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图像文件属性提取系统设计与实现

目录

1. 设计题目
2. 设计内容
3. 系统分析
4. 总体设计
5. 详细设计
6. 程序实现
7. 测试数据和运行结果
8. 总结与思考
9. 参考文献

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设计题目

图像文件的属性提取

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设计内容

题目描述

本项目的目标是编写一个 C 语言程序，能够读取 BMP 格式的图像文件，并提取图像的基本属性，如宽度、高度、颜色深度等。程序需要解析文件格式并提取属性，但不需要对图像进行渲染或处理。

题目要求

1. 自动判断文件是否为 BMP 格式。
2. 提取图像的灰度或彩色信息。
3. 提取图像的宽度和高度（以像素为单位）。
4. 计算图像所占的字节数。
5. 将指定矩形区域内的像素值写入到文件。

输入/输出要求

• 输入：
  • 用户通过命令行输入图像文件路径。
  • 程序验证路径是否有效，文件是否存在。
• 输出：
  • 在控制台输出图像属性信息。
  • 若输入无效，输出错误提示信息。

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系统分析

本项目旨在实现一个图像文件属性提取工具，能够快速解析 BMP 文件格式并提取关键信息。系统需要具备以下功能：

1. 文件格式验证。
2. 属性提取（宽度、高度、颜色深度等）。
3. 数据持久化（将像素值写入文件）。
4. 用户友好的交互界面。

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总体设计

系统采用模块化设计，主要分为以下几个模块：

1. 文件解析模块：负责读取 BMP 文件并验证格式。
2. 属性提取模块：提取图像的基本属性。
3. 数据处理模块：处理像素数据并写入文件。
4. 用户界面模块：提供命令行交互界面。

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详细设计

3.1 数据结构设计

定义 BMP 文件头和信息头的数据结构：

typedef struct {unsigned char bfType[2];       // 文件类型unsigned int bfSize;           // 文件大小unsigned short bfReserved1;    // 保留字段unsigned short bfReserved2;    // 保留字段unsigned int bfOffBits;        // 像素数据偏移
} BMPFileHeader;typedef struct {unsigned int biSize;           // 信息头大小int biWidth;                   // 图像宽度int biHeight;                  // 图像高度unsigned short biPlanes;       // 平面数unsigned short biBitCount;     // 颜色深度unsigned int biCompression;    // 压缩类型unsigned int biSizeImage;      // 图像数据大小int biXPelsPerMeter;           // 水平分辨率int biYPelsPerMeter;           // 垂直分辨率unsigned int biClrUsed;        // 颜色表大小unsigned int biClrImportant;   // 重要颜色数
} BMPInfoHeader;

3.2 函数功能描述

1. 读取 BMP 文件：

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

   功能：读取 BMP 文件并验证格式。

2. 提取图像属性：

   void extractAttributes(const BMPInfoHeader* infoHeader);
   

   功能：提取图像的宽度、高度、颜色深度等属性。

3. 写入像素数据：

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

   功能：将指定区域的像素值写入文件。

4. 主函数：

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

   功能：处理用户输入，调用文件解析和属性提取模块。

3.3 主要函数流程图

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程序实现

4.1 源代码

以下是实现 BMP 文件属性提取的完整代码：

#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("文件打开失败。\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("图像宽度：%d像素\n", infoHeader->biWidth);printf("图像高度：%d像素\n", infoHeader->biHeight);printf("颜色深度：%d位\n", infoHeader->biBitCount);printf("图像数据大小：%d字节\n", infoHeader->biSizeImage);
}int main(int argc, char* argv[]) {if (argc != 2) {printf("用法：%s <BMP文件路径>\n", argv[0]);return 1;}BMPFileHeader fileHeader;BMPInfoHeader infoHeader;if (readBMP(argv[1], &fileHeader, &infoHeader)) {extractAttributes(&infoHeader);}return 0;
}

4.2 测试数据和运行结果

测试数据

输入文件路径：example.bmp

运行结果

图像宽度：800像素
图像高度：600像素
颜色深度：24位
图像数据大小：1440000字节

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总结与思考

优点

1. 功能完整：程序能够准确解析 BMP 文件并提取关键属性。
2. 用户友好：通过命令行交互，用户可以轻松使用程序。

改进方向

1. 支持更多格式：扩展程序以支持其他图像格式（如 JPEG、PNG）。
2. 错误处理：增加更详细的错误提示和异常处理。
3. 性能优化：优化文件读取和处理速度。

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参考文献

1. C语言从入门到项目实战
2. BMP 文件格式解析
3. C语言课程设计案例

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附录代码

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define MAX_MENU 100  // 定义菜单项的最大数量#define MAX_ORDER 100 // 定义订单的最大数量// 定义菜单项结构体typedef struct {int id;            // 菜品IDchar name[50];     // 菜品名称float price;       // 菜品价格} MenuItem;// 定义订单结构体typedef struct {int order_id;      // 订单IDchar customer_phone[20];  // 顾客电话char customer_name[50];    // 顾客姓名char address[100];         // 顾客地址char order_time[20];       // 订单时间MenuItem items[MAX_MENU]; // 订单包含的菜品列表int items_count;           // 订单中菜品的数量float total_amount;        // 订单总金额} Order;// 定义全局变量MenuItem menu[MAX_MENU] = {0};Order orders[MAX_ORDER] = {0};int menu_count = 0;int order_count = 0;// 函数声明void addMenuItem();                // 添加菜单项void modifyMenuItem(int id);       // 修改菜单项void displayMenu();                // 显示菜单void placeOrder();                  // 下订单void cancelOrder(int order_id);     // 取消订单void searchOrderByID(int order_id); // 通过订单ID搜索订单void searchOrderByPhone(const char *phone); // 通过电话号码搜索订单void statistics();                  // 统计信息void applyDiscount(float *amount);  // 应用折扣void printOrder(const Order *order); // 打印订单详情void clearOrder(Order *order);      // 清除订单数据// 主函数int main() {int choice;do {printf("\n1. 添加/修改菜单项\n2. 下订单\n3. 取消订单\n4. 搜索订单\n5. 统计信息\n6. 退出\n");printf("输入你的选择: ");scanf("%d", &choice);switch (choice) {case 1:addMenuItem();break;case 2:placeOrder();break;case 3:printf("输入要取消的订单ID: ");scanf("%d", &choice);cancelOrder(choice);break;case 4:printf("通过 (1) 订单ID 或 (2) 电话号码搜索: ");scanf("%d", &choice);if (choice == 1) {int order_id;printf("输入订单ID: ");scanf("%d", &order_id);searchOrderByID(order_id);} else if (choice == 2) {char phone[20];printf("输入电话号码: ");scanf("%s", phone);searchOrderByPhone(phone);}break;case 5:statistics();break;case 6:printf("退出系统.\n");break;default:printf("无效选择，请重新输入.\n");}} while (choice != 6);return 0;}// 添加菜单项void addMenuItem() {if (menu_count >= MAX_MENU) {printf("菜单已满，无法添加更多菜品。\n");return;}printf("输入菜品ID，名称和价格: ");scanf("%d %49s %f", &menu[menu_count].id, menu[menu_count].name, &menu[menu_count].price);menu_count++;}// 修改菜单项void modifyMenuItem(int id) {for (int i = 0; i < menu_count; i++) {if (menu[i].id == id) {printf("输入新的名称和价格: ");scanf("%49s %f", menu[i].name, &menu[i].price);return;}}printf("未找到菜品。\n");}// 显示菜单void displayMenu() {printf("菜单:\n");for (int i = 0; i < menu_count; i++) {printf("%d. %s - $%.2f\n", menu[i].id, menu[i].name, menu[i].price);}}// 下订单void placeOrder() {if (order_count >= MAX_ORDER) {printf("订单数量已达上限，无法下新订单。\n");return;}int item_id;float total = 0;orders[order_count].items_count = 0;displayMenu();printf("输入顾客的电话、姓名、地址和下单时间: ");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("输入菜品ID（0结束）: ");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("一个订单中不能添加超过 %d 个菜品。\n", MAX_MENU);break;}}}}applyDiscount(&total);orders[order_count].total_amount = total;orders[order_count].order_id = order_count + 1; // 简单的订单ID生成逻辑printf("订单成功创建。订单ID: %d\n", orders[order_count].order_id);order_count++;}// 取消订单void cancelOrder(int order_id) {for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (orders[i].order_id == order_id) {printf("订单 %d 已取消。\n", order_id);clearOrder(&orders[i]); // 清除订单数据for (int j = i; j < order_count - 1; j++) {memcpy(&orders[j], &orders[j + 1], sizeof(Order));}order_count--;return;}}printf("未找到订单。\n");}// 通过订单ID搜索订单void searchOrderByID(int order_id) {int found = 0; // 用于标记是否找到订单for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (orders[i].order_id == order_id) {printOrder(&orders[i]);found = 1; // 标记找到订单break;}}if (!found) {printf("没有找到订单。\n");}}// 通过电话号码搜索订单void searchOrderByPhone(const char *phone) {int found = 0; // 用于标记是否找到订单for (int i = 0; i < order_count; i++) {if (strcmp(orders[i].customer_phone, phone) == 0) {printOrder(&orders[i]);found = 1; // 标记找到订单}}if (!found) {printf("没有找到该电话号码的订单。\n");}}// 统计信息void statistics() {// 示例统计信息 - 可以根据实际需求扩展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("今日总收入: %.2f\n", total_revenue);for (int i = 0; i < menu_count; i++) {if (order_count_per_item[menu[i].id] > 0) {printf("%s 被订购了 %d 次。\n", menu[i].name, order_count_per_item[menu[i].id]);}}}// 应用折扣void applyDiscount(float *amount) {if (*amount > 300) *amount *= 0.85f;else if (*amount > 200) *amount *= 0.9f;else if (*amount > 100) *amount *= 0.95f;}// 打印订单详情void printOrder(const Order *order) {if (order == NULL) {printf("订单为空。\n");return;}// 打印订单头部信息printf("订单ID: %d\n", order->order_id);printf("顾客电话: %s\n", order->customer_phone);printf("顾客姓名: %s\n", order->customer_name);printf("地址: %s\n", order->address);printf("下单时间: %s\n", order->order_time);// 检查是否有订单项if (order->items_count == 0) {printf("该订单没有包含任何菜品。\n");} else {printf("订单项:\n");for (int i = 0; i < order->items_count; i++) {// 打印每个订单项的名称和价格printf(" - %s ($%.2f)\n", order->items[i].name, order->items[i].price);}}// 打印订单总金额printf("总金额: $%.2f\n", order->total_amount);}// 清除订单数据void clearOrder(Order *order) {memset(order, 0, sizeof(Order));}

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