2——FFMPEG之协议(文件)操作----AVIOContext, URLContext, URLProtocol
协议操作对象结构：
协议(文件)操作的顶层结构是AVIOContext，这个对象实现了带缓冲的读写操作；FFMPEG的输入对象AVFormat的pb字段指向一个AVIOContext。
AVIOContext的opaque实际指向一个URLContext对象，这个对象封装了协议对象及协议操作对象，其中prot指向具体的协议操作对象，priv_data指向具体的协议对象。
URLProtocol为协议操作对象，针对每种协议，会有一个这样的对象，每个协议操作对象和一个协议对象关联，比如，文件操作对象为ff_file_protocol，它关联的结构体是FileContext。
代码分析：
初始化AVIOFormat函数调用关系：
我们采用从底至上的方法分析源码。
URLProtocol是FFMPEG操作文件的结构(包括文件，网络数据流等等)，包括open、close、read、write、seek等操作。
在在av_register_all()函数中，通过调用REGISTER_PROTOCOL()宏，所有的URLProtocol都保存在以first_protocol为链表头的链表中。
URLProtocol结构体的定义为（简化版，未完全列出所有成员）：
typedef struct URLProtocol {
const char *name;
int (*url_open)( URLContext *h, const char *url, int flags);
int (*url_read)( URLContext *h, unsigned char *buf, int size);
int (*url_write)(URLContext *h, const unsigned char *buf, int size);
int64_t (*url_seek)( URLContext *h, int64_t pos, int whence);
int (*url_close)(URLContext *h);
int (*url_get_file_handle)(URLContext *h);
struct URLProtocol *next; // 指向下一个URLProtocol对象(所有URLProtocol以链表链接在一起)
int priv_data_size; // 和该URLProtocol对象关联的对象的大小
const AVClass *priv_data_class;
} URLProtocol;
以文件协议为例，ff_file_protocol变量定义为:
URLProtocol ff_file_protocol = {
.name = "file",
.url_open = file_open,
.url_read = file_read,
.url_write = file_write,
.url_seek = file_seek,
.url_close = file_close,
.url_get_file_handle = file_get_handle,
.url_check = file_check,
.priv_data_size = sizeof(FileContext),
.priv_data_class = &file_class,
};
从中可以看出，.priv_data_size的值为sizeof(FileContext)，即ff_file_protocol和FileContext想关联。
FileContext对象的定义为：
typedef struct FileContext {
const AVClass *class;
int fd; <span style="white-space:pre"> </span>// 文件描述符
int trunc; // 截断属性
int blocksize; // 块大小,每次读写文件最大字节数
} FileContext;
返回去看ff_file_protocol里的函数指针，以url_read成员为例，它指向file_read()函数，该函数的定义为：
static int file_read(URLContext *h, unsigned char *buf, int size)
{
FileContext *c = h->priv_data;
int r;
size = FFMIN(size, c->blocksize);
r = read(c->fd, buf, size);
return (-1 == r)?AVERROR(errno):r;
}
从代码可以看出：
1. 调用此函数时，URLContext的priv_data指向一个FileContext对象；
2. 该函数每次最大只读取FileContext.blocksize大小的数据。
从上面的代码中，还可发现一个重要的对象：URLContext，根据代码推测，这个对象的priv_data指向一个FileContext，下面来看看这个对象的定义及初始化：
定义：
typedef struct URLContext {
const AVClass *av_class; /**< information for av_log(). Set by url_open(). */
struct URLProtocol *prot;
void *priv_data;
char *filename; /**< specified URL */
int flags;
int max_packet_size; /**< if non zero, the stream is packetized with this max packet size */
int is_streamed; /**< true if streamed (no seek possible), default = false */
int is_connected;
AVIOInterruptCB interrupt_callback;
int64_t rw_timeout; /**< maximum time to wait for (network) read/write operation completion, in mcs */
} URLContext;
注释已经很明了，接下来看看这个结构体的初始化，在url.h（URLContext定义的地方）文件中很容易发现有一个ffurl_open()函数，猜测这应该是个初始化函数，从
该函数的内容可知，它首先调用了ffurl_alloc()申请空间，然后调用了ffurl_connect()建立连接。因此我们的目标转向这两个函数
先看ffurl_alloc()函数，该函数先调用url_find_protocol()查找和输入文件名称对应的协议对象，然后调用url_alloc_for_protocol()申请空间。
从url_find_protocol()易知：filename和协议匹配的规则是finename的前缀名(本地文件被统一处理为file前缀)和协议的name字段所指向的字符串相等。
再看url_alloc_for_protocol()函数：
static int url_alloc_for_protocol(URLContext **puc, struct URLProtocol *up,
const char *filename, int flags,
const AVIOInterruptCB *int_cb)
{
URLContext *uc;
int err;
// ...
uc = av_mallocz(sizeof(URLContext) + strlen(filename) + 1); // 注意申请的空间大小
if (!uc) {
err = AVERROR(ENOMEM);
goto fail;
}
uc->av_class = &ffurl_context_class;
uc->filename = (char *)&uc[1]; // 指向uc+sizeof(URLContext)的低昂
strcpy(uc->filename, filename);
uc->prot = up;
uc->flags = flags;
uc->is_streamed = 0; /* default = not streamed */
uc->max_packet_size = 0; /* default: stream file */
if (up->priv_data_size) {
uc->priv_data = av_mallocz(up->priv_data_size);
if (!uc->priv_data) {
err = AVERROR(ENOMEM);
goto fail;
}
if (up->priv_data_class) {
int proto_len= strlen(up->name);
char *start = strchr(uc->filename, ',');
*(const AVClass **)uc->priv_data = up->priv_data_class;
av_opt_set_defaults(uc->priv_data);
// ...
}
}
由上代码可以看出，URLContext的filename保存了输入文件名，prot字段保存了查找到的协议操作对象指针，flags由入参指定，is_streamed及max_packet_size默认值为0，
priv_data指向了一个由协议操作对象的priv_data_size指定大小的空间(考虑ff_file_protocol，即指向了一个sizeof(FileContext)大小的空间)，且该空间的被初始化为0。
至此，URLContext的大部分内容已初始化，ffurl_alloc()工作已经完成，接着看ffurl_connect()，从代码易知，它调用了prot->url_open()函数打开协议，并设置了URLContext的
is_connected和is_streamed为1。
注意，av_opt_set_defaults(uc->priv_data)为为priv_data所指向的结构也进行了默认赋值操作，针对ff_file_protocol，赋值字段及值可参考file_options[]的定义：
static const AVOption file_options[] = {
{ "truncate", "truncate existing files on write", offsetof(FileContext, trunc), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 1 }, 0, 1, AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM },
{ "blocksize", "set I/O operation maximum block size", offsetof(FileContext, blocksize), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = INT_MAX }, 1, INT_MAX, AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM },
{ NULL }
};即，truncate字段赋值为1，blocksize字段赋值为INT_MAX。
最后看看file_open()函数，从代码容易看出，该函数打开了文件，并将文件句柄保存在FileContext的fd字段。并且，该函数还根据文件属性设置了FileContext的is_streamed的值。
URLContext再往上一层是AVIOContext，该结构体的定义为：
typedef struct AVIOContext {
const AVClass *av_class;
unsigned char *buffer; /**< 读写缓冲buffer起始地址 */
int buffer_size; /**< buffer大小 */
unsigned char *buf_ptr; /**< Current position in the buffer */
unsigned char *buf_end; /**< End of the data */
void *opaque; /**< 指向URLContext */
int (*read_packet)(void *opaque, uint8_t *buf, int buf_size); /* 指向ffurl_read() */
int (*write_packet)(void *opaque, uint8_t *buf, int buf_size); /* 指向ffurl_write() */
int64_t (*seek)(void *opaque, int64_t offset, int whence); /* 指向ffurl_seek() */
int64_t pos; /**< 当前buffer对应的文件内容中的位置 */
int must_flush; /**< true if the next seek should flush */
int eof_reached; /**< true if eof reached */
int write_flag; /**< true if open for writing */
int max_packet_size;
unsigned long checksum;
unsigned char *checksum_ptr;
unsigned long (*update_checksum)(unsigned long checksum, const uint8_t *buf, unsigned int size);
int error; /**< contains the error code or 0 if no error happened */
int (*read_pause)(void *opaque, int pause);/
int64_t (*read_seek)(void *opaque, int stream_index,
int64_t timestamp, int flags);
int seekable; // 是否可seek，0表示不可搜索
int64_t maxsize;
int direct;
int64_t bytes_read;
int seek_count;
int writeout_count;
int orig_buffer_size;
}AVIOContext;
avio_open2()负责初始化AVIOContext，从代码易知，该函数首先调用ffurl_open()申请了一个URLContext对象并打开了文件。然后调用ffio_fdopen()申请一个AVIOContext对象并赋初值。
ffio_fdopen()先申请了一个读写缓冲buffer(结合文件协议，buffer大小为IO_BUFFER_SIZE)，然后调用avio_alloc_context()赋值，注意ffurl_read，ffurl_write，ffurl_seek的地址作为入参被传入。
最终调用的是ffio_init_context赋值，结合入参可知：
AVIOContext.buffer指向申请到的buffer， AVIOContext.orig_buffer_size和AVIOContext.buffer_size值为buffer_size(I_BUFFER_SIZE)，buf_ptr字段初始化为buffer的开始地址，opaque指向URLContext对象。
再关注下avio_read()函数：
int avio_read(AVIOContext *s, unsigned char *buf, int size)
{
int len, size1;
size1 = size;
while (size > 0) {
len = s->buf_end - s->buf_ptr;
if (len > size)
len = size;
if (len == 0 || s->write_flag) {
if((s->direct || size > s->buffer_size) && !s->update_checksum){
if(s->read_packet)
len = s->read_packet(s->opaque, buf, size);
if (len <= 0) {
/* do not modify buffer if EOF reached so that a seek back can
be done without rereading data */
s->eof_reached = 1;
if(len<0)
s->error= len;
break;
} else {
s->pos += len;
s->bytes_read += len;
size -= len;
buf += len;
s->buf_ptr = s->buffer;
s->buf_end = s->buffer/* + len*/;
}
} else {
fill_buffer(s);
len = s->buf_end - s->buf_ptr;
if (len == 0)
break;
}
} else {
memcpy(buf, s->buf_ptr, len);
buf += len;
s->buf_ptr += len;
size -= len;
}
}
if (size1 == size) {
if (s->error) return s->error;
if (url_feof(s)) return AVERROR_EOF;
}
return size1 - size;
}
从代码易知，该函数实现了缓冲读写功能，即调用者传递的size比buffer_size大，则buffer_size的倍数部分会直接读取到buf，余数部分会首先读取buffer_size大小的数据到buffer（fill_buffer()函数），然后再拷贝到入参buf指向的地址中。
AVIOContext再往上一层是AVFormatContext对象，也是ffmpeg的顶层对象，AVFormatContext的pb字段指向一个AVIOContext对象。