C++ BMP文件处理（从零开始掌握BMP图像读取与解析）

一、BMP文件的基本结构

一个标准的BMP文件由三部分组成：

1. 文件头（BITMAPFILEHEADER）：14字节，包含文件类型、大小、偏移等信息。
2. 信息头（BITMAPINFOHEADER）：40字节，描述图像的宽度、高度、颜色深度等。
3. 像素数据（Pixel Data）：实际的图像颜色数据，按行存储，每行可能有填充字节以保证4字节对齐。

理解这三部分是进行BMP格式解析的关键。

二、定义BMP结构体

在C++中，我们可以使用结构体来映射BMP的文件头和信息头：

#include <iostream>#include <fstream>#include <vector>// BMP文件头（14字节）#pragma pack(push, 1) // 禁用内存对齐struct BITMAPFILEHEADER {    uint16_t bfType;      // 文件类型，应为'BM'    uint32_t bfSize;      // 文件大小（字节）    uint16_t bfReserved1; // 保留，必须为0    uint16_t bfReserved2; // 保留，必须为0    uint32_t bfOffBits;   // 像素数据起始位置偏移};// BMP信息头（40字节）struct BITMAPINFOHEADER {    uint32_t biSize;          // 本结构体大小    int32_t  biWidth;         // 图像宽度（像素）    int32_t  biHeight;        // 图像高度（像素）    uint16_t biPlanes;        // 目标设备平面数，必须为1    uint16_t biBitCount;      // 每像素位数（1, 4, 8, 24, 32）    uint32_t biCompression;   // 压缩方式（0 = 无压缩）    uint32_t biSizeImage;     // 图像数据大小（字节）    int32_t  biXPelsPerMeter; // 水平分辨率    int32_t  biYPelsPerMeter; // 垂直分辨率    uint32_t biClrUsed;       // 实际使用的颜色数    uint32_t biClrImportant;  // 重要颜色数};#pragma pack(pop)

注意：#pragma pack(push, 1) 和 #pragma pack(pop) 是为了确保结构体按1字节对齐，避免编译器自动填充导致读取错误。

三、读取BMP文件

下面是一个完整的函数，用于读取BMP文件并验证其有效性：

bool readBMP(const std::string& filename,              BITMAPFILEHEADER& fileHeader,             BITMAPINFOHEADER& infoHeader,             std::vector& pixelData) {    std::ifstream file(filename, std::ios::binary);    if (!file) {        std::cerr << "无法打开文件: " << filename << std::endl;        return false;    }    // 读取文件头    file.read(reinterpret_cast(&fileHeader), sizeof(fileHeader));    if (fileHeader.bfType != 0x4D42) { // 'BM' 的十六进制        std::cerr << "不是有效的BMP文件！" << std::endl;        return false;    }    // 读取信息头    file.read(reinterpret_cast(&infoHeader), sizeof(infoHeader));    // 跳转到像素数据起始位置    file.seekg(fileHeader.bfOffBits, std::ios::beg);    // 计算每行字节数（考虑4字节对齐）    int rowSize = ((infoHeader.biBitCount * infoHeader.biWidth + 31) / 32) * 4;    int imageSize = rowSize * std::abs(infoHeader.biHeight);    pixelData.resize(imageSize);    file.read(reinterpret_cast(pixelData.data()), imageSize);    file.close();    return true;}

这段代码展示了如何使用C++标准库读取BMP文件，并提取关键信息。特别注意：BMP图像的像素数据是从下往上存储的，所以高度可能是负数（表示自上而下存储），但我们通常取绝对值处理。

四、完整示例：打印BMP基本信息

int main() {    BITMAPFILEHEADER fileHeader;    BITMAPINFOHEADER infoHeader;    std::vector pixels;    if (readBMP("example.bmp", fileHeader, infoHeader, pixels)) {        std::cout << "文件大小: " << fileHeader.bfSize << " 字节\n";        std::cout << "图像尺寸: " << infoHeader.biWidth                   << " x " << std::abs(infoHeader.biHeight) << " 像素\n";        std::cout << "颜色深度: " << infoHeader.biBitCount << " 位\n";        std::cout << "像素数据大小: " << pixels.size() << " 字节\n";    }    return 0;}

五、总结

通过本教程，你已经掌握了使用C++ BMP文件处理的基础知识，包括BMP结构解析、文件读取和数据验证。这是进行更高级C++图像编程的第一步，比如图像灰度化、边缘检测或格式转换。

记住，BMP虽然简单，但它是理解其他复杂图像格式（如JPEG、PNG）的良好起点。继续练习，尝试修改像素数据并保存为新BMP文件，你将更深入理解BMP格式解析的全过程！

希望这篇面向小白的教程能帮助你在C++图像编程的道路上迈出坚实的第一步！