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系列博客：源碼閱讀系列
源碼：GifDecoder大家要是看到有錯(cuò)誤的地方或者有啥好的建議，歡迎留言評(píng)論
前言：閱讀優(yōu)秀的源碼可以大大提高我們的開發(fā)水平，遂開個(gè)新坑 記錄優(yōu)秀源碼（Android源代碼、各種開源庫等等）的分析和解讀，學(xué)習(xí)別人是怎樣實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能的。本期我們的主角是 GIF的解碼，我們將從GIF解碼的源碼 GifDecoder入手，分析其實(shí)現(xiàn)的原理和過程，希望能幫到大家~（ GifDecoder源碼（博主已對(duì)源碼里面各方法及參數(shù)進(jìn)行了注釋，請(qǐng)放心食用 ~）鏈接已在上方貼出來了，該源碼參考了Glide開源庫解析GIF部分的代碼，但由于是很久之前看到的，具體出處已無從考證，有知道的小伙伴可以留言告訴我）
目錄
- GIF結(jié)構(gòu)簡述
- GifDecoder的初始化
- 判斷傳入文件格式
- 讀取GIF大小、顏色深度等全局屬性
- 提取各幀圖片
GIF結(jié)構(gòu)簡述
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在分析源碼之前，我們得先對(duì)GIF圖片的構(gòu)成有一個(gè)初步的了解（詳細(xì)解析請(qǐng)看上方鏈接），見下圖
圖中加粗部分既是保存我們所需要提取圖片的地方（一幀圖像對(duì)應(yīng)一個(gè)圖像塊）。雖然我們知道了存儲(chǔ)每一幀圖像信息的位置，但我們不能直接從中取出圖片，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中，所有的文件都是以二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)的，而Java讀取文件需要按順序一個(gè)一個(gè)字節(jié)地讀。因此GIF的解碼過程，實(shí)際上就是從文件頭(File Header)開始，按順序遍歷每一個(gè)字節(jié)，當(dāng)讀到我們需要的信息（圖像數(shù)據(jù)）時(shí)，就將其提取出來。下面我們就開始分析GifDecoder是如何實(shí)現(xiàn)GIF解碼的
GifDecoder的初始化
先來看看GifDecoder的初始化和使用示例，代碼如下
try {
InputStream is = getContentResolver().openInputStream(uri);
GifDecoder gifDecoder = new GifDecoder();
int code = gifDecoder.read(is);
if (code == GifDecoder.STATUS_OK) {//解碼成功
GifDecoder.GifFrame[] frameList = gifDecoder.getFrames();
} else if (code == gifDecoder.STATUS_FORMAT_ERROR) {//圖片格式不是GIF
} else {//圖片讀取失敗
}
}catch (FileNotFoundException e){
e.printStackTrace();
}
其中參數(shù)uri為GIF圖片的Uri路徑，frameList為解碼的結(jié)果，即GIF圖片中各幀的集合,里面包括各幀靜態(tài)圖Bitmap和延遲時(shí)間。GifFrame是保存各幀的對(duì)象，具體實(shí)現(xiàn)和內(nèi)部屬性如下
/**
* 各幀對(duì)象
*/
public static class GifFrame {
public Bitmap image;//靜態(tài)圖Bitmap
public int delay;//圖像延遲時(shí)間
public GifFrame(Bitmap im, int del) {
image = im;
delay = del;
}
}
GifDecoder定義了三種解碼狀態(tài)
public static final int STATUS_OK = 0;//解碼成功
public static final int STATUS_FORMAT_ERROR = 1;//圖片格式錯(cuò)誤
public static final int STATUS_OPEN_ERROR = 2;//打開圖片失敗
從GifDecoder的使用示例中，我們可以看到GifDecoder解碼GIF圖片的入口為read(InputStream is)方法，具體實(shí)現(xiàn)如下
protected int status;//解碼狀態(tài)
protected Vector<GifFrame> frames;//存放各幀對(duì)象的數(shù)組
protected int frameCount;//幀數(shù)
protected int[] gct; //全局顏色列表
protected int[] lct; //局部顏色列表
/**
* 解碼入口，讀取GIF圖片輸入流
* @param is
* @return
*/
public int read(InputStream is) {
init();
if (is != null) {
in = is;
readHeader();
if (!err()) {
readContents();
if (frameCount < 0) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
}
} else {
status = STATUS_OPEN_ERROR;
}
try {
is.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return status;
}
/**
* 初始化參數(shù)
*/
protected void init() {
status = STATUS_OK;
frameCount = 0;
frames = new Vector<GifFrame>();
gct = null;
lct = null;
}
/**
* 判斷當(dāng)前解碼過程是否出錯(cuò)
* @return
*/
protected boolean err() {
return status != STATUS_OK;
}
可以看到read(InputStream is)方法中體現(xiàn)了完整的解碼流程以及狀態(tài)判斷，其調(diào)用的readHeader()和readContents()即為具體的GIF內(nèi)部數(shù)據(jù)讀取方法。下一節(jié)我們將深入readHeader()方法看看GifDecoder是如何處理GIF文件頭(File Header)的
判斷傳入文件格式
解碼之前肯定要先判斷解碼的對(duì)象是否為GIF圖片，readHeader()中就實(shí)現(xiàn)了此判斷過程，判斷文件格式的代碼部分如下
/**
* 讀取GIF 文件頭、邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符、全局顏色列表
*/
protected void readHeader() {
//根據(jù)文件頭判斷是否GIF圖片
String id = "";
for (int i = 0; i < 6; i++) {
id += (char) read();
}
if (!id.toUpperCase().startsWith("GIF")) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
return;
}
//解析GIF邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符和全局顏色列表
...
}
/**
* 按順序一個(gè)一個(gè)讀取輸入流字節(jié)，失敗則設(shè)置讀取失敗狀態(tài)碼
* @return
*/
protected int read() {
int curByte = 0;
try {
curByte = in.read();
} catch (Exception e) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
return curByte;
}
怎么理解這段代碼呢？前文我們提到文件頭(File Header)中包含了GIF的文件署名和版本號(hào)，共占6個(gè)字節(jié)（見下圖），其中前3個(gè)字節(jié)存放的是GIF的文件署名，即‘G’、‘I’、‘F’三個(gè)字符，那么這段代碼就很好理解了，就是根據(jù)讀取出來的文件頭字符串開頭是否為‘GIF’來判斷此文件格式符不符合要求
讀取GIF大小、顏色深度等全局屬性
readHeader()中還有一部分代碼，如下
protected boolean gctFlag;//是否使用了全局顏色列表
protected int bgIndex; //背景顏色索引
protected int gctSize; //全局顏色列表大小
protected int bgColor; //背景顏色
protected void readHeader() {
//根據(jù)文件頭判斷是否GIF圖片
...
//讀取GIF邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符
readLSD();
//讀取全局顏色列表
if (gctFlag && !err()) {
gct = readColorTable(gctSize);
bgColor = gct[bgIndex];//根據(jù)索引在全局顏色列表拿到背景顏色
}
}
其對(duì)應(yīng)的正是GIF數(shù)據(jù)流(GIF Data Stream)的前兩部分邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符(Logical Screen Descriptor)與全局顏色列表(Global Color Table)的解析，也就是說readHeader()完成了讀取GIF圖像數(shù)據(jù)前所有全局屬性、配置信息的讀取與解析。接下來我們先看readLSD()方法是如何解析邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符(Logical Screen Descriptor)（見下圖）的
protected int width;//完整的GIF圖像寬度
protected int height;//完整的GIF圖像高度
protected int pixelAspect; //像素寬高比(Pixel Aspect Radio)
/**
* 讀取邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符(Logical Screen Descriptor)與全局顏色列表(Global Color Table)
*/
protected void readLSD() {
//獲取GIF圖像寬高
width = readShort();
height = readShort();
/**
* 解析全局顏色列表(Global Color Table)的配置信息
* 配置信息占一個(gè)字節(jié)，具體各Bit存放的數(shù)據(jù)如下
* 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
* | m | cr | s | pixel |
*/
int packed = read();
gctFlag = (packed & 0x80) != 0;//判斷是否有全局顏色列表（m,0x80在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示為1000 0000）
gctSize = 2 << (packed & 7);//讀取全局顏色列表大?。╬ixel）
//讀取背景顏色索引和像素寬高比(Pixel Aspect Radio)
bgIndex = read();
pixelAspect = read();
}
/**
* 讀取兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)
* @return
*/
protected int readShort() {
return read() | (read() << 8);
}
根據(jù)readLSD()的讀取結(jié)果，我們知道了此GIF圖像中是否含有全局顏色列表(Global Color Table)（見下圖），如果有，就調(diào)用readColorTable(int ncolors)方法獲取全局顏色列表
/**
* 讀取顏色列表
* @param ncolors 列表大小，即顏色數(shù)量
* @return
*/
protected int[] readColorTable(int ncolors) {
int nbytes = 3 * ncolors;//一個(gè)顏色占3個(gè)字節(jié)（r g b 各占1字節(jié)），因此占用空間為 顏色數(shù)量*3 字節(jié)
int[] tab = null;
byte[] c = new byte[nbytes];
int n = 0;
try {
n = in.read(c);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
if (n < nbytes) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
} else {//開始解析顏色列表
tab = new int[256];//設(shè)置最大尺寸避免邊界檢查
int i = 0;
int j = 0;
while (i < ncolors) {
int r = ((int) c[j++]) & 0xff;
int g = ((int) c[j++]) & 0xff;
int b = ((int) c[j++]) & 0xff;
tab[i++] = 0xff000000 | (r << 16) | (g << 8) | b;
}
}
return tab;
}
至此readHeader()我們就分析完了，接下來分析readContents()方法是如何提取GIF圖像的各幀圖片的
提取各幀圖片
我們先直接觀察readContents()方法內(nèi)部是如何運(yùn)作的
/**
* 讀取圖像塊內(nèi)容
*/
protected void readContents() {
boolean done = false;
while (!(done || err())) {
int code = read();
switch (code) {
//圖象標(biāo)識(shí)符(Image Descriptor)開始
case 0x2C:
readImage();
break;
//擴(kuò)展塊開始
case 0x21: //擴(kuò)展塊標(biāo)識(shí)，固定值0x21
code = read();
switch (code) {
case 0xf9: //圖形控制擴(kuò)展塊標(biāo)識(shí)(Graphic Control Label)，固定值0xf9
readGraphicControlExt();
break;
case 0xff: //應(yīng)用程序擴(kuò)展塊標(biāo)識(shí)(Application Extension Label)，固定值0xFF
readBlock();
String app = "";
for (int i = 0; i < 11; i++) {
app += (char) block[i];
}
if (app.equals("NETSCAPE2.0")) {
readNetscapeExt();
} else {
skip(); // don't care
}
break;
default: //其他擴(kuò)展都選擇跳過
skip();
}
break;
case 0x3b://標(biāo)識(shí)GIF文件結(jié)束，固定值0x3B
done = true;
break;
case 0x00: //可能會(huì)出現(xiàn)的壞字節(jié)，可根據(jù)需要在此處編寫壞字節(jié)分析等相關(guān)內(nèi)容
break;
default:
status = STATUS_FORMAT_ERROR;
}
}
}
readContents()的核心流程就是根據(jù)塊的標(biāo)識(shí)來判斷當(dāng)前解碼的位置，調(diào)用相應(yīng)的方法對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行解碼。如果GIF版本為89a，則數(shù)據(jù)塊中可能含有擴(kuò)展塊（可選）。其中圖像延遲時(shí)間存放在圖形控制擴(kuò)展(Graphic Control Extension)中，因此我們重點(diǎn)分析如何讀取圖形控制擴(kuò)展(Graphic Control Extension)（見下圖），其他擴(kuò)展塊解碼大家可以對(duì)照著代碼注釋和GIF結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)自行研究，這里就不多贅述了
解碼圖形控制擴(kuò)展(Graphic Control Extension)的方法為readGraphicControlExt()，有了上圖對(duì)各字節(jié)的說明其代碼也就很容易理解了，如下
/**
* 讀取圖形控制擴(kuò)展塊
*/
protected void readGraphicControlExt() {
read();//按讀取順序，此處為塊大小
int packed = read();//讀取處置方法、用戶輸入標(biāo)志等
dispose = (packed & 0x1c) >> 2; //從packed中解析出處置方法(Disposal Method)
if (dispose == 0) {
dispose = 1; //elect to keep old image if discretionary
}
transparency = (packed & 1) != 0;//從packed中解析出透明色標(biāo)志
delay = readShort() * 10;//讀取延遲時(shí)間(毫秒)
transIndex = read();//讀取透明色索引
read();//按讀取順序，此處為標(biāo)識(shí)塊終結(jié)(Block Terminator)
}
GIF中可能含有多個(gè)圖像塊，圖像塊包含圖象標(biāo)識(shí)符(Image Descriptor)（見下圖）、局部顏色列表(Local Color Table)（根據(jù)局部顏色列表標(biāo)志確定是否存在）以及基于顏色列表的圖象數(shù)據(jù)(Table-Based Image Data)
readContents()方法中遍歷了所有圖像塊，并調(diào)用readImage()進(jìn)行解碼，代碼及注釋如下
protected boolean lctFlag;//局部顏色列表標(biāo)志(Local Color Table Flag)
protected boolean interlace;//交織標(biāo)志(Interlace Flag)
protected int lctSize;//局部顏色列表大小(Size of Local Color Table)
/**
* 按順序讀取圖像塊數(shù)據(jù)：
* 圖象標(biāo)識(shí)符(Image Descriptor)
* 局部顏色列表(Local Color Table)（有的話）
* 基于顏色列表的圖象數(shù)據(jù)(Table-Based Image Data)
*/
protected void readImage() {
/**
* 開始讀取圖象標(biāo)識(shí)符(Image Descriptor)
*/
ix = readShort();//x方向偏移量
iy = readShort();//y方向偏移量
iw = readShort();//圖像寬度
ih = readShort();//圖像高度
int packed = read();
lctFlag = (packed & 0x80) != 0;//局部顏色列表標(biāo)志(Local Color Table Flag)
interlace = (packed & 0x40) != 0;//交織標(biāo)志(Interlace Flag)
// 3 - sort flag
// 4-5 - reserved
lctSize = 2 << (packed & 7);//局部顏色列表大小(Size of Local Color Table)
/**
* 開始讀取局部顏色列表(Local Color Table)
*/
if (lctFlag) {
lct = readColorTable(lctSize);//解碼局部顏色列表
act = lct;//若有局部顏色列表，則圖象數(shù)據(jù)是基于局部顏色列表的
} else {
act = gct; //否則都以全局顏色列表為準(zhǔn)
if (bgIndex == transIndex) {
bgColor = 0;
}
}
int save = 0;
if (transparency) {
save = act[transIndex];//保存透明色索引位置原來的顏色
act[transIndex] = 0;//根據(jù)索引位置設(shè)置透明顏色
}
if (act == null) {
status = STATUS_FORMAT_ERROR;//若沒有顏色列表可用，則解碼出錯(cuò)
}
if (err()) {
return;
}
/**
* 開始解碼圖像數(shù)據(jù)
*/
decodeImageData();
skip();
if (err()) {
return;
}
frameCount++;
image = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.RGB_565);
setPixels(); //將像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像Bitmap
frames.addElement(new GifFrame(image, delay));//添加到幀圖集合
// list
if (transparency) {
act[transIndex] = save;//重置回原來的顏色
}
resetFrame();
}
readImage()中分三步進(jìn)行：讀取圖象標(biāo)識(shí)符(Image Descriptor)、讀取局部顏色列表(Local Color Table)和解碼圖像數(shù)據(jù)。其中圖像數(shù)據(jù)是如何解碼并轉(zhuǎn)換成Bitmap圖像因?yàn)樘珡?fù)雜這里就不詳細(xì)展開描述了，以后可能會(huì)專門寫個(gè)番外篇進(jìn)行分析，當(dāng)然小伙伴們也可以自行閱讀分析這部分源碼：decodeImageData()、setPixels()
至此 GifDecoder就基本分析完了，如果有講解不到位的地方歡迎大家留言指正。如果大家看了感覺還不錯(cuò)麻煩點(diǎn)個(gè)贊，你們的支持是我最大的動(dòng)力~
