c多线程读写图片画图

C多线程读写图片画图

在C语言中，多线程编程是一种强大的技术，可以显著提高程序的执行效率，特别是在处理I/O密集型任务时，如读写图片文件和绘图操作，多线程能够充分利用多核CPU资源，实现并行处理，从而加快整体的处理速度，本文将详细介绍如何使用C语言结合POSIX线程库（pthread）来实现多线程读写图片以及画图的功能。

基础概念与准备工作

1.1 POSIX线程库简介

POSIX线程库（pthread）是一套广泛使用的线程库，提供了创建、管理和同步线程的功能，在Linux系统中，通过包含<pthread.h>头文件并链接-lpthread库来使用该库。

1.2 图片处理基础

处理图片通常涉及读取像素数据、修改像素值以及保存修改后的图片，常见的图片格式有BMP、JPEG、PNG等，为了简化示例，我们选择BMP格式，因为它结构简单，易于解析和修改。

1.3 绘图基础

绘图操作通常依赖于图形库，如SDL（Simple DirectMedia Layer）、OpenGL等，在本例中，我们将使用SDL库进行基本的绘图操作。

多线程读写图片

2.1 设计思路

为了实现多线程读写图片，我们可以将图片划分为多个区域，每个线程负责一个区域的读写操作，这样，多个线程可以同时工作，提高处理速度。

2.2 代码实现

以下是一个简化的示例，展示如何使用多线程读取和写入BMP图片：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
// BMP文件头结构体
typedef struct {
    unsigned short type;        // 文件类型
    unsigned int size;          // 文件大小
    unsigned short reserved1;   // 保留字
    unsigned short reserved2;   // 保留字
    unsigned int offset;         // 偏移量
} BMPHeader;
// BMP信息头结构体
typedef struct {
    unsigned int size;           // 信息头大小
    int width, height;           // 图像宽度和高度
    unsigned short planes;       // 颜色平面数
    unsigned short bits;         // 每像素位数
    unsigned int compression;    // 压缩类型
    unsigned int imagesize;      // 图像大小
    int xresolution, yresolution; // 分辨率
    unsigned int ncolours;       // 颜色数
    unsigned int importantcolours; // 重要颜色数
} BMPInfoHeader;
// 线程参数结构体
typedef struct {
    char* filename;
    int start_row;
    int num_rows;
} ThreadArg;
// 读取BMP图片函数（单线程版）
void readBMP(const char* filename) {
    FILE* file = fopen(filename, "rb");
    if (!file) {
        perror("Unable to open file");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    BMPHeader header;
    BMPInfoHeader infoHeader;
    fread(&header, sizeof(BMPHeader), 1, file);
    fread(&infoHeader, sizeof(BMPInfoHeader), 1, file);
    if (header.type != 0x4D42) {
        fclose(file);
        fprintf(stderr, "Not a valid BMP file
");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 跳过文件头部分，直接读取像素数据
    fseek(file, header.offset, SEEK_SET);
    // 分配内存以存储像素数据
    unsigned char* pixels = malloc(infoHeader.imagesize);
    fread(pixels, infoHeader.imagesize, 1, file);
    fclose(file);
    // 此处可以添加处理像素数据的代码...
    free(pixels);
}
// 线程函数：读取BMP图片的一部分
void* threadReadBMP(void* arg) {
    ThreadArg* tArg = (ThreadArg*)arg;
    FILE* file = fopen(tArg->filename, "rb");
    if (!file) {
        perror("Unable to open file");
        pthread_exit(NULL);
    }
    // 定位到指定行开始的位置
    fseek(file, tArg->start_row * infoHeader.width * 3, SEEK_SET); // 假设每个像素3字节（RGB）
    // 读取指定行的数据
    unsigned char* buffer = malloc(tArg->num_rows * infoHeader.width * 3);
    fread(buffer, tArg->num_rows * infoHeader.width * 3, 1, file);
    fclose(file);
    // 处理读取到的数据...
    free(buffer);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    const char* filename = "input.bmp";
    int num_threads = 4; // 假设分为4个线程处理
    pthread_t threads[num_threads];
    ThreadArg args[num_threads];
    // 读取BMP头信息以获取图片尺寸等信息（略）...
    // 创建线程，每个线程负责读取图片的一部分
    for (int i = 0; i < num_threads; i++) {
        args[i].filename = filename;
        args[i].start_row = i * (infoHeader.height / num_threads);
        args[i].num_rows = infoHeader.height / num_threads;
        if (pthread_create(&threads[i], NULL, threadReadBMP, &args[i]) != 0) {
            perror("Failed to create thread");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < num_threads; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    return 0;
}

说明：上述代码仅为示例，实际应用中需要根据具体需求调整，如错误处理、动态内存管理等，写入BMP图片的过程类似，只需将读取操作替换为写入操作即可。

多线程绘图

3.1 设计思路

在多线程环境下进行绘图，通常需要考虑线程间的同步问题，以避免竞态条件导致图像损坏，一种常见的做法是使用双缓冲技术，即一个线程负责绘制图像到后台缓冲区，另一个线程负责将后台缓冲区的内容复制到前台显示。

3.2 代码实现

以下是使用SDL库进行多线程绘图的简化示例：

#include <SDL2/SDL.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define WINDOW_WIDTH 800
#define WINDOW_HEIGHT 600
// 全局变量：SDL窗口和渲染器指针
SDL_Window* window = NULL;
SDL_Renderer* renderer = NULL;
// 线程函数：绘制内容到后台缓冲区
void* drawContent(void* arg) {
    SDL_Surface* surface = SDL_CreateRGBSurface(0, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, 32, 0, 0, 0, 0);
    SDL_FillRect(surface, NULL, SDL_MapRGB(surface->format, 255, 0, 0)); // 填充红色背景
    SDL_Texture* texture = SDL_CreateTextureFromSurface(renderer, surface);
    SDL_FreeSurface(surface);
    // 将纹理复制到渲染器（即前台显示）
    SDL_RenderCopy(renderer, texture, NULL, NULL);
    SDL_DestroyTexture(texture);
    return NULL;
}
int main() {
    if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) != 0) {
        fprintf(stderr, "Could not initialize SDL: %s
", SDL_GetError());
        return EXIT_FAILURE;
    }
    window = SDL_CreateWindow("Multithreaded Drawing", SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, SDL_WINDOW_SHOWN);
    renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, SDL_RENDERER_ACCELERATED);
    if (!renderer) {
        fprintf(stderr, "Could not create renderer: %s
", SDL_GetError());
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return EXIT_FAILURE;
    }
    pthread_t drawing_thread;
    if (pthread_create(&drawing_thread, NULL, drawContent, NULL) != 0) {
        fprintf(stderr, "Failed to create drawing thread");
        SDL_DestroyRenderer(renderer);
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return EXIT_FAILURE;
    }
    SDL_Event event;
    bool running = true;
    while (running) {
        while (SDL_PollEvent(&event)) {
            if (event.type == SDL_QUIT) {
                running = false;
            }
        }
        SDL_RenderPresent(renderer); // 更新屏幕内容
    }
    pthread_join(drawing_thread, NULL); // 等待绘图线程结束
    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();
    return 0;
}

说明：此示例中，drawContent函数在一个独立的线程中运行，负责绘制内容到后台缓冲区，并通过SDL的渲染功能将其显示到屏幕上，主线程则负责事件循环和屏幕更新，这种分离绘制和显示的方式有助于提高程序的响应性和性能。

注意：实际应用中可能需要更复杂的同步机制来确保多线程绘图的正确性和稳定性，使用互斥锁保护共享资源、条件变量控制线程执行顺序等。

多线程读写图片和绘图技术在提高程序性能和响应性方面具有重要意义，通过合理划分任务、优化线程间通信和同步机制，可以充分发挥多核处理器的优势，实现高效的图像处理和渲染，随着硬件技术的不断发展和软件需求的日益增长，多线程技术在图像处理领域的应用将更加广泛和深入，也需要关注新技术和新方法的出现，不断优化和改进现有的实现方案。