OpenCV学习：Mat类详细解析+源码剖析（三）遍历矩阵中元素

本节主要介绍如何遍历Mat数组中的元素，遍历Mat中元素的相关函数，其中包括at族函数和ptr族函数，以及矩阵内存的布局，以及许多C++相关的知识点，这是整个Mat类的精髓，也注定了这将是华丽丽的一篇！
你如何定位矩阵中的元素？

OpenCV Tutorials中给出了三种方法遍历数组中的元素：（一）高效的经典的C运算子[ ]方法；（二）安全的C++中迭代器方法；（三）动态地址计算方法。下面简要介绍下三种方法的主要用法以及优缺点

（一）无人能及的C []运算子，基于ptr函数族

 int i,j;
    uchar* p;
    for( i = 0; i < nRows; ++i)
    {
        p = I.ptr(i);//获取行指针
        for ( j = 0; j < nCols; ++j)
        {
            p[j] = table[p[j]];             
        }
    }

最高效的方法
（二）C++迭代器方法

  MatIterator_ it, end;
   for( it = I.begin(), end = I.end(); it != end; ++it)
          *it = table[*it];
   break;

最安全的方法
（三）动态地址计算方法：主要使用at函数族，千万不要用！

for( int i = 0; i < I.rows; ++i)
    for( int j = 0; j < I.cols; ++j )
        I.at(i,j) = table[I.at(i,j)];

此种方法适合随机访问操作，而并不适合遍历操作。相较于最高效的C方法，这种方法遍历每一个图像元素时都会重新生成一个行指针。稍后会分析方法（一）和方法（三）到底差在哪里。
Tutotials中也给出了上述三种方法的时间对比

Efficient Way	Iterator	On-The-Fly RA
79.4717 milliseconds	83.7201 milliseconds	93.7878 milliseconds

所以说，遍历矩阵时，首选方法是方法一。
为什么方法一和方法三会差那么多呢？下面通过分析Mat的at函数族和ptr函数族回答这个问题。
at函数族和ptr函数族

at函数族：

template _Tp& at(int i0=0);
template const _Tp& at(int i0=0) const;
 …...
template _Tp& at(Point pt);
template const _Tp& at(Point pt) const;

ptr函数族：

uchar* ptr(int i0=0);
const uchar* ptr(int i0=0) const;
 …...
template _Tp* ptr(const Vec& idx);
template const _Tp* ptr(const Vec& idx) const;

ptr函数典型源码：

inline uchar* Mat::ptr(int y)
{
    return data + step.p[0]*y;
}

at函数典型源码：

template inline _Tp& Mat::at(int i0, int i1)
{
    return ((_Tp*)(data + step.p[0]*i0))[i1];
}

step.p[0]的解释见： OpenCV学习：Mat类详细解析+源码剖析（四）MSize类和Mstep类

以二维情况为例，ptr返回的是指针（某维度某偏移的起始地址），下图所示，at比ptr更进一步，获得指针后又使用[ ]提取出了数值。上文中方法一和方法三最大差异所在，方法一中一个头指针可以运用于整行数据，但是方法四中每遍历一个元素就要算一次行指针，也就是说方法一中行指针计算了row次，而方法三中行指针计算了row×col次！