FreeType和HarfBuzz入门示例

最近在了解字体渲染的一些东西，其中不可避免的需要到这两个库。现在写个入门示例记录一下。

一、FreeType和HarfBuzz介绍

1.1 FreeType

????????FreeType 是一个开源的字体引擎，它提供了一套用于渲染字体的 API。FreeType 支持多种字体格式，包括 TrueType、Type 1、CFF、OpenType、SFNT、PCF、BDF、FNT 等。

????????FreeType 下载地址：https://freetype.org/download.html

????????FreeType 的主要功能包括：

• 加载字体文件：FreeType 可以加载各种格式的字体文件，并提取其中的字形数据。
• 渲染字形：FreeType 可以将字形数据渲染为位图，用于在屏幕或其他设备上显示。
• 提取字体信息：FreeType 可以提取字体文件中的各种信息，如字体名称、作者、版权信息等。

????????FreeType 是用 C 语言编写的，可以在多种操作系统和平台上运行，包括 Windows、macOS、Linux、iOS、Android 等。

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1.2 HarfBuzz

????????HarfBuzz 是一个开源的文本排版引擎，它主要用于处理 Unicode 文本的复杂脚本和字形。

? ? ? ? HarfBuzz 下载地址：https://github.com/harfbuzz/harfbuzz

????????HarfBuzz 的主要功能包括：

• 字形形状：HarfBuzz 可以将 Unicode 文本转换为字形索引和位置信息，这是在屏幕上显示文本的基础。
• 文本方向：HarfBuzz 可以处理从左到右（LTR）和从右到左（RTL）的文本，以及垂直排版的文本。
• 复杂脚本：HarfBuzz 支持全球各种语言的复杂脚本，包括阿拉伯语、印地语、泰语、藏语等。
• OpenType 特性：HarfBuzz 支持 OpenType 字体的各种特性，如连字、变体、上标、下标等。

????????HarfBuzz 是用 C 和 C++ 语言编写的，可以在多种操作系统和平台上运行，包括 Windows、macOS、Linux、iOS、Android 等。HarfBuzz 是许多开源和商业软件的核心组件，包括 Chrome、Firefox、Android、LibreOffice 等。

????????

二、FreeType和HarfBuzz的使用

? ? ? ? 环境：Windows, VSCode, CMake VS2022

? ? ? ? 工程目录：

? ? ? ? CMakeLists.txt 配置：

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.0)
project(font_demo VERSION 0.1.0 LANGUAGES C CXX)

add_compile_options(/utf-8)

add_executable(font_demo main.cpp)

add_subdirectory(freetype)
add_subdirectory(harfbuzz)

target_link_libraries(
    font_demo 
    freetype
    harfbuzz 
)

if(CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Debug")
    add_definitions(-D_ITERATOR_DEBUG_LEVEL=0) 
    set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG} /MD")
else()
    set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} /MD")
endif()

main.cpp 代码：
?

// **************************************************************************
// 这个程序演示了如何使用 FreeType 和 HarfBuzz 将文本渲染到位图中。
// 该程序以字符串作为输入，并将每个字符的位图打印到控制台。
// 该程序基于以下示例：
//   
// Creation Date: 2024-01-21
// Created By: 又吹风了

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstring>

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

#include <hb.h>
#include <hb-ft.h>

int main()
{
    // 要显示的文本
    std::wstring text =  L"Hi,你好";

    FT_Library library;
    FT_Face face;

    // 初始化 FreeType 库
    if (FT_Init_FreeType(&library))
    {
        std::cerr << "could not init freetype library\n";
        return 1;
    }

    // 从字体文件加载字体面
    if (FT_New_Face(library, "C:\\Windows\\Fonts\\msyh.ttc", 0, &face))
    {
        std::cerr << "could not open font\n";
        return 1;
    }

    // 设置字体面的像素大小
    FT_Set_Pixel_Sizes(face, 0, 30);


    // 为 harfbuzz 创建一个缓冲区
    hb_buffer_t *buf = hb_buffer_create();

    // 检查错误
    if (!buf)
    {
        std::cerr << "could not create harfbuzz buffer\n";
        return 1;
    }

    // 设置缓冲区的方向为从右到左
    // harfbuzz 会根据?自动调整文本方向,所以不需要设置
    // hb_buffer_set_direction(buf, HB_DIRECTION_RTL);

    // 将文本设置到缓冲区
    std::vector<uint32_t> utf32_text(text.begin(), text.end());
    hb_buffer_add_utf32(buf, utf32_text.data(), text.length(), 0, text.length());

    // 创建一个 harfbuzz 字体对象
    hb_font_t *hb_font = hb_ft_font_create(face, NULL);

    // 检查错误
    if (!hb_font)
    {
        std::cerr << "could not create harfbuzz font\n";
        return 1;
    }

    // 检查文本的方向
    hb_direction_t direction = hb_buffer_get_direction(buf);

    // 对文本进行形状处理
    hb_shape(hb_font, buf, NULL, 0);

    // 从缓冲区获取字形信息和位置
    unsigned int len = hb_buffer_get_length(buf);
    hb_glyph_info_t *info = hb_buffer_get_glyph_infos(buf, NULL);
    hb_glyph_position_t *pos = hb_buffer_get_glyph_positions(buf, NULL);

   // 存储每个字符的位图
    std::vector<std::pair<FT_Bitmap, unsigned char *>> bitmaps;

    // 加载文本的每个字符并存储其位图
    for (unsigned int i = 0; i < len; ++i)
    {
        FT_UInt glyph_index;
        if (direction == HB_DIRECTION_RTL)
        {
            // 如果文本的方向是从右到左，那么使用字形索引
            glyph_index = info[i].codepoint;
        }
        else
        {
            // 如果文本的方向是从左到右，那么使用字符码点
            glyph_index = FT_Get_Char_Index(face, info[i].codepoint);
        }

        if (glyph_index == 0)
        {
            std::cerr << "Could not find glyph for codepoint=" << info[i].codepoint << "\n";
            continue;
        }

        if (FT_Load_Glyph(face, glyph_index, FT_LOAD_DEFAULT))
        {
            std::cerr << "Could not load glyph,codepoint=" << info[i].codepoint << ",glyph=" << glyph_index << "'\n";
            return 1;
        }

        FT_Render_Glyph(face->glyph, FT_RENDER_MODE_NORMAL);

        FT_Bitmap bitmap_copy;
        unsigned char *buffer_copy;

        // 复制位图及其缓冲区        
        bitmap_copy = face->glyph->bitmap;
        buffer_copy = new unsigned char[bitmap_copy.rows * bitmap_copy.width];
        std::memcpy(buffer_copy, bitmap_copy.buffer, bitmap_copy.rows * bitmap_copy.width);
        bitmap_copy.buffer = buffer_copy;

        // 存储复制的位图及其缓冲区
        bitmaps.push_back(std::make_pair(bitmap_copy, buffer_copy));
    }

    int max_rows = 0;
    
    // 找到最大的行数
    for (const auto &pair : bitmaps)
        if (pair.first.rows > max_rows)
            max_rows = pair.first.rows;


    // 打印每个字符的位图
    for (int y = 0; y < max_rows; ++y)
    {
        for (const auto &pair : bitmaps)
        {
            for (int x = 0; x < pair.first.width; ++x)
            {
                if (y < pair.first.rows && pair.first.buffer[y * pair.first.width + x])
                    std::cout << "*";
                else
                    std::cout << " ";
            }
            std::cout << "  "; // 字符之间的间距
        }
        std::cout << "\n";
    }

    // 释放位图的缓冲区
    for (auto &pair : bitmaps)
        delete[] pair.second;

    // 释放 harfbuzz 的缓冲区和字体
    hb_buffer_destroy(buf);
    hb_font_destroy(hb_font);

    // 释放 FreeType 的字体和库
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);

    return 0;
}

显示效果：

注意：这是只是简单打印bitmap，没有考虑基线、行高、字距等排版问题。

阿拉伯语

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