码问题。
3.1、数据路径或数据文件名含中文时打开失败
该情况在GDAL 3.4.0的C#接口中是不存在的。以Ogr库为例，在Ogr.cs中可以找到Open方法，其方法内通过Ogr.StringToUtf8Bytes函数处理，把传入的路径字符串转化为UTF8编码的字节数组，再传入内部的Open方法，所以在调用Ogr.Open方法时，无需对传入的路径字符串进行编码处理，也能正常使用。
另外在GDAL内部，参数GDAL_FILENAME_IS_UTF8的默认值是YES，所以无需显式重复设置为YES也能正常读取，设置为NO反而导致读取失败。
//Ogr.cs public static DataSource Open(string utf8_path, int update) { IntPtr cPtr = OgrPINVOKE.Open(Ogr.StringToUtf8Bytes(utf8_path), update); DataSource ret = (cPtr == IntPtr.Zero) ? null : new DataSource(cPtr, true, ThisOwn_true()); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret; } internal static byte[] StringToUtf8Bytes(string str) { if (str == null) return null; int bytecount = System.Text.Encoding.UTF8.GetMaxByteCount(str.Length); byte[] bytes = new byte[bytecount + 1]; System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(str, 0, str.Length, bytes, 0); return bytes; }
3.2、读取中文字符串显示乱码
同样是读取字符串，读取中文图层名称和字段名称显示乱码，而读取中文字段值则正常。
//Layer.cs public string GetName() { string ret = OgrPINVOKE.Layer_GetName(swigCPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret; } //FieldDefn.cs public string GetName() { string ret = OgrPINVOKE.FieldDefn_GetName(swigCPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret; } //Feature.cs public string GetFieldAsString(int id) { IntPtr cPtr = OgrPINVOKE.Feature_GetFieldAsString__SWIG_0(swigCPtr, id); string ret = Ogr.Utf8BytesToString(cPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret; } //Ogr.cs internal unsafe static string Utf8BytesToString(IntPtr pNativeData) { if (pNativeData == IntPtr.Zero) return null; byte* pStringUtf8 = (byte*)pNativeData; int len = 0; while (pStringUtf8[len] != 0) len++; return System.Text.Encoding.UTF8.GetString(pStringUtf8, len); }
对比GetName和GetFieldAsString两个函数可以很明显看出来，GetFieldAsString通过调用Ogr.Utf8BytesToString将返回的UTF8编码的字节数组以UTF8方式解码为字符串，所以能够正常显示；而GetName则直接返回字符串（实际上编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetString解码为字符串），由于没有使用UTF8解码导致显示为乱码。
不完美处理方法1：在C#中将乱码字符串还原为字节数组并重新以UTF8方式解码字符串。
具体方法为，将乱码的字符串先通过System.Text.Encoding.Default.GetBytes转换回乱码状态前的字节数组，再调用System.Text.Encoding.UTF8.GetString以UTF8的方式解码为系统识别的字符串。
该方法处理偶数个中文字符时可以正常还原，但处理奇数个中文字符时最后一个中文字符还原失败。测试代码如下：
using System; using System.Text; namespace Demo { class Program { static void Main(string[] args) { string sOdd = "测试"; Console.WriteLine("原字符串：" + sOdd); string sOddUtf8 = Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(sOdd)); Console.WriteLine("UTF8字符串：" + sOddUtf8); string sOddURestore = Encoding.UTF8.GetString(Encoding.Default.GetBytes(sOddUtf8)); Console.WriteLine("还原字符串：" + sOddURestore); Console.WriteLine(); string sEven = "测试面"; Console.WriteLine("原字符串：" + sEven); string sEvenUtf8 = Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(sEven)); Console.WriteLine("UTF8字符串：" + sEvenUtf8); string sEvenURestore = Encoding.UTF8.GetString(Encoding.Default.GetBytes(sEvenUtf8)); Console.WriteLine("还原字符串：" + sEvenURestore); Console.ReadKey(); } } }
结果如下，"测试"可以正常还原，而"测试面"最后一个字还原失败。其原因是编码转换的问题，与平台无关，具体可参考该文章（https://blog.csdn.net/yuwenruli/article/details/6911401）。
要解决字符串乱码问题，只需要将原始UTF8编码的字节数组正确的使用UTF8解码即可。
前面提到GDAL中返回乱码字符串的函数（如GetName）已经把UTF8编码的字节数组返回为错误编码的字符串，且无法还原为完整的UTF8编码的字节数组，只能从源头开始处理。
解决方法2：在GDAL的C#源码中修正返回乱码字符串的函数。（推荐方法）
以Layer.GetName为例，修改OgrPINVOKE.cs里面SWIGStringHelper的CreateString函数说明，并增加UTF8编码处理。（如没有找到.cs源码文件，执行一次nmake -f makefile.vc interface即可生成）
//OgrPINVOKE.cs //修改前 protected class SWIGStringHelper { public delegate string SWIGStringDelegate(string message); static SWIGStringDelegate stringDelegate = new SWIGStringDelegate(CreateString); [global::System.Runtime.InteropServices.DllImport("ogr_wrap", EntryPoint = "SWIGRegisterStringCallback_Ogr")] public extern static void SWIGRegisterStringCallback_Ogr(SWIGStringDelegate stringDelegate); static string CreateString(string cString) { return cString; } static SWIGStringHelper() { SWIGRegisterStringCallback_Ogr(stringDelegate); } } //修改后 protected class SWIGStringHelper { public delegate string SWIGStringDelegate(IntPtr ptr); //委托类型改为IntPtr static SWIGStringDelegate stringDelegate = new SWIGStringDelegate(CreateString); [global::System.Runtime.InteropServices.DllImport("ogr_wrap", EntryPoint = "SWIGRegisterStringCallback_Ogr")] public extern static void SWIGRegisterStringCallback_Ogr(SWIGStringDelegate stringDelegate); static string CreateString(IntPtr ptr) //类型改为IntPtr { return Ogr.Utf8BytesToString(ptr); //返回UTF8解码的字符串 } static SWIGStringHelper() { SWIGRegisterStringCallback_Ogr(stringDelegate); } } //Ogr.cs //.NET 4.6以下版本需要修改Utf8BytesToString为以下内容 internal static string Utf8BytesToString(IntPtr pNativeData) { if (pNativeData == IntPtr.Zero) return null; using (System.IO.MemoryStream ms = new System.IO.MemoryStream()) { byte b; int ofs = 0; while ((b = Marshal.ReadByte(pNativeData, ofs++)) != 0) { ms.WriteByte(b); } return System.Text.Encoding.UTF8.GetString(ms.ToArray()); } }
修改完毕后，重新执行nmake -f makefile.vc和nmake -f makefile.vc install，将新生成的ogr_csharp.dll替换原来引入到C#项目中的文件并重新运行，发现图层名已经能够正常显示外，且字段名也同样正常显示了。
注：其他类库也需要同样修改，修改内容汇总如下：
OgrPINVOKE.cs -> Ogr.Utf8BytesToString GdalPINVOKE.cs -> Gdal.Utf8BytesToString OsrPINVOKE.cs -> Osr.Utf8BytesToString GdalConst.cs 补充Utf8BytesToString函数 GdalConstPINVOKE.cs -> GdalConst.Utf8BytesToString
修改原理可参考下图：
1）在Feature.GetFieldAsString方法的调用链中，用IntPtr表示C++返回的字符指针（橙色部分），然后将其用UTF8解码为字符串。
2）在Layer.GetName方法的调用链中，C++将得到的字符指针回调至C#端处理（橙色部分），处理后的字符串回到C++中继续流转，最后返回到C#中。而回调的C#部分直接把字符指针返回为字符串，编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetString解码为字符串，故后面得到的字符串都是解码错误的。
所以Layer.GetName解决乱码的思路有两种：
1）在SWIGStringHelper.CreateString处用UTF8解码字符串，也就是本解决方法。且除Layer.GetName之外，其他返回字符串的函数均调用了相同的回调函数，故其他返回乱码字符串的问题也一并解决了（如FieldDefn.GetName等）。
2）跳过ogr_wrap的所有包装函数（包括C#回调），直接调用gdal的函数获取，因此引申出下面的解决方法。
解决方法3：在C#中调用GDAL接口获取内容进行编码处理。（作为解决方法2的补充）
以Layer.GetName为例，在C#中增加调用gdal304.dll的OGR_L_GetName接口，并使用UTF8编码处理。FieldDefn.GetName需要调用OGR_Fld_GetNameRef接口（接口名称可查阅https://gdal.org/python）。
static string Utf8BytesToString(IntPtr ptr) { if (ptr == IntPtr.Zero) return null; MemoryStream ms = new MemoryStream(); byte b; int ofs = 0; while ((b = Marshal.ReadByte(ptr, ofs++)) != 0) { ms.WriteByte(b); } return Encoding.UTF8.GetString(ms.ToArray()); } //Layer.GetName [DllImport("gdal304.dll", EntryPoint = "OGR_L_GetName", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)] static extern IntPtr OGR_L_GetName(HandleRef handle); static string GetLayerName(Layer layer) { HandleRef handle = Layer.getCPtr(layer); IntPtr ptr = OGR_L_GetName(handle); return Utf8BytesToString(ptr); } //FieldDefn.GetName [DllImport("gdal304.dll", EntryPoint = "OGR_Fld_GetNameRef", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)] static extern IntPtr OGR_Fld_GetNameRef(HandleRef handle); static string GetFieldDfnName(FieldDefn fieldDefn) { HandleRef handle = FieldDefn.getCPtr(fieldDefn); IntPtr ptr = OGR_Fld_GetNameRef(handle); return Utf8BytesToString(ptr); }
运行结果如下，图层名和字段名已经正常显示。
综上所述，通过解决方法2处理绝大部分问题，其余部分通过解决方法3设置特定的编码处理（如简体中文下的Oracle Spatial）。
3.3、函数传入中文字符串参数报错
以Feature.GetFieldAsString(string field_name)为例，前面已通过枚举的方式列出所有字段名称且包含字段名"名称"，但调用Feature.GetFieldAsString方法并传入"名称"作为参数时，却报错Invalid field name。
参考其方法的调用链，C#中传入的字符串参数直接传递为C++的字符指针，编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetBytes将传入的字符串编码为GB2312字节数组，故GDAL无法识别导致报错。
解决方法：把传入的字符串做编码处理。
根据上面的分析结果逆向处理，先把字符串用UTF8编码为字节数据，再用Default编码为字符串，把结果传入函数即可。
static string Utf8String(string s) { if (!String.IsNullOrEmpty(s)) return Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(s)); return s; }
运行结果如下，已经可以识别中文字符串调用参数了。
