数据类设计_图片类设计之1_矩阵类设计(前端架构基础)

前言

        学的东西多了,要想办法用出来.C和C++是偏向底层的语言,直接与数据打交道.尝试做一些和数据方面相关的内容

引入

        图形在底层是怎么表示的,用C++来表示

认识图片

        图片是个风景,动物,还是其他内容,人是可以看出来的.那么计算机是怎么看懂的呢?在有自主意识的人工智能被设计出来之前,他是看不懂图片的.他只知道那是一堆点,而且是有顺序的点,这些点有颜色(是黑白两色,或者多少位的颜色看显示器和显卡能否支持)

        图片=有顺序的点集合+点的颜色

其中点的颜色可选,就是说如果是白底黑字的图,可以没有颜色.

图片类的分类

        一开始不好说能分几类,和创造一个概念一样,需要慢慢摸索.假设图片有下面两种:一个有规则,一个没规则.左边是一个矩形,右边是一个样条曲线画的像"人"字

 设计两个类:Reg_pic对应左边图形 ,Unreg_pic对应右边图形.他们的点类型不一样,一个命名为Reg_point,另一个命名为Unreg_point.

//规则点类
struct Reg_point{
    short red;
    short green;
    short blue;
}

//不规则点类
struct Unreg_point{
    short x_cord;    //x坐标
    short y_cord;    //y坐标
    short red;
    short green;
    short blue;
}

注意:

        在图片设计时有个默认设定,每张图左上角的坐标点作为基点存在,Reg_pic可以通过长度和宽度来描述每个点和基点的相对位置,所以不用再定义x_cord和y_cord的属性

       基点存在的意义是什么?前面说了图片里的点有顺序关系在里面,而顺序关系如何表达出来.在规则图类中无需表达(因为这里使用的是实心矩形类),而不规则图类中包含的点坐标,实际上是每个点和基点之间的坐标差值.

Reg_pic的类设计

        "规则图"类暂时还是个概念,可以先从矩形实心类开始,给他取个形象的名字Matrix(矩阵类)

         Matrix矩阵类   

          写法一:站在笔者个人角度,不大愿意用双重指针,或者双重容器的写法,所以如下代码

//规则类接口,暂未定义
struct Reg_pic{
};
//矩阵类声明
struct Matrix : public Reg_pic{           
    short length;                         //表示长度的点个数,冗余
    short height;                         //表示高度的点个数
    vector<Row> rows;                     //图,height多的行数集合
    Matrix(short Length,short Height,Row row)//构造函数
    {
        for(short i=0;i<height;i++){
            rows.push_back(row);
        }
    }
}
//行类声明
struct Row {
    short length;                         //一行有length多的点组成
    short red;                            //红色值,16位65536色
    short green;                          //绿色值,16位
    short blue;                           //蓝色值,16位
    vector<Reg_point> reg_points;         //列,点集合
    Row(short Length, short Red, short Green, short Blue)   //构造函数
    {
        for (short i = 0; i < length; i++) {
            reg_points.push_back(Reg_point{ red,green,blue });

        };
    }
};

//生成黑色矩阵1000x500像素
int main(void){
    Row black_row(1000,0,0,0);               //生成1000点长的行(一根黑线1000点组成)
    Matrix black_matrix(1000,500,black_row); //生成500高的图(一张图有500根黑线)
}

这种写法意思能把层次表达清楚:即图由行集合组成,行由点集合组成.但是给人有些繁琐的感觉,特别是冗余属性(照理说颜色的几个属性也应该写在Matrix类声明里,这样一眼能看出图想表达什么).所以引出第二种写法.

        写法二:很明显矩阵类对象包含的是一个点的二维数组

//更新后的矩阵类声明
struct Matrix : public Reg_pic {
    short length;                             //表示长度的点个数
    short height;                             //表示高度的点个数
    short red;
    short green;
    short blue;
    vector<vector<Reg_point>> matrix;         //图,点的二维数组
    Matrix(short Length, short Height, short Red,
        short Green, short Blue)              //构造函数
    {
        vector<Reg_point> tmp;                //临时容器
        for (short i = 0; i < height; i++)
            for (short j = 0; j < length; j++)
            {
                tmp.push_back(Reg_point{ Red,Green,Blue });
            }
        matrix.push_back(tmp);                //临时容器内容添加到矩阵对象
    }
};
//生成黑色矩阵1000x500像素
int main(void) {
   Matrix matrix(1000, 500, 0, 0, 0);         //一步生成矩阵对象
}

 和第一种写法比起来,清爽了许多

一个小问题

        如果面向对象理解的比较深,发现一个问题:属性中除了vector<vector<Reg_point>> matrix之外,都可以不要.因为matrix本身就已经包含了矩阵需要的所有元素,其余属性都可以看作冗余属性.

        笔者认为这是面向对象的特性,多一点容易理解,不在乎每个对象多10个字节.应用级别的程序毕竟不是机器指令级别或者系统级别的代码,每一个字节或者每条指令周期都想"抠"出来以提高性能(争取把使用存储减少到每个字节,指令周期能少一个就是一个).写代码首先是准确,然后命名优雅,但用不着太拘谨了,开源的精神也在于此.

        假设用C语言来定义矩阵类,他是这样写的

//C语言的矩阵类描述
struct Matrix{
    short length;
    short height;
    Reg_point ** rp;
}//算法略

        看起来更加清爽.

        C++牺牲了一些性能,方便构建大型程序. 

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本贴是尝试用C++描述数据类,至于应用级别的绘图软件,或许为了追求更好的性能用C语言甚至汇编语言编写的也不一定,特此声明

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小结

        矩阵类是数据类中最简单的一类,但他是计算机中用得最多的图形.不管是元素,场景(背景),或者硬件,都需要用到矩阵.在桌面端更是屡见不鲜,到处都是方块.

        题外话:底层对于理解数据有所帮助

预告

        接下来有"非规则图形"的定义

鸣谢

        笔者另一篇帖子数据在硬件和软件中的表示-CSDN博客里有求下载链接,如果您感觉有所帮助,请帮忙点击,下载,提高等级