实现二维位图类

原创

用户11021319

发布于 2024-03-18 11:17:37

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发布于 2024-03-18 11:17:37

1、问题背景

本技术文章旨在实现一个二维位图类，该类应满足以下要求：

能够创建任意大小的二维位图。例如，要创建一个 8 x 8 位图（8 字节），可以使用以下代码：

bitmap = Bitmap(8, 8)

提供一个 API 来访问这个二维位图中的位，可以作为布尔值或整数值。例如：

if bitmap[1, 2] or bitmap.get(0, 1)

能够以打包的二进制数据形式获取数据。基本上它是位图的每一行连接起来并作为二进制数据返回。它可以填充到最近的字节或类似的东西。

bitmap.data()

能够从检索到的二进制数据中创建新的位图。

new_bitmap = Bitmap(8, 8, bitmap.data())

使用 Python 中的二进制操作实现此类。

2、解决方案

为了解决上述问题，我们可以参考以下解决方案：

使用 NumPy 数组

NumPy 数组可用于存储和操作位图数据。我们可以将位图表示为一个布尔数组，其中每个元素对应于位图中的一个像素。要创建位图，我们可以使用以下代码：

import numpy as np

def make_bitmap(width, height):
  return np.zeros((height, width), dtype=bool)

使用二进制操作

我们可以使用 Python 中的二进制运算符来操作位图数据。例如，我们可以使用位或运算符 (|) 来设置位，使用位与运算符 (&) 来清除位，使用位异或运算符 (^) 来翻转位。

使用 struct 模块

我们可以使用 struct 模块来将位图数据打包成二进制数据。要将位图打包成二进制数据，我们可以使用以下代码：

import struct

def pack_bitmap(bitmap):
  data = []
  for row in bitmap:
    for byte in row:
      data.append(struct.pack('B', byte))
  return b''.join(data)

使用 unpack 模块

我们可以使用 unpack 模块来将二进制数据解包成位图数据。要将二进制数据解包成位图数据，我们可以使用以下代码：

import struct

def unpack_bitmap(data, width, height):
  bitmap = np.zeros((height, width), dtype=bool)
  offset = 0
  for row in range(height):
    for col in range(width):
      byte, = struct.unpack('B', data[offset:offset+1])
      bitmap[row, col] = bool(byte)
      offset += 1
  return bitmap

以下是一个完整的示例，演示如何使用上述方法来实现一个二维位图类：

import numpy as np
import struct

class Bitmap:
  def __init__(self, width, height):
    self.width = width
    self.height = height
    self.data = np.zeros((height, width), dtype=bool)

  def set_bit(self, x, y):
    self.data[y, x] = True

  def clear_bit(self, x, y):
    self.data[y, x] = False

  def toggle_bit(self, x, y):
    self.data[y, x] = not self.data[y, x]

  def get_bit(self, x, y):
    return self.data[y, x]

  def pack(self):
    data = []
    for row in self.data:
      for byte in row:
        data.append(struct.pack('B', byte))
    return b''.join(data)

  @staticmethod
  def unpack(data, width, height):
    bitmap = np.zeros((height, width), dtype=bool)
    offset = 0
    for row in range(height):
      for col in range(width):
        byte, = struct.unpack('B', data[offset:offset+1])
        bitmap[row, col] = bool(byte)
        offset += 1
    return bitmap

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