libpng.md

libpng是一款C语言编写的比较底层的读写PNG文件的跨平台的库。借助它，你可以轻松读写PNG文件的每一行像素。
因为PNG文件是经过压缩而且格式复杂的图形文件（有的PNG文件甚至像GIF文件一样带动画效果）
而且PNG可以是带透明通道的真彩色图像、不带透明通道的真彩色图像、索引颜色、灰度颜色等各种格式，如果大家都自己写程序分析PNG文件就会显得很麻烦、很累。因此，通过使用libpng你就能直接使用现成的函数、程序来读写PNG文件了。

一： 安装PNG库文件

因为PNG文件需要用到zlib进行编解码， 所以用到libpng的同时也需要zlib加密解密

本文使用的是libpng版本和zlib版本如下：

下载地址:

https://sourceforge.net/projects/libpng/files/

libpng:
#解压
tar -xzvf libpng-1.6.26.tar.gz && cd libpng-1.6.26
#安装
./configure
make 
sudo make install
sudo ldconfig
 
zlib:
#解压:
tar -xf zlib-1.2.11.tar.xz && cd zlib-1.2.11
#安装
./configure 
make
sudo make install

怎样借助libpng读写PNG文件？？？？
首先来讲如何写入PNG文件。
第一步：初始化libpng库。
当你需要读一个PNG文件或者写一个PNG文件的时候，你需要先定义两个结构体指针：

png_structp png_ptr=NULL;//libpng的结构体
png_infop   info_ptr=NULL;//libpng的信息

你可以把上面的结构体指针定义为全局变量使用。
每这两个结构体对应一个PNG文件。因此当你要同时操作多个PNG文件的时候，你就需要定义多个png_structp和png_infop来处理这些PNG文件了。
因为是要写文件，所以要这样初始化：

int iRetVal;
png_ptr=png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING,NULL,NULL,NULL);
if(!png_ptr)
    goto 错误处理;
info_ptr=png_create_info_struct(png_ptr);
if(!info_ptr)
{
    png_destroy_write_struct(&png_ptr,NULL);
    goto 错误处理;
}
iRetVal=setjmp(png_jmpbuf(png_ptr));//安装错误处理跳转点
//当libpng内部出现错误的时候，libpng会调用longjmp直接跳转到这里运行。
if(iRetVal)//setjmp的返回值就是libpng跳转后提供的错误代码（貌似总是1，但是还是请大家看libpng的官方文档）
{
    fprintf(stderr,"错误码：%d\n",iRetVal);
    goto 错误处理;
}

只要最后png_ptr和info_ptr都不是NULL就行了。否则就算是出错了。
这里可以看到libpng使用了setjmp来做错误处理。有关setjmp的信息请点这里进去看。
这两个结构体有对应的释放函数：png_destroy_write_struct
结束对一个PNG的访问之后，你只需像这样调用这个函数：

png_destroy_write_struct(&png_ptr,&info_ptr);

就可以了。
接下来打开文件准备写文件。还是大家熟悉的C语言文件流。

FILE*fp=fopen("C:\\TEST.PNG","wb");
if(!fp)
    goto 错误处理;

打开了文件以后，你要让libpng和这个文件流绑定起来，因此你需要调用png_init_io来完成绑定。

png_init_io(png_ptr,fp);

接下来就是关键的部分了：设置PNG文件的属性、写入PNG文件头、写入PNG文件。

//设置PNG文件头
png_set_IHDR(png_ptr,info_ptr,
    图像宽度,图像高度,//尺寸
    8,//颜色深度，也就是每个颜色成分占用位数（8表示8位红8位绿8位蓝，如果有透明通道则还会有8位不透明度）
    PNG_COLOR_TYPE_RGB,//颜色类型，PNG_COLOR_TYPE_RGB表示24位真彩深色，PNG_COLOR_TYPE_RGBA表示32位带透明通道真彩色
    PNG_INTERLACE_NONE,//不交错。PNG_INTERLACE_ADAM7表示这个PNG文件是交错格式。交错格式的PNG文件在网络传输的时候能以最快速度显示出图像的大致样子。
    PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE,//压缩方式
    PNG_FILTER_TYPE_BASE);//这个不知道，总之填写PNG_FILTER_TYPE_BASE即可。
png_set_packing(png_ptr);//设置打包信息
png_write_info(png_ptr,info_ptr);//写入文件头

执行完这些语句以后，你会发现libpng已经通过文件流指针fp写入了PNG的文件头。
接下来要做的就是写入PNG的图像信息。其实就是把颜色保存到PNG。
不像恶心的BMP居然有“底到上型”和“顶到下型”之分，PNG只有“顶到下型”，因此你不需要考虑行序。
写图的方法之一是调用png_write_image(png_ptr,行指针数组的指针);这个你不需要考虑交错文件的写入的遍数。
而如果你需要手动写入每一行的数据，你需要调用png_write_row(png_ptr,一行像素的指针);来进行逐行的像素值写入。
如果你设置了交错格式的PNG，你需要多写入几遍图形数据，你需要调用png_set_interlace_handling(png_ptr);来得知你需要写入的遍数。如果你没有设置交错格式的PNG，你只需要写入一遍。

写入好像素以后，调用png_write_end(png_ptr,info_ptr);把文件的结尾写入。

调用png_destroy_write_struct(&png_ptr,&info_ptr);结束对这个PNG文件的访问。

读取PNG文件也是类似的步骤，首先你需要初始化libpng库。

png_destroy_read_struct(&png_ptr,&info_ptr,NULL);
 
FILE*fp=fopen("C:\\TEST.PNG","rb");
if(!fp)
    goto 错误处理;
 
png_init_io(png_ptr,fp);

绑定之后，你还需要获取PNG的文件头信息。因此你需要调用png_read_info(png_ptr, info_ptr);

png_read_info(png_ptr, info_ptr);

读取了文件头，你就能获取文件头的信息。比如文件尺寸、位深度等。代码如下：

png_get_IHDR(png_ptr,info_ptr,&width,&height,&bit_depth,&color_type,NULL,NULL,NULL);

有些PNG文件是有背景色的，因此你需要处理这些背景色信息。我们可以用png_get_valid来判断这个PNG是否有背景色信息。png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_bKGD)返回0表示没有背景色信息，返回非零表示有背景色信息。然后我们调用png_get_bKGD来读取背景色。

png_color_16p pBackground;
png_get_bKGD(png_ptr,info_ptr,&pBackground);

大家可以看看png_color_16p的原型：

typedef struct png_color_16_struct
{
    png_byte index;
    png_uint_16 red;
    png_uint_16 green;
    png_uint_16 blue;
    png_uint_16 gray;
} png_color_16;

如果这个PNG是调色板颜色的位图，那么index表示背景色的调色板颜色序号。
red、green、blue表示背景色的颜色值。如果png_get_IHDR返回的位深度（bit_depth）是16，那么red、green、blue就是16位的颜色值，范围0～65535。（瞬间觉得PNG高大上啊！16+16+16=48，这个比真彩色还要真彩色！）
而如果png_get_IHDR返回的位深度（bit_depth）是8，那么red、green、blue其实都是8位的颜色值，范围0～255，也就是24位真彩色。
接下来就是关键的步骤了，读取颜色数据。
因为有些PNG是灰度色，有些PNG是索引颜色，有些PNG是48位色，总之各种奇葩。为了便于读取，我们应该先规范一下格式。

if(colortype==PNG_COLOR_TYPE_PALETTE)
    png_set_palette_to_rgb(png_ptr);//要求转换索引颜色到RGB
if(colortype==PNG_COLOR_TYPE_GRAY && bit_depth<8)
    png_set_expand_gray_1_2_4_to_8(png_ptr);//要求位深度强制8bit
if(bit_depth==16)
    png_set_strip_16(png_ptr);//要求位深度强制8bit
if(png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_tRNS))
    png_set_tRNS_to_alpha(png_ptr);
if(colortype == PNG_COLOR_TYPE_GRAY || colortype == PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA)
    png_set_gray_to_rgb(png_ptr);//灰度必须转换成RGB

经过这些设定以后，我们读取的PNG就一律是R8:G8:B8:A8的4字节格式了（红绿蓝透明均为8位，每像素4字节）
然后准备读取PNG。首先分配一个足够大的内存来存储颜色数据，然后分配一个内存来存储颜色数据每行的指针。
因为颜色已经被规范为32位了所以我们可以直接把每个像素当做一个COLORREF变量。

ppLinePtrs=(COLORREF**)malloc(g_dwHeight*sizeof(COLORREF*));//列指针
if(!ppLinePtrs)
    goto Error;
i=g_dwHeight;
y=0;
while(i--)//逆行序读取，因为位图是底到上型
    ppLinePtrs[y++]=(COLORREF*)&g_pBits[i*g_dwWidth];

这个时候就是万事俱备的时候，只需要调用png_read_image(png_ptr,(png_bytepp)ppLinePtrs);就能完成读取。
读取完以后，调用png_read_end(png_ptr,info_ptr);结束读取，调用png_destroy_read_struct(&png_ptr,&info_ptr,NULL);销毁结构体，然后fclose(fp);就算一切都搞定了。

下面给一个实例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <png.h>

​

#define PNG_BYTES_TO_CHECK	8
#define HAVE_ALPHA			1
#define NOT_HAVE_ALPHA		0
 
typedef struct _pic_data pic_data;
struct _pic_data {
	int width, height; 	//长宽
	int bit_depth; 	   	//位深度
	int alpha_flag;		//是否有透明通道
	unsigned char *rgba;//实际rgb数据
};
 
int check_is_png(FILE **fp, const char *filename) //检查是否png文件
{
	char checkheader[PNG_BYTES_TO_CHECK]; //查询是否png头
	*fp = fopen(filename, "rb");
	if (*fp == NULL) {
		printf("open failed ...1\n");
		return -1;
	}
	if (fread(checkheader, 1, PNG_BYTES_TO_CHECK, *fp) != PNG_BYTES_TO_CHECK) //读取png文件长度错误直接退出
		return 0;
	return png_sig_cmp(checkheader, 0, PNG_BYTES_TO_CHECK); //0正确, 非0错误
}
 
int decode_png(const char *filename, pic_data *out) //取出png文件中的rgb数据
{
	png_structp png_ptr; //png文件句柄
	png_infop	info_ptr;//png图像信息句柄
	int ret;
	FILE *fp;
	if (check_is_png(&fp, filename) != 0) {
		printf("file is not png ...\n");
		return -1;
	}
	printf("launcher[%s] ...\n", PNG_LIBPNG_VER_STRING); //打印当前libpng版本号
 
	//1: 初始化libpng的数据结构 :png_ptr, info_ptr
	png_ptr  = png_create_read_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL); 
	info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 
	//2: 设置错误的返回点
	setjmp(png_jmpbuf(png_ptr));
	rewind(fp); //等价fseek(fp, 0, SEEK_SET);
 
	//3: 把png结构体和文件流io进行绑定 
	png_init_io(png_ptr, fp);
	//4:读取png文件信息以及强转转换成RGBA:8888数据格式
	png_read_png(png_ptr, info_ptr, PNG_TRANSFORM_EXPAND, 0); //读取文件信息
	int channels, color_type; 
	channels 	= png_get_channels(png_ptr, info_ptr); //通道数量
	color_type 	= png_get_color_type(png_ptr, info_ptr);//颜色类型
	out->bit_depth = png_get_bit_depth(png_ptr, info_ptr);//位深度	
	out->width 	 = png_get_image_width(png_ptr, info_ptr);//宽
	out->height  = png_get_image_height(png_ptr, info_ptr);//高
	
	//if(color_type == PNG_COLOR_TYPE_PALETTE)
	//	png_set_palette_to_rgb(png_ptr);//要求转换索引颜色到RGB
	//if(color_type == PNG_COLOR_TYPE_GRAY && out->bit_depth < 8)
	//	png_set_expand_gray_1_2_4_to_8(png_ptr);//要求位深度强制8bit
	//if(out->bit_depth == 16)
	//	png_set_strip_16(png_ptr);//要求位深度强制8bit
	//if(png_get_valid(png_ptr,info_ptr,PNG_INFO_tRNS))
	//	png_set_tRNS_to_alpha(png_ptr);
	//if(color_type == PNG_COLOR_TYPE_GRAY || color_type == PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA)
	//	png_set_gray_to_rgb(png_ptr);//灰度必须转换成RG
	printf("channels = %d color_type = %d bit_depth = %d width = %d height = %d ...\n",
			channels, color_type, out->bit_depth, out->width, out->height);
 
	int i, j, k;
	int size, pos = 0;
	int temp;
	
	//5: 读取实际的rgb数据
	png_bytepp row_pointers; //实际存储rgb数据的buf
	row_pointers = png_get_rows(png_ptr, info_ptr); //也可以分别每一行获取png_get_rowbytes();
	size = out->width * out->height; //申请内存先计算空间
	if (channels == 4 || color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA) { //判断是24位还是32位
		out->alpha_flag = HAVE_ALPHA; //记录是否有透明通道
		size *= (sizeof(unsigned char) * 4); //size = out->width * out->height * channel
		out->rgba = (png_bytep)malloc(size);
		if (NULL == out->rgba) {
			printf("malloc rgba faile ...\n");
			png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, 0);
			fclose(fp);
			return -1;
		}
		//从row_pointers里读出实际的rgb数据出来
		temp = channels - 1;
		for (i = 0; i < out->height; i++) 
			for (j = 0; j < out->width * 4; j += 4) 
				for (k = temp; k >= 0; k--)
					out->rgba[pos++] = row_pointers[i][j + k];
	} else if (channels == 3 || color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB) { //判断颜色深度是24位还是32位
		out->alpha_flag = NOT_HAVE_ALPHA;
		size *= (sizeof(unsigned char) * 3);
		out->rgba = (png_bytep)malloc(size);
		if (NULL == out->rgba) {
			printf("malloc rgba faile ...\n");
			png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, 0);
			fclose(fp);
			return -1;
		}
		//从row_pointers里读出实际的rgb数据
		temp = (3 * out->width);
		for (i = 0; i < out->height; i ++) {
			for (j = 0; j < temp; j += 3) {
				out->rgba[pos++] = row_pointers[i][j+2];
				out->rgba[pos++] = row_pointers[i][j+1];
				out->rgba[pos++] = row_pointers[i][j+0];
			}
		}
	} else return -1; 
	//6:销毁内存
	png_destroy_read_struct(&png_ptr, &info_ptr, 0);
	fclose(fp);
	//此时， 我们的out->rgba里面已经存储有实际的rgb数据了
	//处理完成以后free(out->rgba)
	return 0;
}
 
int RotationRight90(unsigned char * src, int srcW, int srcH, int channel) //顺时针旋转90度
{
	unsigned char * tempSrc = NULL; //临时的buf用来记录原始的图像(未旋转之前的图像)
	int mSize = srcW * srcH * sizeof(char) * channel;
	int i = 0;
	int j = 0;
	int k = 0;
	int l = 3;
	int desW = 0;
	int desH = 0;
 
	desW = srcH;
	desH = srcW;
 
	tempSrc = (unsigned char *)malloc(sizeof(char) * srcW * srcH * channel);
	memcpy(tempSrc, src, mSize); //拷贝原始图像至tempbuf
	for(i = 0; i < desH; i ++)
	{
		for(j = 0; j < desW; j ++)
		{
			for(k = 0; k < channel; k ++)
			{
				src[(i * desW + j) * channel + k] = tempSrc[((srcH - 1 - j) * srcW + i) * channel + k]; //替换像素
			}
		}
	}
	free(tempSrc);
	return 0;
}
 
int write_png_file(const char *filename , pic_data *out) //生成一个新的png图像
{
	png_structp png_ptr;
	png_infop 	info_ptr;
	png_byte color_type;
	png_bytep * row_pointers;
	FILE *fp = fopen(filename, "wb");
	if (NULL == fp) {
		printf("open failed ...2\n");
		return -1;
	}
	//1: 初始化libpng结构体  
	png_ptr	= png_create_write_struct(PNG_LIBPNG_VER_STRING, 0, 0, 0);
	if (!png_ptr) {
		printf("png_create_write_struct failed ...\n");
		return -1;
	}
	//2: 初始化png_infop结构体 ， 
	//此结构体包含了图像的各种信息如尺寸，像素位深, 颜色类型等等
	info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
	if (!info_ptr) {
		printf("png_create_info_struct failed ...\n");
		return -1;
	}
	//3: 设置错误返回点
	if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))) {
		printf("error during init_io ...\n");
		return -1;
	}
	//4:绑定文件IO到Png结构体
	png_init_io(png_ptr, fp);
	if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))) {
		printf("error during init_io ...\n");
		return -1;
	}
	if (out->alpha_flag == HAVE_ALPHA) color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA;
	else color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGB;
	//5：设置以及写入头部信息到Png文件
	png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, out->width, out->height, out->bit_depth,
	color_type, PNG_INTERLACE_NONE, PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE, PNG_FILTER_TYPE_BASE);
	png_write_info(png_ptr, info_ptr);
	if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))) {
		printf("error during init_io ...\n");
		return -1;
	}
	int channels, temp;
	int i, j, pos = 0;
	if (out->alpha_flag == HAVE_ALPHA) {
		channels = 4;
		temp = (4 * out->width);
		printf("have alpha ...\n");
	} else {
		channels = 3;
		temp = (3 * out->width);
		printf("not have alpha ...\n");
	}
	// 顺时针旋转90度 ， 旋转完了一定要把width 和height调换 不然得到的图像是花的  旋转三次就是逆时针旋转一次
	//RotationRight90(out->rgba, out->width, out->height, channels);
	//RotationRight90(out->rgba, out->height, out->width, channels);
	//RotationRight90(out->rgba, out->width, out->height, channels);
	row_pointers = (png_bytep*)malloc(out->height * sizeof(png_bytep));
	for (i = 0; i < out->height; i++) {
		row_pointers[i] = (png_bytep)malloc(temp* sizeof(unsigned char));
		for (j = 0; j < temp; j += channels) {
			if (channels == 4) {
				row_pointers[i][j+3] = out->rgba[pos++];
				row_pointers[i][j+2] = out->rgba[pos++];
				row_pointers[i][j+1] = out->rgba[pos++];
				row_pointers[i][j+0] = out->rgba[pos++];
			} else {
				row_pointers[i][j+2] = out->rgba[pos++];
				row_pointers[i][j+1] = out->rgba[pos++];
				row_pointers[i][j+0] = out->rgba[pos++];
			}
		}
	}
	//6: 写入rgb数据到Png文件
	png_write_image(png_ptr, (png_bytepp)row_pointers);
	if (setjmp(png_jmpbuf(png_ptr))) {
		printf("error during init_io ...\n");
		return -1;
	}
	//7: 写入尾部信息
	png_write_end(png_ptr, NULL);
	//8:释放内存 ,销毁png结构体
	for (i = 0; i < out->height; i ++)
		free(row_pointers[i]);
	free(row_pointers);
	png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
	fclose(fp);
	return 0;
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
	pic_data out;
	if (argc == 3) {
		decode_png(argv[1], &out);
		write_png_file(argv[2], &out);
		free(out.rgba);
	} else {
		puts("please input two file, \nargv[1]:source.png argv[2]:dest.png");	
	}
	return 0;
}

下一篇文章讲解如何生成二维码图片（Linux使用libqrcode生成二维码图片）其实也是对libpng的一个实战。