C++ WAV文件处理（从零开始掌握音频文件读取与解析）

什么是WAV文件？

WAV 文件由微软和 IBM 共同开发，采用 RIFF（Resource Interchange File Format）容器结构。它通常包含一个文件头（Header）和原始音频数据（PCM 数据）。由于其结构清晰、无压缩，非常适合用于学习 音频编程教程 中的基础概念。

WAV文件的基本结构

一个标准的 WAV 文件包含以下关键部分：

• RIFF Chunk：标识文件类型为 WAVE
• fmt Chunk：描述音频格式（采样率、位深、声道数等）
• data Chunk：实际的音频样本数据

用C++读取WAV文件头

我们首先定义一个结构体来存储 WAV 文件头信息，然后使用 C++ 的文件流读取这些数据。

#include <iostream>#include <fstream>#include <vector>#include <cstring>using namespace std;// WAV 文件头结构体struct WAVHeader {    char riff[4];          // "RIFF"    uint32_t fileSize;   // 文件总大小 - 8    char wave[4];         // "WAVE"    char fmt[4];          // "fmt "    uint32_t fmtSize;     // fmt 块大小（通常为16）    uint16_t format;      // 音频格式（1 = PCM）    uint16_t channels;    // 声道数（1=单声道, 2=立体声）    uint32_t sampleRate;  // 采样率（如44100）    uint32_t byteRate;    // 每秒字节数 = SampleRate * Channels * BitsPerSample/8    uint16_t blockAlign;  // 块对齐 = Channels * BitsPerSample/8    uint16_t bitsPerSample; // 位深度（如16）    char data[4];         // "data"    uint32_t dataSize;    // 音频数据字节数};

读取并解析WAV文件

接下来，我们编写一个函数来打开 WAV 文件并读取头部信息：

bool readWAVHeader(const string& filename, WAVHeader& header) {    ifstream file(filename, ios::binary);    if (!file.is_open()) {        cerr << "无法打开文件: " << filename << endl;        return false;    }    // 读取整个头部（44字节）    file.read(reinterpret_cast<char*>(&header), sizeof(WAVHeader));    // 验证是否为有效的WAV文件    if (strncmp(header.riff, "RIFF", 4) != 0 ||        strncmp(header.wave, "WAVE", 4) != 0 ||        strncmp(header.fmt, "fmt ", 4) != 0 ||        strncmp(header.data, "data", 4) != 0) {        cerr << "无效的WAV文件格式！" << endl;        file.close();        return false;    }    file.close();    return true;}

读取音频数据

一旦确认是有效 WAV 文件，我们可以继续读取音频样本数据：

vector<int16_t> readWAVData(const string& filename) {    ifstream file(filename, ios::binary);    if (!file.is_open()) return {};    // 跳过44字节的头部    file.seekg(sizeof(WAVHeader), ios::beg);    WAVHeader header;    readWAVHeader(filename, header);    vector<int16_t> samples(header.dataSize / sizeof(int16_t));    file.read(reinterpret_cast<char*>(samples.data()), header.dataSize);    file.close();    return samples;}

完整示例：打印WAV信息

int main() {    string filename = "example.wav";    WAVHeader header;    if (!readWAVHeader(filename, header)) {        return 1;    }    cout << "采样率: " << header.sampleRate << " Hz\n";    cout << "声道数: " << header.channels << "\n";    cout << "位深度: " << header.bitsPerSample << " bits\n";    cout << "音频时长: "          << static_cast<float>(header.dataSize) /             (header.channels * header.bitsPerSample / 8 * header.sampleRate)          << " 秒\n";    // 读取音频样本（可选）    auto samples = readWAVData(filename);    cout << "共读取 " << samples.size() << " 个样本\n";    return 0;}

常见问题与注意事项

• 确保你的 WAV 文件是 PCM 格式（format = 1），否则上述代码可能不适用。
• 注意字节序（Endianness）问题，大多数 WAV 文件使用小端序（Little Endian），而 x86 架构也使用小端，因此通常无需转换。
• 对于 C++读取WAV文件，务必以二进制模式（ios::binary）打开文件，避免文本模式自动转换换行符导致数据错误。

结语

通过本教程，你已经掌握了如何使用 C++ 进行基本的 WAV格式解析 和数据读取。这是迈向更高级音频处理（如滤波、混音、频谱分析）的第一步。建议你尝试修改代码，比如将音频数据写入新文件，或实现简单的音量调节功能。

希望这篇 音频编程教程 对你有所帮助！如果你有任何问题，欢迎在评论区留言交流。