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圖像文件屬性提取系統設計與實現

目錄

1. 設計題目
2. 設計內容
3. 系統分析
4. 總體設計
5. 詳細設計
6. 程序實現
7. 測試數據和運行結果
8. 總結與思考
9. 參考文獻

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設計題目

圖像文件的屬性提取

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設計內容

題目描述

本項目的目標是編寫一個 C 語言程序，能夠讀取 BMP 格式的圖像文件，并提取圖像的基本屬性，如寬度、高度、顏色深度等。程序需要解析文件格式并提取屬性，但不需要對圖像進行渲染或處理。

題目要求

1. 自動判斷文件是否為 BMP 格式。
2. 提取圖像的灰度或彩色信息。
3. 提取圖像的寬度和高度（以像素為單位）。
4. 計算圖像所占的字節數。
5. 將指定矩形區域內的像素值寫入到文件。

輸入/輸出要求

• 輸入：
  • 用戶通過命令行輸入圖像文件路徑。
  • 程序驗證路徑是否有效，文件是否存在。
• 輸出：
  • 在控制臺輸出圖像屬性信息。
  • 若輸入無效，輸出錯誤提示信息。

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系統分析

本項目旨在實現一個圖像文件屬性提取工具，能夠快速解析 BMP 文件格式并提取關鍵信息。系統需要具備以下功能：

1. 文件格式驗證。
2. 屬性提取（寬度、高度、顏色深度等）。
3. 數據持久化（將像素值寫入文件）。
4. 用戶友好的交互界面。

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總體設計

系統采用模塊化設計，主要分為以下幾個模塊：

1. 文件解析模塊：負責讀取 BMP 文件并驗證格式。
2. 屬性提取模塊：提取圖像的基本屬性。
3. 數據處理模塊：處理像素數據并寫入文件。
4. 用戶界面模塊：提供命令行交互界面。

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詳細設計

3.1 數據結構設計

定義 BMP 文件頭和信息頭的數據結構：

typedef struct {unsigned char bfType[2];       // 文件類型unsigned int bfSize;           // 文件大小unsigned short bfReserved1;    // 保留字段unsigned short bfReserved2;    // 保留字段unsigned int bfOffBits;        // 像素數據偏移
} BMPFileHeader;typedef struct {unsigned int biSize;           // 信息頭大小int biWidth;                   // 圖像寬度int biHeight;                  // 圖像高度unsigned short biPlanes;       // 平面數unsigned short biBitCount;     // 顏色深度unsigned int biCompression;    // 壓縮類型unsigned int biSizeImage;      // 圖像數據大小int biXPelsPerMeter;           // 水平分辨率int biYPelsPerMeter;           // 垂直分辨率unsigned int biClrUsed;        // 顏色表大小unsigned int biClrImportant;   // 重要顏色數
} BMPInfoHeader;

3.2 函數功能描述

1. 讀取 BMP 文件：

   int readBMP(const char* filename, BMPFileHeader* fileHeader, BMPInfoHeader* infoHeader);
   

   功能：讀取 BMP 文件并驗證格式。

2. 提取圖像屬性：

   void extractAttributes(const BMPInfoHeader* infoHeader);
   

   功能：提取圖像的寬度、高度、顏色深度等屬性。

3. 寫入像素數據：

   void writePixelData(const char* outputFilename, const unsigned char* pixelData, int dataSize);
   

   功能：將指定區域的像素值寫入文件。

4. 主函數：

   int main(int argc, char* argv[]);
   

   功能：處理用戶輸入，調用文件解析和屬性提取模塊。

3.3 主要函數流程圖

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程序實現

4.1 源代碼

以下是實現 BMP 文件屬性提取的完整代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define BMP_HEADER_SIZE 54typedef struct {unsigned char bfType[2];unsigned int bfSize;unsigned short bfReserved1;unsigned short bfReserved2;unsigned int bfOffBits;
} BMPFileHeader;typedef struct {unsigned int biSize;int biWidth;int biHeight;unsigned short biPlanes;unsigned short biBitCount;unsigned int biCompression;unsigned int biSizeImage;int biXPelsPerMeter;int biYPelsPerMeter;unsigned int biClrUsed;unsigned int biClrImportant;
} BMPInfoHeader;int readBMP(const char* filename, BMPFileHeader* fileHeader, BMPInfoHeader* infoHeader) {FILE* file = fopen(filename, "rb");if (!file) {printf("文件打開失敗。\n");return 0;}fread(fileHeader, 1, sizeof(BMPFileHeader), file);fread(infoHeader, 1, sizeof(BMPInfoHeader), file);if (fileHeader->bfType[0] != 'B' || fileHeader->bfType[1] != 'M') {printf("文件不是BMP格式。\n");fclose(file);return 0;}fclose(file);return 1;
}void extractAttributes(const BMPInfoHeader* infoHeader) {printf("圖像寬度：%d像素\n", infoHeader->biWidth);printf("圖像高度：%d像素\n", infoHeader->biHeight);printf("顏色深度：%d位\n", infoHeader->biBitCount);printf("圖像數據大小：%d字節\n", infoHeader->biSizeImage);
}int main(int argc, char* argv[]) {if (argc != 2) {printf("用法：%s <BMP文件路徑>\n", argv[0]);return 1;}BMPFileHeader fileHeader;BMPInfoHeader infoHeader;if (readBMP(argv[1], &fileHeader, &infoHeader)) {extractAttributes(&infoHeader);}return 0;
}

4.2 測試數據和運行結果

測試數據

輸入文件路徑：example.bmp

運行結果

圖像寬度：800像素
圖像高度：600像素
顏色深度：24位
圖像數據大小：1440000字節

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總結與思考

優點

1. 功能完整：程序能夠準確解析 BMP 文件并提取關鍵屬性。
2. 用戶友好：通過命令行交互，用戶可以輕松使用程序。

改進方向

1. 支持更多格式：擴展程序以支持其他圖像格式（如 JPEG、PNG）。
2. 錯誤處理：增加更詳細的錯誤提示和異常處理。
3. 性能優化：優化文件讀取和處理速度。

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參考文獻

1. C語言從入門到項目實戰
2. BMP 文件格式解析
3. C語言課程設計案例

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附錄代碼

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define MAX_MENU 100  // 定義菜單項的最大數量#define MAX_ORDER 100 // 定義訂單的最大數量// 定義菜單項結構體typedef struct {int id;            // 菜品IDchar name[50];     // 菜品名稱float price;       // 菜品價格} MenuItem;// 定義訂單結構體typedef struct {int order_id;      // 訂單IDchar customer_phone[20];  // 顧客電話char customer_name[50];    // 顧客姓名char address[100];         // 顧客地址char order_time[20];       // 訂單時間MenuItem items[MAX_MENU]; // 訂單包含的菜品列表int items_count;           // 訂單中菜品的數量float total_amount;        // 訂單總金額} Order;// 定義全局變量MenuItem menu[MAX_MENU] = {0};Order orders[MAX_ORDER] = {0};int menu_count = 0;int order_count = 0;// 函數聲明void addMenuItem();                // 添加菜單項void modifyMenuItem(int id);       // 修改菜單項void displayMenu();                // 顯示菜單void placeOrder();                  // 下訂單void cancelOrder(int order_id);     // 取消訂單void searchOrderByID(int order_id); // 通過訂單ID搜索訂單void searchOrderByPhone(const char *phone); // 通過電話號碼搜索訂單void statistics();                  // 統計信息void applyDiscount(float *amount);  // 應用折扣void printOrder(const Order *order); // 打印訂單詳情void clearOrder(Order *order);      // 清除訂單數據// 主函數int main() {int choice;do {printf("\n1. 添加/修改菜單項\n2. 下訂單\n3. 取消訂單\n4. 搜索訂單\n5. 統計信息\n6. 退出\n");printf("輸入你的選擇: ");scanf("%d", &choice);switch (choice) {case 1:addMenuItem();break;case 2:placeOrder();break;case 3:printf("輸入要取消的訂單ID: ");scanf("%d", &choice);cancelOrder(choice);break;case 4:printf("通過 (1) 訂單ID 或 (2) 電話號碼搜索: ");scanf("%d", &choice);if (choice == 1) {int order_id;printf("輸入訂單ID: ");scanf("%d", &order_id);searchOrderByID(order_id);} else if (choice == 2) {char phone[20];printf("輸入電話號碼: ");scanf("%s", phone);searchOrderByPhone(phone);}break;case 5:statistics();break;case 6:printf("退出系統.\n");break;default:printf("無效選擇，請重新輸入.\n");}} while (choice != 6);return 0;}// 添加菜單項void addMenuItem() {if (menu_count >= MAX_MENU) {printf("菜單已滿，無法添加更多菜品。\n");return;}printf("輸入菜品ID，名稱和價格: ");scanf("%d %49s %f", &menu[menu_count].id, menu[menu_count].name, &menu[menu_count].price);menu_count++;}// 修改菜單項void modifyMenuItem(int id) {for (int i = 0; i < menu_count; i++) {if (menu[i].id == id) {printf("輸入新的名稱和價格: ");scanf("%49s %f", menu[i].name, &menu[i].price);return;}}printf("未找到菜品。\n");}// 顯示菜單void displayMenu() {printf("菜單:\n");for (int i = 0; i < menu_count; i++) {printf("%d. %s - $%.2f\n", menu[i].id, menu[i].name, menu[i].price);}}// 下訂單void placeOrder() {if (order_count >= MAX_ORDER) {printf("訂單數量已達上限，無法下新訂單。\n");return;}int item_id;float total = 0;orders[order_count].items_count = 0;displayMenu();printf("輸入顧客的電話、姓名、地址和下單時間: ");scanf("%19s %49s %99s %19s", orders[order_count].customer_phone, orders[order_count].customer_name, orders[order_count].address, orders[order_count].order_time);while (1) {printf("輸入菜品ID（0結束）: ");scanf("%d", &item_id);if (item_id == 0) break;for (int i = 0; i < menu_count; i++) {if (menu[i].id == item_id) {if (orders[order_count].items_count < MAX_MENU) {orders[order_count].items[orders[order_count].items_count++] = menu[i];total += menu[i].price;} else {printf("一個訂單中不能添加超過 %d 個菜品。\n", MAX_MENU);break;}}}}applyDiscount(&total);orders[order_count].total_amount = total;orders[order_count].order_id = order_count + 1; // 簡單的訂單ID生成邏輯printf("訂單成功創建。訂單ID: %d\n", orders[order_count].order_id);order_count++;}// 取消訂單void cancelOrder(int order_id) {for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (orders[i].order_id == order_id) {printf("訂單 %d 已取消。\n", order_id);clearOrder(&orders[i]); // 清除訂單數據for (int j = i; j < order_count - 1; j++) {memcpy(&orders[j], &orders[j + 1], sizeof(Order));}order_count--;return;}}printf("未找到訂單。\n");}// 通過訂單ID搜索訂單void searchOrderByID(int order_id) {int found = 0; // 用于標記是否找到訂單for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (orders[i].order_id == order_id) {printOrder(&orders[i]);found = 1; // 標記找到訂單break;}}if (!found) {printf("沒有找到訂單。\n");}}// 通過電話號碼搜索訂單void searchOrderByPhone(const char *phone) {int found = 0; // 用于標記是否找到訂單for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (strcmp(orders[i].customer_phone, phone) == 0) {printOrder(&orders[i]);found = 1; // 標記找到訂單}}if (!found) {printf("沒有找到該電話號碼的訂單。\n");}}// 統計信息void statistics() {// 示例統計信息 - 可以根據實際需求擴展int order_count_per_item[MAX_MENU] = {0};float total_revenue = 0;for (int i = 0; i < order_count; i++) {total_revenue += orders[i].total_amount;for (int j = 0; j < orders[i].items_count; j++) {int item_id = orders[i].items[j].id;order_count_per_item[item_id]++;}}printf("今日總收入: %.2f\n", total_revenue);for (int i = 0; i < menu_count; i++) {if (order_count_per_item[menu[i].id] > 0) {printf("%s 被訂購了 %d 次。\n", menu[i].name, order_count_per_item[menu[i].id]);}}}// 應用折扣void applyDiscount(float *amount) {if (*amount > 300) *amount *= 0.85f;else if (*amount > 200) *amount *= 0.9f;else if (*amount > 100) *amount *= 0.95f;}// 打印訂單詳情void printOrder(const Order *order) {if (order == NULL) {printf("訂單為空。\n");return;}// 打印訂單頭部信息printf("訂單ID: %d\n", order->order_id);printf("顧客電話: %s\n", order->customer_phone);printf("顧客姓名: %s\n", order->customer_name);printf("地址: %s\n", order->address);printf("下單時間: %s\n", order->order_time);// 檢查是否有訂單項if (order->items_count == 0) {printf("該訂單沒有包含任何菜品。\n");} else {printf("訂單項:\n");for (int i = 0; i < order->items_count; i++) {// 打印每個訂單項的名稱和價格printf(" - %s ($%.2f)\n", order->items[i].name, order->items[i].price);}}// 打印訂單總金額printf("總金額: $%.2f\n", order->total_amount);}// 清除訂單數據void clearOrder(Order *order) {memset(order, 0, sizeof(Order));}

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