【4opencv】CLR基本原理和如何运用于GOCW

时间 2019-11-18

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GOCW的重点和难点就在于Csharp调用OpenCV，其中的桥梁就是CLR，固然咱们也有其余方法，可是CLR是一个比较新的、比较可靠的、关键是能用的桥梁。这里关于CLR的基本原理知识、如何用于GOCW项目的相关内容加以整理思考，以图深刻：

1、什么是CLR;

一、什么是CLRc++

CLR（Common Language Runtime）是“公共语言运行时”的缩写，简单来讲它是和Java虚拟机同样的一个运行时环境。它负责资源管理（内存分配和垃圾收集），并保证应用和底层操做系统之间必要的分离。编程

通用语言运行时是.NET 框架应用程序的执行引挚。它提供了许多服务，其中包括：代码管理(装入和执行)、类型安全性验证、元数据(高级类型信息)访问、为管理对象管理内存、管理代码，COM对象和预生成的DLLs(非管理代码和数据)的交互操做性、对开发人员服务的支持等等。c#

咱们GOCW项目中为了可以使用Csharp调用OpenCV，采用了托管C++;数组

二、什么是托管C++？安全

托管是.NET的一个专门概念，它是融于通用语言运行时(CLR)中的一种新的编程理念，使用托管C++意味着，咱们的代码能够被CLR所管理，并能开发出具备最新特性如垃圾自动收集、程序间相互访问等的.NET框架应用程序。框架

　　由托管概念所引起的C++应用程序包括托管代码、托管数据和托管类三个组成部分。　　ide

　　(1) 托管代码：. Net环境提供了许多核心的运行(RUNTIME)服务，好比异常处理和安全策略。为了能使用这些服务，必需要给运行环境提供一些信息代码(元数据)，这种代码就是托管代码。全部的C#、VB.NET、JScript.NET默认时都是托管的，但Visual C++默认时不是托管的，必须在编译器中使用命令行选项(/CLR)才能产生托管代码。函数

　　(2) 托管数据：与托管代码密切相关的是托管数据。托管数据是由公共语言运行的垃圾回收器进行分配和释放的数据。默认状况下，C#、Visual Basic 和 JScript.NET 数据是托管数据。不过，经过使用特殊的关键字，C# 数据能够被标记为非托管数据。Visual C++数据在默认状况下是非托管数据，即便在使用 /CLR 开关时也不是托管的。编码

　　(3) 托管类：尽管Visual C++数据在默认状况下是非托管数据，可是在使用C++的托管扩展时，可使用"__gc"关键字将类标记为托管类。就像该名称所显示的那样，它表示类实例的内存由垃圾回收器管理。另外，一个托管类也彻底能够成为 .NET 框架的成员，由此能够带来的好处是，它能够与其余语言编写的类正确地进行相互操做，如托管的C++类能够从Visual Basic类继承等。但同时也有一些限制，如托管类只能从一个基类继承等。须要说明的是，在托管C++应用程序中既可以使用托管类也可使用非托管类。这里的非托管类不是指标准C++类，而是使用托管C++语言中的__nogc关键字的类。spa

三、托管C++与标准C++的主要区别

　尽管托管C++是从标准C++创建而来的，但它与标准C++有着本质上的区别，这主要体如今如下几个方面：
　　(1) 普遍采用"名称空间"(namespace)
　　名称空间是类型的一种逻辑命名方案，.NET使用该命名方案用于将类型按相关功能的逻辑类别进行分组，利用名称空间可使开发人员更容易在代码中浏览和引用类型。固然，咱们也可将名称空间理解成是一个"类库名"。

(2) 基本数据类型的变化

　　咱们知道，标准C++语言的数据类型是很是丰富的。而托管C++的数据类型更加丰富，不只包含了标准C++中的数据类型，并且新增了__int64 (64位整型)、Decimal(96位十进制数)、String*(字符串类型)和Object*(对象类型)等类型，表1-1列出它们各自数据类型。

(3) 新增三个托管C++类型：__gc class、__value class和__gc interface

　　一个__gc类或结构意味着该类或结构的生命周期是由.NET开发平台自动管理及垃圾自动收集，用户没必要自已去调用delete来删除。定义一个__gc类或结构和标准C++基本类似，所不一样的是在class或struct前加上__gc。

2、CLR为何能用于Csharp和C++互相调用；

基本的思路是将C++代码封装成为托管代码，而CSharp代码原本就能够翻译成CLR语句。在这种状况下，C++实现的效果，可以直接被CSharp调用，从而达到联合的目的。

其中的难点，其实并非引用，而是参数的传递：如何将“图像”这种本质上较为巨大的数据在两种系统里面传递，因此必然就须要有内存的操做；此外CLR语言的编码方法和普通CSharp差距较大，也是须要注意。

通常来讲：

有C#及C++背景的人使用C++/CLI的必备知识:

　　一、C++/CLI里的new等于C++里的new, gcnew等于C#里的new

　　二、原生指针用*表示,托管引用使用^表示

　　如: Stream^ stream = gcnew Stream();

　　三、array<unsigned char>^ 等于 System.Byte[]

　　四、pin_ptr关键字能把托管引用转换为原生指针:

　　如: pin_ptr<BYTE> pBytes = & byteArray[0];

　　而后pBytes就能够看成原生的BYTE* 使用了.

　　等代码执行完pBytes的有效范围,byteArray就会恢复可被GC处理的状态

3、经过CLR传递Mat和Bitmap：

这里应该算是核心代码的解析，完整代码能够本身看，主要讲接口

Csharp(BitMap)->Mat->Csharp(BitMap) ,几乎所有的内容都在CLR形式的C++代码中，其它地方只是实现接口。

 
   
    
    
     
    ////////将输入cli::array<unsigned char>转换为cv::Mat////////////////// 
    
    pin_ptr 
    <System 
    : 
    :Byte 
    > p1  
    =  
    &pCBuf1[ 
    0]; 
    
     
    unsigned  
    char 
    * pby1  
    = p1; 
    
    cv 
    : 
    :Mat img_data1(pCBuf1 
    - 
    >Length, 
    1,CV_8U,pby1); 
    
    cv 
    : 
    :Mat img_object  
    = cv 
    : 
    :imdecode(img_data1,IMREAD_UNCHANGED); 
    
     
    if ( 
    !img_object.data) 
    
         
    return nullptr;

这里注意，内存操做实际上是在imdecode中实现的，咱们相信OpenCV已经作了比较好封装。

 
   
    
    
System 
    : 
    :Drawing 
    : 
    :Bitmap 
    ^ MatToBitmap( 
    const cv 
    : 
    :Mat 
    & img) 
    
{ 
    
     
    if (img.type()  
    != CV_8UC3) 
    
    { 
    
         
    throw gcnew NotSupportedException( 
    "Only images of type CV_8UC3 are supported for conversion to Bitmap"); 
    
    } 
    
     
    //create the bitmap and get the pointer to the data 
    
    PixelFormat fmt(PixelFormat 
    : 
    :Format24bppRgb); 
    
    Bitmap  
    ^bmpimg  
    = gcnew Bitmap(img.cols, img.rows, fmt); 
    
    BitmapData  
    ^data  
    = bmpimg 
    - 
    >LockBits(System 
    : 
    :Drawing 
    : 
    :Rectangle( 
    0,  
    0, img.cols, img.rows), ImageLockMode 
    : 
    :WriteOnly, fmt); 
    
    Byte  
    *dstData  
    =  
    reinterpret_cast 
    <Byte 
    * 
    >(data 
    - 
    >Scan0.ToPointer()); 
    
     
    unsigned  
    char  
    *srcData  
    = img.data; 
    
     
    for ( 
    int row  
    =  
    0; row  
    < data 
    - 
    >Height;  
    ++row) 
    
    { 
    
        memcpy( 
    reinterpret_cast 
    < 
    void 
    * 
    >( 
    &dstData[row 
    *data 
    - 
    >Stride]),  
    reinterpret_cast 
    < 
    void 
    * 
    >( 
    &srcData[row 
    *img.step]), img.cols 
    *img.channels()); 
    
    } 
    
    bmpimg 
    - 
    >UnlockBits(data); 
    
     
    return bmpimg; 
    
}

bmp是有LocKBits操做的，就是在这里将Bitmap处理的结果固定在内存中的。

Bitmap类使用LockBits和UnLockBits方法来将位图的数据矩阵保存在内存中、直接对它进行操做，最后用修改后的数据代替位图中的原始数据。 LockBits返回以各BitmapData的类用已描述数据在已锁定的矩阵中的位置和分布。

BitmapData类包括如下几个重要的属性：

Scan0：数据矩阵在内存中的地址。
Stride：数据矩阵中的行宽，以byte为单位。可能会扩展几个Byte，后面会介绍。
PixelFormat：像素格式，这对矩阵中字节的定位很重要。
Width：位图的宽度。
Height：位图的高度。

具体关系见下图：

如上图所示,stride属性表示位图数据矩阵的行宽，以byte为单位。出于效率考虑，矩阵的行宽并不是恰好是每行像素数的整数倍，系统每每会将其封装成4的整数倍。举例来讲，对于一幅24位深17像素宽的图像，其stride属性为52；每行的数据量为17*3=51，系统将其自动封装一个字节，因此它的stride为52byte（或13*4byte）。对于一幅17像素宽的4位索引图，其stride为12，其中9byte（准确地说是8.5个byte）用来记录数据信息，每行再自动添加3（3.5）个byte保证其为4的整数倍。

具体数据的分布因其pixelformat而异。24位深的图像每隔3个byte包含一组RGB信息；32位深的图像每隔4个byte包含一组RGBA信息。那些每一个字节包含多个像素的pixelformat，好比4位索引图像或1位索引图像，必须通过仔细处理，从而保证同一字节中的相邻byte不会混淆。

指针的准肯定位

32位RGB：假设X、Y为位图中像素的坐标，则其在内存中的地址为scan0+Y*stride+X*4。此时指针指向蓝色，其后分别是绿色、红色，alpha份量。
24位RGB：scan0+Y*stride+X*3。此时指针指向蓝色，其后分别是绿色和红色。
8位索引：scan0+Y*stride+X。当前指针指向图像的调色盘。
4位索引：scan0+Y*stride+（X/2）。当前指针所指的字节包括两个像素，经过高位和低位索引16色调色盘，其中高位表示左边的像素，低位表示右边的像素。
1位索引：scan0+Y*stride+X/8。当前指针所指的字节中的每一位都表示一个像素的索引颜色，调色盘为两色，最左边的像素为8，最右边的像素为0 。(TODO EMGUCV ISSUE)

4、CLR传递int和string

这样的图像处理程序，确定不是只传递图像就够了的：在处理图像的过程当中，可能遇到错误和异常，最好是以errorCode也就是一个int的样式反馈回来；处理的结果多是一段比较长的数据，这个最好是string类型反馈回来。通过一些实验，目前获得如下的解决方案。

a、传递int:

因为int是一个系统默认结构，也就是不管c++仍是csharp仍是clr中，都有这样的基本的结构，因此基本上不须要转化，一方面，咱们能够直接将int做为参数传递进入函数，也能够做为返回值进行反馈。可是通常来讲，咱们确定但愿是可以传递参数地址，这样能够获得”修改参数“目的：

这样操做,clr中这样定义

 
    
     
     //2.引用传递int 
     
         
     int GOClrClass 
     : 
     :allTest( 
     int a, 
     int b,  
     int 
     * c);

并实现

 
    
     
     int  GOClrClass 
     : 
     :allTest( 
     int a, 
     int b,  
     int 
     * c) 
     
{ 
     
     
     *c 
     =a 
     +b;  
     
     
     return  
     *c; 
     
}

那么在Csharp调用过程当中，最重要的一步，就是须要给这个int c一个固定的内存地址，因此须要这样操做

 
    
    
      unsafe 
     
        { 
     
         
     int 
     * value  
     = stackalloc  
     int[ 
     1]; 
     
        value[ 
     0]  
     =  
     0; 
     
         
     int iret  
     = client.allTest( 
     2,  
     3, value); 
     
        }

须要注意，因为有个int*类型参数，在C#里指针属于不安全代码，所以使用unsafe关键字将涉及到指针的代码包括起来，在工程属性里设置容许使用不安全代码。定义int指针须要使用stackalloc关键字，建立一个int数组，对数组赋值后，将指针传递给类函数。

其实，这里就是直接强制地将int的地址传递过去，由于它简单嘛。

b、传递string :

string类型复杂许多，由于它不只仅是char[]的集合，确定还包括许多其它的东西。复杂度关系，这里我没有实现”引用传值“，可是可以获得一种解决方法。

基本上来讲，c#中的std::string 和clr中的system::String^之间存在直接转换关系，估计在clr翻译的过程当中就是直接翻译的，因此能够这样来作：

clr处程序编写

 
    
    
      System 
     : 
     :String 
     ^ GOClrClass 
     : 
     :allTestStr(System 
     : 
     :String 
     ^ inputStr) 
     
{ 
     
    System 
     : 
     :String 
     ^ retstr  
     =   
     "fsdfsdf"; 
     
     
     return retstr; 
     
}

c#处程序编写

 
   
   
       
      
    string 
      
    s 
     =  
    client 
    . 
    allTestStr 
    ( 
    "abcdefg" 
    );

可以直接将string传递到clr中（好比直接传递图片地址），而且返回string结果。应该仍是有必定做用的。

感谢阅读至此，但愿有所帮助。

来自为知笔记(Wiz)