6. 生成二维码

一、前言

本文主要介绍如何使用C++来实现二维码的生成，使用到了开源库：qrencode

代码生成结果如下图，完全是可以扫描的：

二、qrencode库的基本使用

如果你目前在使用vcpkg，那就非常简单了，直接运行以下命令进行安装即可：

.\vcpkg.exe install libqrencode:x64-windows

vcpkg的使用教程可以参考另一篇文章：C++开源库配置

如果没有使用vcpkg，那么就需要先下载我编译好的库：qrencode

解压后有一个头文件与一个静态库文件（为 x64 Release 版本）：

使用方法同样参考文章C++开源库配置的手动配置部分。

如果想要尝试自己编译这个库，可以参考这篇文章：windows 编译qrencode库

然后在代码中使用它也非常简单，基本只需要一个函数：

#include"qrencode.h"
#pragma comment(lib,"qrencode.lib")
int main(){
	QRcode* pQRC = QRcode_encodeString("https://www.kucoding.com", 0, QR_ECLEVEL_H, QR_MODE_8, 1);
}

如果使用的vcpkg下载安装，那么直接包含头文件就可以使用了：

#include<qrencode.h>
int main(){
	QRcode* pQRC = QRcode_encodeString("https://www.kucoding.com", 0, QR_ECLEVEL_H, QR_MODE_8, 1);
}

即，我们大部分情况只用得到这个库中的QRcode_encodeString函数，该函数的作用是将字符串编码为符号串并返回，返回的QRcode对象中就包含了二维码的数据

它有5个参数，但事实上除了第一个参数为我们要进行编码的字符串外，其它参数基本就是固定的：

1. 要进行编码的字符串
2. 版本，填0即可自动选择
3. 纠错级别，基本就填这个值，即高级别即可
4. 编码模式，现在一般都是采用的utf-8进行编码，所以这个值也是固定的
5. 是否区分大小写，一般也是要区分的，所以基本固定填1

更多详细介绍可以参考官网说明：QRcode_encodeString

编码成功后，它会返回一个QRcode对象，定义如下：

typedef struct {
	int version;         ///< 版本
	int width;           ///< 宽度
	unsigned char *data; ///< 生成的数据
} QRcode;

由于二维码是长宽相等的正方形，所以data的长度为 width*width

后面我们也主要是通过这两个数据来生成我们的二维码

由于他返回的是一个指针，所以使用完后我们还需要调用一个函数来释放内存：

QRcode_free(pQRC);

这里注意一下上面这个data返回的数据格式，其含义是按照位来划分的，一个字节（char）有8位

每一位的含义如下（来源于官网）：

MSB 76543210 LSB
    |||||||`- 1=black/0=white
    ||||||`-- 1=ecc/0=data code area
    |||||`--- format information
    ||||`---- version information
    |||`----- timing pattern
    ||`------ alignment pattern
    |`------- finder pattern and separator
    `-------- non-data modules (format, timing, etc.)

但事实上，除了第0位，其它位一般我们都用不上，只要第0位为1，就说明该位置应该为黑色，为0则为白色

一般二维码都为黑白色，但后面自己生成二维码图片时，其实是可以更改生成的二维码颜色的

三、BMP图片生成原理

在众多图片格式中，BMP是其中比较简单的一种，所以我们这里采用BMP文件来保存二维码信息

BMP文件的具体格式可以参考我的另一篇文章：BMP文件格式分析

后面的内容是基于上面这篇文章写的，所以如果不懂BMP格式，请务必先看一下上面这篇文章

这里主要介绍如何用代码来生成一张BMP图片

比如我想生成一个简单的黑白相间的图片，代码应该怎么写呢？

为了简单起见，这里采用的是24位色，但由于二维码一般都是黑白的，所以其实采用1位色就行了，即：只要能够表示黑白两种颜色就行了

首先，我们需要包含头文件：

#include<Windows.h>

因为BMP几个结构都在其中

然后，我这里就想要画一个20*20像素的图像，且黑白相间

所以第一个结构体可以这样写：

//每行20像素，每个像素用24位，即3个字节表示，所以每行为20*3个字节，然后有20行
int dataSize = 20 * 3 * 20;
BITMAPFILEHEADER kFileHeader{}; //紧跟{}代表初始化同时清零
kFileHeader.bfType = 0x4d42;  // "BM"
kFileHeader.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + dataSize; //文件大小（字节数）
kFileHeader.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);

注意：

每行字节数量必须为4的倍数，不够用0补齐，这是BMP格式的硬性规定，但由于我们这里每行为20像素，即60个字节，可以被4整除，所以没有进行补齐

然后是第二结构体：

	BITMAPINFOHEADER kInfoHeader{}; //紧跟{}代表初始化同时清零
	kInfoHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
	kInfoHeader.biWidth = 20; //图片宽度
	kInfoHeader.biHeight = -20; //高度，为负数时，以左上角为图片原点，为负数时，以左下角为图片原点
	kInfoHeader.biPlanes = 1; //平面数，一般都为1
	kInfoHeader.biBitCount = 24; //位数，rgb各8字节，24位

其它基本是固定的，这里要注意宽高是像素宽高，不是字节，同时高度一定要写成负数，如果为正数，你就需要从图片的左下角开始往文件内部写入数据，会有点反直觉

然后就可以申请缓存区开始写数据了：

	char *buf=new char[dataSize]; //申请存放图片数据的缓存区
	for (int y = 0; y < 20; y++) { //第y行
		for (int x = 0; x < 20; x++) { //第x列
			if (y % 2 == 0) { //偶数行，为黑色
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[0] = 0; //r
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[1] = 0; //g
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[2] = 0; //b
			}
			else { //奇数行，为白色
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[0] = 0xFF; //r
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[1] = 0xFF; //g
				(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[2] = 0xFF; //b
			}

		}
	}

因为图片是二位数据嘛，所以用两个for循环进行遍历赋值

注意这里遍历的是每行、每列的像素宽高，即20，而不是字节，每行的字节数应该为20*3

同时注意内部的赋值方式：

(buf + y * 20 * 3 + x * 3)[0] = 0;

因为buf是一个char类型的数组，buf本身记录的是该数组的第一个元素的地址

因此buf+n就代表第n个元素的地址，这里加的是 y*20*3 （就代表第几行）和 x * 3（第几列）

因为二维数组本质上也是一维数组，只不过编译器帮我们换算了，而这里我们采用的是自己来换算的方式

因为每一列为3个字节宽度，所以x需要乘以3，每一行共有20*3的字节宽度，所以第几行就是首地址加上几个 20*3即可

指针加上一个数字后依旧是指针，只是指针所指向的地址变了，其结果为每个像素（三个字节）的首地址，因此我们就可以用[]来访问这三个字节

为偶数，我们就给这三个字节都赋值为0，即rgb三原色为0，就为黑色，否则rgb都赋值为0XFF，就为白色

最后，我们还需要将上面的所有数据写入文件中：

ofstream f("tmp.bmp");
f.write((const char*)&kFileHeader, sizeof(kFileHeader));
f.write((const char*)&kInfoHeader, sizeof(kInfoHeader));
f.write((const char*)buf, dataSize);

然后就可以在目录中看到生成的图片：

完整代码：