C#调用C++系列二:传结构体

这一篇记录下C#调用C++的结构体的方式来使用OpenCV的数据格式，这里会有两种方式，第一种是C#传一个结构体和图像的路径给C++，然后C++将图像加载进来，再把传进来的结构体填满即可，第二种是C#加载好图像之后传给C++去使用OpenCV处理图像。

情形一：C#传结构体给C++填满

这一种跟系列一的方式是一样的，只不过我将很多参数封装为一个结构体罢了，调用起来也就是函数参数看起来变少了而已。这种方法也是要将OpenCV的数据结构进行拆解，不管是Mat还是IplImage，要构造一个图像都是数据指针、图像长宽、图像步长和图像通道数即可，所以我要在C++端构造一个结构体，包含这几个变量即可:

struct cppCVMat
{
	uchar *m_pData;
	int m_nWidth;
	int m_nHeight;
	int m_nStep;
	int m_nChannels;
};

接下来C++的函数就是对这个结构体进行补充就好了：

int _stdcall load_cv_mat(char* filepath, cppCVMat &cppMat)
{
	if (NULL == filepath)
	{
		return -1;
	}
	IplImage *ptrSrc = NULL;
	if (1 == cppMat.m_nChannels)
	{
		ptrSrc = cvLoadImage(filepath, CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
	}
	else
	{
		ptrSrc = cvLoadImage(filepath, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
	}

	if (NULL == ptrSrc)
	{
		return -1;
	}

	cppMat.m_pData = (uchar *)ptrSrc->imageData;
	cppMat.m_nWidth = ptrSrc->width;
	cppMat.m_nHeight = ptrSrc->height;
	cppMat.m_nStep = ptrSrc->widthStep;
	cppMat.m_nChannels = ptrSrc->nChannels;

	return 1;
}

这里可以看到还是用的IplImage，不用Mat的重要原因就是Mat会自动回收内存的，所以这种方式下是不适合用Mat的。

C#端的调用也是先定义好一个相似的结构体：

struct cppMat
{
     public IntPtr m_pData;
     public int m_nWidth;
     public int m_nHeight;
     public int m_nStep;
     public int m_nChannels;
}

可以看到，这里我用IntPtr来对应C++的uchar*，其他的参数基本不变，int还是对应int，然后就是C#端引入dll和调用函数：

[DllImport("Cs_use_Cpp_ch2.dll")]
static extern int load_cv_mat(string filepath, out cppMat cMat);

引入函数之后就直接调用就可以了，只不过我这里在使用的时候要先声明好结构体的m_nChannels的值，因为C++中用这个值来确定要加载单通道还是双通道，可以显示下我简陋的C#界面：

原谅我没有学C#，只能简单弄一个。

情形二：C#加载图像传结构体给C++做图像处理

这种情形是C#自己加载好图像了，不需要用C++去加载图像，主要是确保C#需要的图像由C#自己去开辟内存自己回收，C++需要的图像由C++自己去开辟内存自己回收。

这一部分为了测试我就去查了下C#加载本地图像的一个做法。在C#端我测试的图像数据结构是Bitmap，Bitmap通过Bitmap.FromFile()函数从本地加载图像进来，不过要注意这个函数返回的是一个Image的数据类型，所以应该在前面要加一个数据类型转换：

Bitmap img = (Bitmap)Bitmap.FromFile(filename, false);

加载了图像之后我们需要填充之前的数据结构，但是这个数据结构填充需要由图像的数据指针，在C#下应该叫裸数据吧，查到裸数据可以通过以下方式来获取图像的裸数据：

BitmapData bmpData = img.LockBits(new Rectangle(0, 0, img.Width, img.Height), ImageLockMode.ReadOnly, img.PixelFormat);
cppMat cMat = new cppMat()
{
    m_pData = bmpData.Scan0,
    m_nWidth = img.Width,
    m_nHeight = img.Height,
    m_nStep = bmpData.Stride,
    m_nChannels = 3
};
int result = cppCVMat_to_mat(cMat);

然后C++端是这样写这个cppCVMat_to_mat()函数的：

int _stdcall cppCVMat_to_mat(cppCVMat cppMat)
{
	cv::Mat src;
	if (cppMat.m_nChannels == 1)
	{
        src = cv::Mat(cppMat.m_nHeight, cppMat.m_nWidth, CV_8UC1, cppMat.m_pData, cppMat.m_nStep);
	}
	else if (cppMat.m_nChannels == 3)
	{
	    src = cv::Mat(cppMat.m_nHeight, cppMat.m_nWidth, CV_8UC3, cppMat.m_pData, cppMat.m_nStep);
	}

	if (!src.data || src.empty())
	{
	    return -1;
	}

	cv::imshow("src", src);
	cv::waitKey(0);

	return 1;
}

然后显示的结果是：

额，这个是C#的原因啦，所以要在C#的代码里填充好结构体之后或者说用完img.LockBits()之后就补上

img.UnlockBits(bmpData);

不然就会报错。然后再次运行发现根本没有显示，因为上面C#加载进来之后是四通道的图像，但是C++里面只有1通道和3通道，所以这里有两种做法，要么C++的Mat改用四通道(CV_8UC4)，要么C#转三通道，因为考虑到用OpenCV的时候是三通道和单通道最常见，所以我倾向于将C#的四通道改为三通道，这个的话可以用以下方法来转：

Bitmap bmp32 = (Bitmap)Bitmap.FromFile(filename, false);
Bitmap bmp24 = new Bitmap(bmp32.Width, bmp32.Height, PixelFormat.Format24bppRgb);
Graphics g = Graphics.FromImage(bmp24);
g.DrawImage(bmp32, new Rectangle(0, 0, bmp32.Width, bmp32.Height));

这样就获取了三通道的图像，然后显示结果如下：

我一开始还觉得要做通道调换的，还以为C#端是RGB的顺序，C++端OpenCV的默认顺序是BGR，但是结果好像都不需要转了。完整的代码如下：

C++端头文件：

#pragma once
#include "opencv.hpp"
struct cppCVMat
{
    uchar *m_pData;
	int m_nWidth;
	int m_nHeight;
	int m_nStep;
	int m_nChannels;
};
extern "C" __declspec(dllexport) int _stdcall load_cv_mat(char* filepath, cppCVMat &cppMat);
extern "C" __declspec(dllexport) int _stdcall cppCVMat_to_mat(cppCVMat cppMat);

C++端源文件：

#include "Cs_use_Cpp_ch2.h"

int _stdcall load_cv_mat(char* filepath, cppCVMat &cppMat)
{
	if (NULL == filepath)
	{
	    return -1;
	}
	IplImage *ptrSrc = NULL;
	if (1 == cppMat.m_nChannels)
	{
	    ptrSrc = cvLoadImage(filepath, CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
	}
	else
	{
	    ptrSrc = cvLoadImage(filepath, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
	}

	if (NULL == ptrSrc)
	{
	    return -1;
	}

	cppMat.m_pData = (uchar *)ptrSrc->imageData;
	cppMat.m_nWidth = ptrSrc->width;
	cppMat.m_nHeight = ptrSrc->height;
	cppMat.m_nStep = ptrSrc->widthStep;
	cppMat.m_nChannels = ptrSrc->nChannels;

	return 1;
}

int _stdcall cppCVMat_to_mat(cppCVMat cppMat)
{
	cv::Mat src;
	if (cppMat.m_nChannels == 1)
	{
	    src = cv::Mat(cppMat.m_nHeight, cppMat.m_nWidth, CV_8UC1, cppMat.m_pData, cppMat.m_nStep);
	}
	else if (cppMat.m_nChannels == 3)
	{
	    src = cv::Mat(cppMat.m_nHeight, cppMat.m_nWidth, CV_8UC3, cppMat.m_pData, cppMat.m_nStep);
	}

	if (!src.data || src.empty())
	{
	    return -1;
	}
	//cv::cvtColor(src, src, cv::COLOR_RGB2BGR);
	cv::imshow("src", src);
	cv::waitKey(0);

	return 1;
}

C#端：

public partial class Form1 : Form
{
    public object BitmapFactory { get; private set; }
    struct cppMat
    {
        public IntPtr m_pData;
        public int m_nWidth;
        public int m_nHeight;
        public int m_nStep;
        public int m_nChannels;
    }
    [DllImport("Cs_use_Cpp_ch2.dll")]
    static extern int load_cv_mat(string filepath, out cppMat cMat);
    [DllImport("Cs_use_Cpp_ch2.dll")]
    static extern int cppCVMat_to_mat(cppMat cMat);
    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
    }
    private void load_struct_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        OpenFileDialog dialog = new OpenFileDialog();
        if (dialog.ShowDialog() == DialogResult.OK)
        {
            //获取文件路径
            string filename = dialog.FileName;
            cppMat cMat = new cppMat()
            {
                m_nChannels = 3
            };
            //调用函数
            int result = load_cv_mat(filename, out cMat);
            Bitmap img = new Bitmap(cMat.m_nWidth, cMat.m_nHeight, cMat.m_nStep, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb, cMat.m_pData);
            pictureBox1.Image = img;
        }
    }
    private void bitmap_2_mat_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        OpenFileDialog dialog = new OpenFileDialog();
        if (dialog.ShowDialog() == DialogResult.OK)
        {
            //获取文件路径
            string filename = dialog.FileName;
            Bitmap bmp32=(Bitmap)Bitmap.FromFile(filename, false);
            Bitmap bmp24 = new Bitmap(bmp32.Width, bmp32.Height, PixelFormat.Format24bppRgb);
            Graphics g = Graphics.FromImage(bmp24);
            g.DrawImage(bmp32, new Rectangle(0, 0, bmp32.Width, bmp32.Height));
            BitmapData bmpData = bmp24.LockBits(new Rectangle(0, 0,bmp24.Width, bmp24.Height), ImageLockMode.ReadOnly, bmp24.PixelFormat);
            bmp24.UnlockBits(bmpData);
            pictureBox1.Image = bmp24;
            cppMat cMat = new cppMat()
            {
                m_pData = bmpData.Scan0,
                m_nWidth = bmp24.Width,
                m_nHeight = bmp24.Height,
                m_nStep = bmpData.Stride,
                m_nChannels = 3
            };
            
            int result = cppCVMat_to_mat(cMat);
        }
    }
}

漆黑的夜里有一种笑声笑断我坟墓的木板

你可知道。

这是一片埋葬老虎的土地

正当水面上渡过一只火红的老虎

你的笑声使河流漂浮

的老虎

断了两根骨头

正当这条河流开始在存有笑声的黑夜里结冰

断腿的老虎顺流而下

来到我的

窗前。

一块埋葬老虎的木板

被一种笑声笑断两截