OpenCV Mat的实现

由于Mat在OpneCV里的地位非常重要,这篇文章打算好好研究一番...估计时间跨度会非常长...慢慢更新...

关于Mat的定义,参看我的这篇博客 http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50808753 

先上常用的函数,因为很多函数内部都可能用到这些函数,所以这样方便看下面的复杂函数

看这些前,建议先看看我上面的博客,对Mat有一个更好的理解,这样下面看起来就轻松了

//! returns true iff the matrix data is continuous
// (i.e. when there are no gaps between successive rows).
// similar to CV_IS_MAT_CONT(cvmat->type)
bool isContinuous() const;
//! returns true if the matrix is a submatrix of another matrix
bool isSubmatrix() const;
//! returns element size in bytes,
// similar to CV_ELEM_SIZE(cvmat->type)
size_t elemSize() const;
//! returns the size of element channel in bytes.
size_t elemSize1() const;
//! returns element type, similar to CV_MAT_TYPE(cvmat->type)
int type() const;
//! returns element type, similar to CV_MAT_DEPTH(cvmat->type)
int depth() const;
//! returns element type, similar to CV_MAT_CN(cvmat->type)
int channels() const;
//! returns step/elemSize1()
size_t step1(int i=0) const;
//! returns true if matrix data is NULL
bool empty() const;
//! returns the total number of matrix elements
size_t total() const;

inline bool Mat::isContinuous() const { return (flags & CONTINUOUS_FLAG) != 0; }
直接看连续标志就可以了

inline bool Mat::isSubmatrix() const { return (flags & SUBMATRIX_FLAG) != 0; }
直接看子矩阵标志就可以了,这个在ROI里很常用

inline size_t Mat::elemSize() const { return dims > 0 ? step.p[dims-1] : 0; }
返回矩阵每个元素的字节数,depth对应的数据类型*通道数,比如CV_8UC3,depth是CV_8U,是1个字节,通道数是3,所以elemSize为1*3,而这个值刚好step.p[dims-1],因为最后一维寻址刚好跳跃的间距是每个元素所占的字节数

inline size_t Mat::elemSize1() const { return CV_ELEM_SIZE1(flags); }
这个就是elemSize/通道数,也就是只考虑depth对应字节数就可以了

/* Size of each channel item,
   0x124489 = 1000 0100 0100 0010 0010 0001 0001 ~ array of sizeof(arr_type_elem) */
#define CV_ELEM_SIZE1(type) \
    ((((sizeof(size_t)<<28)|0x8442211) >> CV_MAT_DEPTH(type)*4) & 15)

/* 0x3a50 = 11 10 10 01 01 00 00 ~ array of log2(sizeof(arr_type_elem)) */
#define CV_ELEM_SIZE(type) \
    (CV_MAT_CN(type) << ((((sizeof(size_t)/4+1)*16384|0x3a50) >> CV_MAT_DEPTH(type)*2) & 3))
对应两个变态的宏,其实也不变态了,例如第 2个宏里的0x3a50是7种类型的编码,对于uchar和schar是单字节的,我们需要搞个1出来,而CV_8U,CV_8S是0和1,我们乘2得到0和2,0x3a50右移0位和2位,然后&3,&3相当于提取末两位,这样右移0位和2位得到的末2位都是0,所以我们把depth左移0位相当于乘1...于是就用这个方法凑出每种类型对应的末2位,这样得到了0x3a50这个数了...前面16384*2实际上就是1<<15,这个就是子矩阵的标志,或上去在这个宏里不会影响末2位的,也就是这里是多余的,可以删掉2*16384...

inline int Mat::type() const { return CV_MAT_TYPE(flags); }
inline int Mat::depth() const { return CV_MAT_DEPTH(flags); }
inline int Mat::channels() const { return CV_MAT_CN(flags); }
这些看  http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50785649 ,分别取type(12位二进制数),depth(3位二进制数)和channels(数字)

inline size_t Mat::step1(int i) const { return step.p[i]/elemSize1(); }
这个感觉没什么意义...

inline size_t Mat::total() const
{
    if( dims <= 2 )
        return rows*cols;
    size_t p = 1;
    for( int i = 0; i < dims; i++ )
        p *= size[i];
    return p;
}
矩阵元素个数

inline bool Mat::empty() const { return data == 0 || total() == 0; }
矩阵为空的条件是data=null或者元素个数为0


先来看一个重要的函数

//! sets every matrix element to s
Mat& operator = (const Scalar& s);
这个函数规定了Mat的通道数小于等于4,所以Scalar是4维的够了,这个函数的作用就是将Mat的每个元素用Scalar赋值,如果Mat是k通道,k<=4,那么Scalar的前k维分别赋值给Mat的k维通道...注意一下,Scalar实际上是Scalar_,对于Mat元素不是double型的,则系统自动使用saturate_cast进行转换,关于saturate_cast,参考我的博客 http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50811783 

具体实现

Mat& Mat::operator = (const Scalar& s)
{
    const Mat* arrays[] = { this };
    uchar* ptr;
    NAryMatIterator it(arrays, &ptr, 1);
    size_t size = it.size*elemSize(); //获得超平面字节数

    if( s[0] == 0 && s[1] == 0 && s[2] == 0 && s[3] == 0 )
    {
        //全0的情况直接按字节填充0
        for( size_t i = 0; i < it.nplanes; i++, ++it )
            memset( ptr, 0, size );
    }
    else
    {
        if( it.nplanes > 0 ) //先填充第一个超平面
        {
            double scalar[12];
            scalarToRawData(s, scalar, type(), 12);
            size_t blockSize = 12*elemSize1();

            for( size_t j = 0; j < size; j += blockSize )
            {
                size_t sz = MIN(blockSize, size - j);
                memcpy( ptr + j, scalar, sz );
            }
        }

        for( size_t i = 1; i < it.nplanes; i++ )
        {
            //填充完第一个超平面后data已经有数据了,因为ptr是指针
            ++it;
            memcpy( ptr, data, size ); //用第一个超平面拷贝到其他超平面
        }
    }
    return *this;
}

里面有NAryMatIterator这个类,实际上这个是一个迭代器,推荐看一下我的另一篇 http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/51195572 ,看完之后,你会发现在opencv里考虑了矩阵不连续存储的情况,所以这个迭代器将会以超平面的形式遍历矩阵

我们看看scalarToRawData这个函数

void scalarToRawData(const Scalar& s, void* _buf, int type, int unroll_to)
{
    int i, depth = CV_MAT_DEPTH(type), cn = CV_MAT_CN(type);
    CV_Assert(cn <= 4);
    switch(depth)
    {
    case CV_8U:
        {
        uchar* buf = (uchar*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_8S:
        {
        schar* buf = (schar*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_16U:
        {
        ushort* buf = (ushort*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_16S:
        {
        short* buf = (short*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_32S:
        {
        int* buf = (int*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_32F:
        {
        float* buf = (float*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        }
        break;
    case CV_64F:
        {
        double* buf = (double*)_buf;
        for(i = 0; i < cn; i++)
            buf[i] = saturate_cast(s.val[i]);
        for(; i < unroll_to; i++)
            buf[i] = buf[i-cn];
        break;
        }
    default:
        CV_Error(CV_StsUnsupportedFormat,"");
    }
}
对不同的depth采用了不同的数据转换,因为unroll_to传进来的是12,也就是每次赋值12个,这里为什么是12?因为通道数只能是1,2,3,4,所以为了不把1个元素的通道分割开来,我们需要用1,2,3,4的公倍数,而12就是最小的公倍数,举个例子,如果通道数可以是5,那么假设超平面有3个元素,那么就是3*5=15个,而此时用12去复制一次,还剩3个,然后size_t sz = MIN(blockSize, size - j);这句代码会去sz=min(12,3)=3,于是再用12的前3个去复制剩余的3个,那么我们想,这样会是正确的吗?显然不对啊,因为12中的前10个刚好是2*5,对应两个矩阵的元素,12中的后两个对应第3个元素的前两个通道,所以剩余3个不能用12的前3个来填,这个是衔接不上的...所以需要公倍数

这个复制语句我们将在很多Mat的构造函数看到...


最重要的3个create函数

//! allocates new matrix data unless the matrix already has specified size and type.
// previous data is unreferenced if needed.
void create(int _rows, int _cols, int _type);
void create(Size _size, int _type);
void create(int _ndims, const int* _sizes, int _type);

具体实现

inline void Mat::create(int _rows, int _cols, int _type)
{
    _type &= TYPE_MASK;
    //如果矩阵参数相同并且数据区域!=null不创建矩阵
    if( dims <= 2 && rows == _rows && cols == _cols && type() == _type && data )
        return;
    int sz[] = {_rows, _cols};
    create(2, sz, _type);
}
inline void Mat::create(Size _sz, int _type)
{
    create(_sz.height, _sz.width, _type);
}
void Mat::create(int d, const int* _sizes, int _type)
{
    int i;
    CV_Assert(0 <= d && _sizes && d <= CV_MAX_DIM && _sizes);
    _type = CV_MAT_TYPE(_type);

    if( data && (d == dims || (d == 1 && dims <= 2)) && _type == type() )
    {
        if( d == 2 && rows == _sizes[0] && cols == _sizes[1] )
            return;
        for( i = 0; i < d; i++ )
            if( size[i] != _sizes[i] )
                break;
        if( i == d && (d > 1 || size[1] == 1))
            return;
    }

    release();
    if( d == 0 )
        return;
    flags = (_type & CV_MAT_TYPE_MASK) | MAGIC_VAL;
    setSize(*this, d, _sizes, 0, allocator == 0);

    if( total() > 0 )
    {
        if( !allocator )
        {
            size_t total = alignSize(step.p[0]*size.p[0], (int)sizeof(*refcount));
            data = datastart = (uchar*)fastMalloc(total + (int)sizeof(*refcount));
            refcount = (int*)(data + total);
            *refcount = 1;
        }
        else
        {
            allocator->allocate(dims, size, _type, refcount, datastart, data, step.p);
            CV_Assert( step[dims-1] == (size_t)CV_ELEM_SIZE(flags) );
        }
    }

    finalizeHdr(*this);
}

其实前两个都会调用第3个,所以看第3个就可以了...

当allocator==NULL,则会分配data空间,datastart=data,引用计数设置为1... 其他函数详见下面分析

CV_MAX_DIM=32,也就是说最多创建32维的矩阵,上来先判断需要创建的矩阵是否已存在,否则release

inline void Mat::release()
{
    if( refcount && CV_XADD(refcount, -1) == 1 )
        deallocate();
    data = datastart = dataend = datalimit = 0;
    size.p[0] = 0;
    refcount = 0;
}

void Mat::deallocate()
{
    if( allocator )
        allocator->deallocate(refcount, datastart, data);
    else
    {
        CV_DbgAssert(refcount != 0);
        fastFree(datastart);
    }
}

CV_XADD可以看成后置自增运算.,可以参考我的博客  http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50971503 

也就是当refcount为1,马上减为0,就需要释放掉,调用dellocate

先看一下setSize

static inline void setSize( Mat& m, int _dims, const int* _sz,
                            const size_t* _steps, bool autoSteps=false )
{
    CV_Assert( 0 <= _dims && _dims <= CV_MAX_DIM );
    if( m.dims != _dims )
    {
        if( m.step.p != m.step.buf )
        {
            fastFree(m.step.p);
            m.step.p = m.step.buf;
            m.size.p = &m.rows;
        }
        if( _dims > 2 )
        {
            m.step.p = (size_t*)fastMalloc(_dims*sizeof(m.step.p[0]) + (_dims+1)*sizeof(m.size.p[0]));
            m.size.p = (int*)(m.step.p + _dims) + 1;
            m.size.p[-1] = _dims;
            m.rows = m.cols = -1;
        }
    }

    m.dims = _dims;
    if( !_sz )
        return;

    size_t esz = CV_ELEM_SIZE(m.flags), total = esz;
    int i;
    for( i = _dims-1; i >= 0; i-- )
    {
        int s = _sz[i];
        CV_Assert( s >= 0 );
        m.size.p[i] = s;

        if( _steps )
            m.step.p[i] = i < _dims-1 ? _steps[i] : esz;
        else if( autoSteps )
        {
            m.step.p[i] = total;
            int64 total1 = (int64)total*s;
            if( (uint64)total1 != (size_t)total1 )
                CV_Error( CV_StsOutOfRange, "The total matrix size does not fit to \"size_t\" type" );
            total = (size_t)total1;
        }
    }

    if( _dims == 1 )
    {
        m.dims = 2;
        m.cols = 1;
        m.step[1] = esz;
    }
}
我们在读代码时,发现Mat是没有1维的情况,函数自动将1维转成2维,而第二维长度为1,其次对于2维的情况,size.p和step.p是不需要申请空间的,size.p[0]和rows的地址相同,size.p[1]与clos的地址 相同,同理step.p和buf的地址相同,对于大于2维的情况rows=cols=-1,此时buf没用了 ,size.p和step.p独立申请空间,可以发现size.p多申请了4个字节的空间,size.p[-1]用来存dims(维数),step数组可以传进来,当然也可以不传进来,通过size数组来算,这个刚好可以用于第一次创建矩阵,autoStep可以传true进来...create里使用了allocator==0显然第一次创建allocator必然为0,所以相当于传了true...

里面还有fastMalloc和fastFree两个函数,这是opencv库分配和释放内存的函数,其中使用了指针对齐的技术,

详见我的博客 http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50971503 

create里的alignSize

/*!
  Aligns buffer size by the certain number of bytes

  This small inline function aligns a buffer size by the certian number of bytes by enlarging it.
*/
static inline size_t alignSize(size_t sz, int n)
{
    return (sz + n-1) & -n;
}
注意当n为2的幂才有意义,例如n=4,二进制100,-n的二进制位111...1100,&-n相当于截取高位为n的倍数的部分,这里当且仅当n为2的幂次,实际上就是求大于等于n的最小的n的倍数...

static void finalizeHdr(Mat& m)
{
    updateContinuityFlag(m);
    int d = m.dims;
    if( d > 2 )
        m.rows = m.cols = -1;
    if( m.data )
    {
        m.datalimit = m.datastart + m.size[0]*m.step[0];
        if( m.size[0] > 0 )
        {
            m.dataend = m.data + m.size[d-1]*m.step[d-1];
            for( int i = 0; i < d-1; i++ )
                m.dataend += (m.size[i] - 1)*m.step[i];
        }
        else
            m.dataend = m.datalimit;
    }
    else
        m.dataend = m.datalimit = 0;
}
这个函数做了最后的一些成员变量的更新,可以看到当d>2时,rows=cols=-1,datastart是数据的起始位置,其值等于data,datalimit是数据区域的末地址(包括矩阵不连续存储的末尾的一些空白字节),dataend是真正的数据的结束位置,它和datalimit的区别是当矩阵不连续存储,末尾部分空白字节不算进去了...所以只有当矩阵连续存储时,这两个值是一样的...

static void updateContinuityFlag(Mat& m)
{
    int i, j;
    for( i = 0; i < m.dims; i++ )
    {
        if( m.size[i] > 1 )
            break;
    }

    for( j = m.dims-1; j > i; j-- )
    {
        if( m.step[j]*m.size[j] < m.step[j-1] )
            break;
    }

    int64 t = (int64)m.step[0]*m.size[0];
    if( j <= i && t == (int)t )
        m.flags |= Mat::CONTINUOUS_FLAG;
    else
        m.flags &= ~Mat::CONTINUOUS_FLAG;
}
更新连续标志,非常简单,首先找到最开始的一维,长度大于1,因为长度为1,只有一个超平面,是不会有间隔之说的(也就是肯定连续的),然后从d-1维枚举到i,如果满足不等式则说明中间有填补的空白字符,是不连续的,于是更新flags标记...否则将flags的CONTINUOUS_FLAG(1<<14)这位清空,使用位运算就是&~CONTINUOUS_FLAG

接下来是Mat一些构造函数

//! default constructor
Mat();
//! constructs 2D matrix of the specified size and type
// (_type is CV_8UC1, CV_64FC3, CV_32SC(12) etc.)
Mat(int _rows, int _cols, int _type);
Mat(Size _size, int _type);
//! constucts 2D matrix and fills it with the specified value _s.
Mat(int _rows, int _cols, int _type, const Scalar& _s);
Mat(Size _size, int _type, const Scalar& _s);
//! constructs n-dimensional matrix
Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type);
Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type, const Scalar& _s);

没什么好说的,基本上都是在内部调用create函数,Scalar则使用我上面讲的Mat = Scalar函数

inline Mat::Mat()
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
}

inline Mat::Mat(int _rows, int _cols, int _type)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create(_rows, _cols, _type);
}

inline Mat::Mat(int _rows, int _cols, int _type, const Scalar& _s)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create(_rows, _cols, _type);
    *this = _s;
}

inline Mat::Mat(Size _sz, int _type)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create( _sz.height, _sz.width, _type );
}
    
inline Mat::Mat(Size _sz, int _type, const Scalar& _s)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create(_sz.height, _sz.width, _type);
    *this = _s;
}
    
inline Mat::Mat(int _dims, const int* _sz, int _type)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create(_dims, _sz, _type);
}

inline Mat::Mat(int _dims, const int* _sz, int _type, const Scalar& _s)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    create(_dims, _sz, _type);
    *this = _s;
}    

拷贝构造
//! copy constructor
Mat(const Mat& m);

inline Mat::Mat(const Mat& m)
    : flags(m.flags), dims(m.dims), rows(m.rows), cols(m.cols), data(m.data),
    refcount(m.refcount), datastart(m.datastart), dataend(m.dataend),
    datalimit(m.datalimit), allocator(m.allocator), size(&rows)
{
    if( refcount )
        CV_XADD(refcount, 1);
    if( m.dims <= 2 )
    {
        step[0] = m.step[0]; step[1] = m.step[1];
    }
    else
    {
        dims = 0;
        copySize(m);
    }
}
当refcount不为0时,才加1,为什么呢?因为当refcount为0时,说明原矩阵只有一个矩阵头,并没有数据区域,所以拷贝构造过来当然也没有数据区域了...

注意:拷贝构造函数值拷贝了一个矩阵头...数据区域是公用的...所以当改变拷贝矩阵的数据时,原矩阵也跟着改变...要小心使用...

当维数小于等于2的情况,step复制一下就可以了,因为size在冒号语法里已初始化,否则调用copySize

void Mat::copySize(const Mat& m)
{
    setSize(*this, m.dims, 0, 0);
    for( int i = 0; i < dims; i++ )
    {
        size[i] = m.size[i];
        step[i] = m.step[i];
    }
}

在copySize里调用了setSize,注意调用前dims清0,这样在setSize里step和size会申请空间...最后复制一下数据就可以了

利用用户自己构造的数据来创建Mat

//! constructor for matrix headers pointing to user-allocated data
Mat(int _rows, int _cols, int _type, void* _data, size_t _step=AUTO_STEP);
Mat(Size _size, int _type, void* _data, size_t _step=AUTO_STEP);
Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type, void* _data, const size_t* _steps=0);
具体实现

inline Mat::Mat(int _rows, int _cols, int _type, void* _data, size_t _step)
    : flags(MAGIC_VAL + (_type & TYPE_MASK)), dims(2), rows(_rows), cols(_cols),
    data((uchar*)_data), refcount(0), datastart((uchar*)_data), dataend(0),
    datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    size_t esz = CV_ELEM_SIZE(_type), minstep = cols*esz;
    if( _step == AUTO_STEP )
    {
        _step = minstep;
        flags |= CONTINUOUS_FLAG;
    }
    else
    {
        if( rows == 1 ) _step = minstep;
        CV_DbgAssert( _step >= minstep );
        flags |= _step == minstep ? CONTINUOUS_FLAG : 0;
    }
    step[0] = _step; step[1] = esz;
    datalimit = datastart + _step*rows;
    dataend = datalimit - _step + minstep;
}

这个函数创建的是二维矩阵,1~4通道,函数参数里data是用户创建的数据区域首地址,_step是每一行元素所占的字节数,_step默认是0,此时函数会自动根据cols*elemSize来计算...但也可以传入一个具体的值,这个值可以大于cols*elemSize,也就是用户自己分配的数据区域同样可以不连续,那么更新flag的连续性标志就可以根据这个大于来做...dataend是数据结束的地址,不包括填充的空白字节,所以减去_step,最后一行单独算,于是加上cols *elemSize,由于这块 数据区域是用户自己分配的,所以refcount不需要设置为1,也就是这块区域无需Mat自己释放...
inline Mat::Mat(Size _sz, int _type, void* _data, size_t _step)
    : flags(MAGIC_VAL + (_type & TYPE_MASK)), dims(2), rows(_sz.height), cols(_sz.width),
    data((uchar*)_data), refcount(0), datastart((uchar*)_data), dataend(0),
    datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    size_t esz = CV_ELEM_SIZE(_type), minstep = cols*esz;
    if( _step == AUTO_STEP )
    {
        _step = minstep;
        flags |= CONTINUOUS_FLAG;
    }
    else
    {
        if( rows == 1 ) _step = minstep;
        CV_DbgAssert( _step >= minstep );
        flags |= _step == minstep ? CONTINUOUS_FLAG : 0;
    }
    step[0] = _step; step[1] = esz;
    datalimit = datastart + _step*rows;
    dataend = datalimit - _step + minstep;
}
第二个类似,不讲了...

Mat::Mat(int _dims, const int* _sizes, int _type, void* _data, const size_t* _steps)
    : flags(MAGIC_VAL|CV_MAT_TYPE(_type)), dims(0),
    rows(0), cols(0), data((uchar*)_data), refcount(0),
    datastart((uchar*)_data), dataend((uchar*)_data), datalimit((uchar*)_data),
    allocator(0), size(&rows)
{
    setSize(*this, _dims, _sizes, _steps, true);
    finalizeHdr(*this);
}
调用setSize和finalizeHdr,注意最后一维必须要连续,因为setSize会把step[dims-1]设为elemSize的,官方文档也有说明...

inline Mat& Mat::operator = (const Mat& m)
{
    if( this != &m )
    {
        if( m.refcount )
            CV_XADD(m.refcount, 1);
        release();
        flags = m.flags;
        if( dims <= 2 && m.dims <= 2 )
        {
            dims = m.dims;
            rows = m.rows;
            cols = m.cols;
            step[0] = m.step[0];
            step[1] = m.step[1];
        }
        else
            copySize(m);
        data = m.data;
        datastart = m.datastart;
        dataend = m.dataend;
        datalimit = m.datalimit;
        refcount = m.refcount;
        allocator = m.allocator;
    }
    return *this;
}

复制构造函数,如果两个对象指针相同,直接返回,否则先维护引用数,再维护其他域,如果小于等2维,直接拷贝,大于2为需要copySize,这个函数上面已分析...

接下来我们考虑如何截取子矩阵,同时更新flags|=SUBMATRIX_FLAG,我们不需要重新复制数据区域,只需要增加引用计数,并且我们需要修改data的首地址为子矩阵的第一个元素的地址,同时需要更新每一维的size,但是我们不需要更新step,为什么呢?因为我们引用的是之前的矩阵的数据区域,这个数据区域可能比子矩阵大,所以子矩阵不一定连续存储,所以我们计算子矩阵某个元素的地址,还是需要按照之前的矩阵的step来计算,同时我们考虑更新CONTINUOUS_FLAG标志...

//! creates a matrix header for a part of the bigger matrix
Mat(const Mat& m, const Range& rowRange, const Range& colRange=Range::all());
Mat(const Mat& m, const Rect& roi);
Mat(const Mat& m, const Range* ranges);

还有三个括号运算符

//! extracts a rectangular sub-matrix
// (this is a generalized form of row, rowRange etc.)
Mat operator()( Range rowRange, Range colRange ) const;
Mat operator()( const Rect& roi ) const;
Mat operator()( const Range* ranges ) const;

因为这之间调用关系复杂,所以我还是按照调用关系来吧

Mat::Mat(const Mat& m, const Range* ranges)
    : flags(m.flags), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    int i, d = m.dims;

    CV_Assert(ranges);
    for( i = 0; i < d; i++ )
    {
        //检查Range的范围是否正确
        Range r = ranges[i];
        CV_Assert( r == Range::all() || (0 <= r.start && r.start < r.end && r.end <= m.size[i]) );
    }
    *this = m; //在复制构造函数里,引用数自动增加1
    for( i = 0; i < d; i++ )
    {
        Range r = ranges[i];
        if( r != Range::all() && r != Range(0, size.p[i]))
        {
            size.p[i] = r.end - r.start; //更新size的每一维
            data += r.start*step.p[i]; //计算data为子矩阵的数据起始地址
            flags |= SUBMATRIX_FLAG; //更新SUBMATRIX_FLAG标志
        }
    }
    //更新连续性标志
    updateContinuityFlag(*this);
}
传入Range*构造n维子矩阵调用这个函数


inline Mat Mat::operator()(const Range* ranges) const
{
    return Mat(*this, ranges); //注意这里会有一个临时对象返回,但之后会被析构,因此引用数不会变多
}
这个调用上面一个


Mat::Mat(const Mat& m, const Range& rowRange, const Range& colRange)
    : flags(0), dims(0), rows(0), cols(0), data(0), refcount(0),
    datastart(0), dataend(0), datalimit(0), allocator(0), size(&rows)
{
    CV_Assert( m.dims >= 2 );
    if( m.dims > 2 )
    {
        //大于2维,从第3维开始默认全部是Range::all()
        AutoBuffer rs(m.dims);
        rs[0] = rowRange;
        rs[1] = colRange;
        for( int i = 2; i < m.dims; i++ )
            rs[i] = Range::all();
        *this = m(rs); //从处rs会隐式调用转换函数变成Range*
        //然后就是调用m的(Range*)运算符
        return;
    }
    //二维情况
    *this = m;
    if( rowRange != Range::all() && rowRange != Range(0,rows) )
    {
        CV_Assert( 0 <= rowRange.start && rowRange.start <= rowRange.end && rowRange.end <= m.rows );
        rows = rowRange.size();
        data += step*rowRange.start; //step隐式调用转换函数,返回buf[0]
        flags |= SUBMATRIX_FLAG; //更新子矩阵标记
    }

    if( colRange != Range::all() && colRange != Range(0,cols) )
    {
        CV_Assert( 0 <= colRange.start && colRange.start <= colRange.end && colRange.end <= m.cols );
        cols = colRange.size();
        data += colRange.start*elemSize();
        //如果列数小于原矩阵,则不连续
        flags &= cols < m.cols ? ~CONTINUOUS_FLAG : -1;
        flags |= SUBMATRIX_FLAG; //更新子矩阵标记
    }

    if( rows == 1 ) //一行必然是连续的
        flags |= CONTINUOUS_FLAG;

    if( rows <= 0 || cols <= 0 )
    {
        release();
        rows = cols = 0;
    }
}
这个函数也可用于多维,会调用上面的函数,关于AutoBuffer实际上是一个动态的数组,具体参考我的这篇博客  http://blog.csdn.net/gauss_acm/article/details/50969539


inline Mat Mat::operator()( Range rowRange, Range colRange ) const
{
    return Mat(*this, rowRange, colRange);
}


 //相当于Range(roi.x,roi.x+roi.width),Range(roi.y,roi.y+roi.height)
 Mat::Mat(const Mat& m, const Rect& roi)
    : flags(m.flags), dims(2), rows(roi.height), cols(roi.width),
    data(m.data + roi.y*m.step[0]), refcount(m.refcount),
    datastart(m.datastart), dataend(m.dataend), datalimit(m.datalimit),
    allocator(m.allocator), size(&rows)
{
    CV_Assert( m.dims <= 2 );
    //子矩阵的cols小于原矩阵,不连续
    flags &= roi.width < m.cols ? ~CONTINUOUS_FLAG : -1;
    //一行必定连续
    flags |= roi.height == 1 ? CONTINUOUS_FLAG : 0;

    size_t esz = CV_ELEM_SIZE(flags);
    data += roi.x*esz;
    CV_Assert( 0 <= roi.x && 0 <= roi.width && roi.x + roi.width <= m.cols &&
              0 <= roi.y && 0 <= roi.height && roi.y + roi.height <= m.rows );
    if( refcount )
        CV_XADD(refcount, 1);
    if( roi.width < m.cols || roi.height < m.rows )
        flags |= SUBMATRIX_FLAG;

    step[0] = m.step[0]; step[1] = esz;

    if( rows <= 0 || cols <= 0 )
    {
        release();
        rows = cols = 0;
    }
}


inline Mat Mat::operator()( const Rect& roi ) const
{ return Mat(*this, roi); }
这里做一下说明,关于子矩阵标志,当且仅当子矩阵和原矩阵不完全相同,即至少存在一维长度不同,否则不算子矩阵。


然后关于子矩阵寻址做一下严格的说明,以二维矩阵为例,设原矩阵的step信息:step[0]和step[1],子矩阵为[x0,y0]->[x1,y1],那么对于x0<=x<=x1,y0<=y<=y1,我们可以使用y*step[0]+x*step[1]定位,但这样每一维需要记录两个端点,于是我们来做一个平移变换,以子矩阵的左上角为参考系,那么左上角地址为D=y0*step[0]+x0*step[1],于是对于[x,y],我们可以用D+(y-y0)*step[0]+(x-x0)*step[1],于是我们只需要将[x0,x1]区间映射到[0,x1-x0],[y0,y1]映射到[0,y1-y0],这样[x,y]对应了[x-x0,y-y0],这样我们每一维我们只需要记录右端点x1-x0,y1-y0,再把子矩阵左上角地址赋值给data,这样就可以正确寻址了...大概是这么一个思想...

持续更新中...


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