im6ull学习总结（三-4）freetype显示单个字体

矢量字体引入

使用点阵字库显示英文字母、汉字时，大小固定，如果放大缩小则会模糊甚至有锯齿出现，为了解决这个问题，引用矢量字体。
矢量字体形成分三步：
第1步 确定关键点，
第2步 使用数学曲线（贝塞尔曲线）连接头键点，
第3步 填充闭合区线内部空间。
什么是关键点？以字母“A”为例，它的的关键点如图 6.16 中的黄色所示。

再用数学曲线(比如贝塞尔曲线)将关键点都连接起来，得到一系列的封闭的曲线

最后把封闭空间填满颜色，就显示出一个 A 字母，

freetype如何描写字符

Freetype 是开源的字体引擎库，它提供统一的接口来访问多种字体格式文件，从而实现矢量字体显示。我们只需要移植这个字体引擎，调用对应的 API 接口，提供字体文件，就可以让 freetype 库帮我们取出关键点、实现闭合曲线，填充颜色，达到显示矢量字体的目的。
关 键 点 (glyph) 存 在 字 体 文 件 中 ， Windows 使 用 的 字 体 文 件 在c:\Windows\Fonts 目录下，扩展名为 TTF 的都是矢量字库，本次使用实验使用的是新宋字体 simsun.ttc。
给定一个字符，怎么在字体文件中找到它的关键点？
首先要确定该字符的编码值：比如 ASCII 码、GB2312 码、UNICODE 码。如果字体文件支持某种编码格式(charset)，就可以使用这类编码值去找到该字符的关键点(glyph)。有些字体文件支持多种编码格式(charset)，这在文件中被称为 charmaps(注意：这个单词是复数，意味着可能支持多种 charset)
首先要确定该字符的编码值：比如 ASCII 码、GB2312 码、UNICODE 码。如果字体文件支持某种编码格式(charset)，就可以使用这类编码值去找到该字符的关键点(glyph)。有些字体文件支持多种编码格式(charset)，这在文件中被称为 charmaps(注意：这个单词是复数，意味着可能支持多种 charset)

Charmaps 表示字符映射表，字体文件可能支持哪一些编码，GB2312、UNICODE、BIG5 或其他。如果字体文件支持该编码，使用编码值通过 charmap 就可以找到对应的 glyph，一般而言都支持 UNICODE 码。
一个文字的显示过程可以概括如下：
1、给定一个字符可以确定它的编码值(ASCII、UNICODE、GB2312)
2、设置字体大小；
3、根据编码值，从文件头部中通过 charmap 找到对应的关键点(glyph)，它会根据字体大小调整关键点；
4、把关键点转换为位图点阵；
5、在 LCD 上显示出来

如何使用 freetype库，总结出下列步骤：
1、初始化：FT_InitFreetype
2、加载(打开)字体 Face：FT_New_Face
3、设置字体大小：FT_Set_Char_Sizes 或FT_Set_Pixel_Sizes
4、选择 charmap：FT_Select_Charmap
5、根据编码值 charcode 找到 glyph_index：glyph_index = FT_Get_Char_Index（face，charcode）
6、根据 glyph_index 取出 glyph：FT_Load_Glyph（face，glyph_index）
7、转为位图：FT_Render_Glyph
8、移动或旋转:FT_Set_Transform
最后显示出来。
上面的⑤⑥⑦可以使用一个函数代替：FT_Load_Char(face, charcode, FT_LOAD_RENDER)，它就可以得到位图。

在 LCD 上显示一个矢量字体

1、使用 wchar_t 获得字符的 UNICODE 值
要显示一个字符，首先要确定它的编码值。常用的是 UNICODE 编码，在程序里使用这样的语句定义字符串时，如char *str = “中”;str 中保存的要么是 GB2312 编码值，要么是UTF-8 格式的编码。即使编译时使用“-fexec-charset=UTF-8”，str 中保存的也不是直接能使用的 UNICODE 值：
如果想在代码中能直接使用 UNICODE 值，需要使用 wchar_t，宽字符。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <wchar.h>
int main (int argc,char **argv)
{
    //wchar_t是一种数据类型，用于表示宽字符或多字节字符，用于处理不限于ASCII字符集
    //wchar_t 会根据编译器的不同而分为两个字节和四个字节。
    // 定义了一个wchar_t类型的指针变量chinese_str他指向了L"中gif";其中L告诉编译器“中gif"是宽字符而不是普通字符串，普通字符串每个字符是一个char。
    //也就是说如果用wchar_t定义变量就要用L修饰字符串告诉编译器
    wchar_t *chinese_str = L"中gif";
    
    unsigned int *p = (wchar_t *)chinese_str;
    int i;
    printf("sizof(int)=%d, : \n",(int)sizeof(int));
    printf("sizof(wchar_t)=%d,str's Unicode : \n",(int)sizeof(wchar_t));
    for ( i = 0; i < wcslen(chinese_str); i++)
    {
        printf("0x%x ",p[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

运行结果

这里注意文件类型是utf-8格式
如果是GB2312 需要这样编译
gcc -finput-charset=GB2312 -fexec-charset=UTF-8 -o test_wchar test_wchar.c

使用freetype得到位图

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_H
#include <wchar.h>
int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo  var;
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;

void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
	unsigned short *pen_16;	
	unsigned int *pen_32;	

	unsigned int red, green, blue;	

	pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
	pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

	switch (var.bits_per_pixel)
	{
		case 8:
		{
			*pen_8 = color;
			break;
		}
		case 16:
		{
			/* 565 */
			red   = (color >> 16) & 0xff;
			green = (color >> 8) & 0xff;
			blue  = (color >> 0) & 0xff;
			color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
			*pen_16 = color;
			break;
		}
		case 32:
		{
			*pen_32 = color;
			break;
		}
		default:
		{
			printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
			break;
		}
	}
}
void draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,FT_Int x, FT_Int  y)
{
	FT_Int  i, j, p, q;
	FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
	FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

	//printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

	for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
	{
		for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
		{
			if ( i < 0      || j < 0       ||
				i >= var.xres || j >= var.yres )
			continue;

			//image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
			lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
			//printf("buffer[%d]=%d \r\n",q * bitmap->width + p,bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
		}
	}
}


int main(int argc,char ** argv)
{
    wchar_t *chinese_str = L"繁";
    FT_Library library;
    FT_Face face;
    int error;
    FT_Vector pen;
    FT_GlyphSlot slot;
    int font_size = 24;
  
    if (argc < 2)
	{
		/* 通过参数打印用法 */
		printf("Usage : %s <font_file> [font_size]\n", argv[0]);
		return -1;
	}
    if (argc == 3)
    {
		//将字符串转换成ul（unsigned long）NULL表示没有使用额外的错误检验，0表示自动监测字符串的基数（也就是字符串的进制数）
		//./02_freetype_show_font ./simsun.ttc 150 这里 就将150字符串转成ul
		font_size = strtoul(argv[2], NULL, 0);
        fd_fb = open("/dev/fb0",O_RDWR);

    }
    if (fd_fb < 0)
	{
		printf("can't open /dev/fb0\n");
		return -1;
	}

	if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
	{
		printf("can't get var\n");
		return -1;
	}
    line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
	pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
	screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
	fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
    if (fbmem == (unsigned char *)-1)
	{
		printf("can't mmap\n");
		return -1;
	}
    /* 清屏: 全部设为黑色 */
	memset(fbmem, 0, screen_size);
    //1、FT_Init_FreeType(&library)的作用是将 FreeType 库初始化，
    //并将初始化后的库对象保存在 library 变量中。
    //如果初始化成功，FT_Init_FreeType() 
    //函数会返回一个表示成功的错误码（通常是 0），
    //否则会返回一个表示失败的错误码
    error = FT_Init_FreeType(&library);
	//2、加载字体文件，保存在&face 中：
    //FT_New_Face() 函数是用于创建一个新的字体面对象（font face）的函数。它接受以下参数：
    //library一个已经初始化的 FreeType 库对象
    //argv[1]示字体文件路径的字符串，指定要加载的字体文件。
    //0：表示字体索引，通常为0，用于指定要加载的字体文件中的第几个字体，如果字体文件只包含一个字体，则索引为0。
    //face：一个指向 FT_Face 类型的指针，用于接收新创建的字体面对象
	//simsun.ttc是一种字体文件，它是宋体字体（SimSun）的TrueType集合文件（TrueType Collection）。
    error = FT_New_Face(library,argv[1],0,&face);
	//face 中获得 FT_GlyphSlot，后面的代码中文字的位图就是保存在 FT_GlyphSlot 里。
    slot = face->glyph;
    //face：要设置像素大小的字体面对象。
    //font_size：目标字体大小（以像素为单位）。
    //0：表示分辨率的水平方向值，通常为0，表示使用默认值

   //FT_Load_Char() 函数用于加载指定字符的字形数据。它接受以下参数：

   //face：要加载字形数据的字体面对象。
   //chinese_str[0]：要加载的字符，通常是一个 Unicode 字符编码值（例如，中文字符的 Unicode 编码）。
   //FT_LOAD_RENDER：一个加载标志，表示要加载并渲染字形数据。
   //3、设置字体大小
    FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);
	//4、根据编码值得到位图使用 FT_Load_Char 函数，就可以实现这 3 个功能：
	// 根据编码值获得 glyph_index：FT_Get_Char_Index
	// 根据 glyph_idex 取出 glyph：FT_Load_Glyph
	// 渲染出位图：FT_Render_Glyph
	error = FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );
    if (error)
	{
		printf("FT_Load_Char error\n");
		return -1;
	}
    //draw_bitmap() 函数用于在指定位置绘制字形的位图数据
     draw_bitmap( &slot->bitmap,var.xres/2,var.yres/2);

	return 0;	
}

我们先分析一下流程
1、初始化freetype库
FT_Init_FreeType(&library)的作用是将 FreeType 库初始化这个库就保存在library中
2、加载字体文件，保存在&face 中：
3、设置字体大小
4、根据编码值得到位图使用 FT_Load_Char 函数，就可以实现这 3 个功能：

draw_bitmap( &slot->bitmap,var.xres/2,var.yres/2);
bitmap就是我们得到的位图的结构体如下图所示
一个像素对应一个字节的buffer
这样我们能确定字体的宽度和高度去顶像素点个数（多少行多少列）
然后使用两个for循环处理每一个像素点将buffer中的值作为color传入lcd_put_pixel中
如果buffer中有值（非零）color就会给framebuffer映射的内存中赋值；但是由于只有一个字节var.bits_per_pixel是32也就是0x00rrggbb格式我们只能给bb值所以最终显示字体颜色为蓝色。、

这是一部分buffer值。

这里我们完成显示单个字体下面完成字体变换。