iOS对图片进行像素读取

图片解码

常见的图片压缩格式主要是PNG和JPEG，在iOS的程序开发中，一般不需要获取一张图片解码后的数据，但如果需要对像素进行操作，可能就需要了解怎么获取相关的像素值。
位图图像（bitmap），是由多个像素点排列组成的。当我们对PNG和JPG进行解码后，应该获取到一组像素点数据，这样一组数据就组成了解码后的位图。图片解码可以看做一次解压缩，所以位图占用的空间会更大，位图所占的空间很好计算，图片的面积*每个像素占用的字节。

+ (nullable UIImage *)imageWithContentsOfFile:(NSString *)path;

通常会使用 imageWithContentsOfFile 来加载一张图片，这样创建 UIImage 时并不会在这里进行解码， 当 UIImage 被绘制时才会解码。

CGImage

CGImage 的解释是位图或者图片蒙版，也就是说可以通过 CGImage 来读取像素值。当直接对 CGImage 的像素读取时可以使用下面的方式。

NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfFile:imagePath];
CFDataRef dataRef = (__bridge CFDataRef)imageData;
CGImageSourceRef source = CGImageSourceCreateWithData(dataRef, nil);
CGImageRef cgImage = CGImageSourceCreateImageAtIndex(source, 0, nil);
width = (int)CGImageGetWidth(cgImage);
height = (int)CGImageGetHeight(cgImage);
size_t pixelCount = width * height;
CGDataProviderRef provider = CGImageGetDataProvider(cgImage);
CFDataRef data = CGDataProviderCopyData(provider);

CFRelease(data);
CGImageRelease(cgImage);             
CFRelease(source);

这种读取像素的方式无法指定颜色格式，而是读取图片原有的颜色空间所组成像素的组合。需要注意的是，所有创建出来的数据都需要调用相应的release来进行释放。这里创建 CGImage 的方法也可以对 CGImage 的缓存方式进行设置。而且当我们从 CGImage 的 dataProvider 中获取数据时，目前只能拷贝一份到 CFDataRef 中，而无法直接读取。

CGBitmapContext

以 RGB 颜色空间为例， 颜色相关的数据可能有以上这么多，CGImage 有相关的方法可以读取相应的数据，但有些方法iOS12之后才支持。

typedef CF_ENUM(uint32_t, CGImageAlphaInfo) {
    kCGImageAlphaNone,               /* For example, RGB. */
    kCGImageAlphaPremultipliedLast,  /* For example, premultiplied RGBA */
    kCGImageAlphaPremultipliedFirst, /* For example, premultiplied ARGB */
    kCGImageAlphaLast,               /* For example, non-premultiplied RGBA */
    kCGImageAlphaFirst,              /* For example, non-premultiplied ARGB */
    kCGImageAlphaNoneSkipLast,       /* For example, RBGX. */
    kCGImageAlphaNoneSkipFirst,      /* For example, XRGB. */
    kCGImageAlphaOnly                /* No color data, alpha data only */
};

typedef CF_ENUM(uint32_t, CGImageByteOrderInfo) {
    kCGImageByteOrderMask     = 0x7000,
    kCGImageByteOrderDefault  = (0 << 12),
    kCGImageByteOrder16Little = (1 << 12),
    kCGImageByteOrder32Little = (2 << 12),
    kCGImageByteOrder16Big    = (3 << 12),
    kCGImageByteOrder32Big    = (4 << 12)
} CG_AVAILABLE_STARTING(10.0, 2.0);

typedef CF_ENUM(uint32_t, CGImagePixelFormatInfo) {
    kCGImagePixelFormatMask      = 0xF0000,
    kCGImagePixelFormatPacked    = (0 << 16),
    kCGImagePixelFormatRGB555    = (1 << 16), /* Only for RGB 16 bits per pixel */
    kCGImagePixelFormatRGB565    = (2 << 16), /* Only for RGB 16 bits per pixel */
    kCGImagePixelFormatRGB101010 = (3 << 16), /* Only for RGB 32 bits per pixel */
    kCGImagePixelFormatRGBCIF10  = (4 << 16), /* Only for RGB 32 bits per pixel */
} CG_AVAILABLE_STARTING(10.14, 12.0);

typedef CF_OPTIONS(uint32_t, CGBitmapInfo) {
    kCGBitmapAlphaInfoMask = 0x1F,

    kCGBitmapFloatInfoMask = 0xF00,
    kCGBitmapFloatComponents = (1 << 8),

    kCGBitmapByteOrderMask     = kCGImageByteOrderMask,
    kCGBitmapByteOrderDefault  = kCGImageByteOrderDefault,
    kCGBitmapByteOrder16Little = kCGImageByteOrder16Little,
    kCGBitmapByteOrder32Little = kCGImageByteOrder32Little,
    kCGBitmapByteOrder16Big    = kCGImageByteOrder16Big,
    kCGBitmapByteOrder32Big    = kCGImageByteOrder32Big
} CG_AVAILABLE_STARTING(10.0, 2.0);

#ifdef __BIG_ENDIAN__
# define kCGBitmapByteOrder16Host kCGBitmapByteOrder16Big
# define kCGBitmapByteOrder32Host kCGBitmapByteOrder32Big
#else    /* Little endian. */
# define kCGBitmapByteOrder16Host kCGBitmapByteOrder16Little
# define kCGBitmapByteOrder32Host kCGBitmapByteOrder32Little
#endif

图片中单个像素的组成根据颜色空间，排列，以及占位有很多排列组合的方式，所以为了避免处理过多的情况，可能使用 CGBitmapContext 是一种对使用者来说比较友好的方式。
CGBitmapContext 可以用来把位图按位画进内存的画布。画布上每个像素点都是按照 CGBitmapContext 中指定的颜色空间来排布的。
在 CGBitmapContext 创建时，需要传入一些参数来指定我们需要的画布是什么样的。

CGContextRef CGBitmapContextCreate(
//画布中渲染的内存地址，这个尺寸至少需要bytesPerRow * height，
//如果传入NULL，这个方法会为位图开辟一段空间。
void *data, 
//位图的宽度
size_t width, 
//位图的高度
size_t height, 
//像素中每个元素所占用的位数，如一个32位的RGB格式，一个元素所占的位数为8
size_t bitsPerComponent, 
//位图每一行所占的字节数，如果data传了NULL，这里传入0自动计算
size_t bytesPerRow, 
//颜色空间
CGColorSpaceRef space, 
//一些其他相关信息，比如是否包含alpha通道，alpha通道在像素中的位置，像素中元素是整形还是浮点型等。
uint32_t bitmapInfo);

在创建 CGBitmapContext 时，有些配置是不支持的，相应支持的格式可以查看文档 Graphics Contexts 。这里举个例子，对于没有alpha通道的图片，想直接用 kCGImageAlphaNone 来生成不含alpha通道的画布，是不允许的。但使用 kCGImageAlphaNoneSkipLast 来忽略alpha通道是可以的。当想直接获取非预乘的像素数据如 kCGImageAlphaLast 也是不允许的，只能使用预乘后的。
这里我们将颜色空间控制成 BGRA，使用了如下的参数。

uint8_t* bitmapData = (uint8_t *)calloc(pixelCount * 4, sizeof(uint8_t));
int bytesPerRow = 4 * width;
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(bitmapData, width, height, 8, bytesPerRow, colorSpace, kCGImageAlphaPremultipliedFirst | kCGBitmapByteOrder32Little);
if (!context) {
    return nullptr;
}
CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), cgImage);

CGColorSpaceRelease(colorSpace);             
CGContextRelease(context);

之后对RGB元素进行操作获取非预乘的像素数据。

auto iter = bitmapData;
int temp;
for (int i = 0; i < pixelCount; i++) {
    uint8_t alpha = *(iter + 3);
    if (alpha != 0) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            temp = *iter * 255;
            *iter++ = temp /alpha;
        }
        iter++;
    }else {
        iter += 4;
    }
}

应该还有很多空间可以优化，比如某些操作对于不带透明度的图片可以直接跳过。