梳理caffe代码io（十三）

io包含了创建临时文件临时目录操作，以及从txt文件以及bin文件读取proto数据或者写入proto的数据到txt或者bin文件。io其实就是提供如何读取如何写入的一些读取图像或者文件，以及它们之间的一些转化的函数。

hpp文件：

#ifndef CAFFE_UTIL_IO_H_
#define CAFFE_UTIL_IO_H_

#include <unistd.h>
#include <string>

#include "google/protobuf/message.h"

#include "caffe/blob.hpp"
#include "caffe/common.hpp"
#include "caffe/proto/caffe.pb.h"

namespace caffe {

using ::google::protobuf::Message;
// 内联函数，创建临时文件
inline void MakeTempFilename(string* temp_filename) {
temp_filename->clear();
*temp_filename = "/tmp/caffe_test.XXXXXX";
char* temp_filename_cstr = new char[temp_filename->size() + 1];
// NOLINT_NEXT_LINE(runtime/printf)
strcpy(temp_filename_cstr, temp_filename->c_str());
int fd = mkstemp(temp_filename_cstr);
CHECK_GE(fd, 0) << "Failed to open a temporary file at: " << *temp_filename;
close(fd);
*temp_filename = temp_filename_cstr;
delete[] temp_filename_cstr;
}

// 内联函数，创建临时目录
inline void MakeTempDir(string* temp_dirname) {
temp_dirname->clear();
*temp_dirname = "/tmp/caffe_test.XXXXXX";
char* temp_dirname_cstr = new char[temp_dirname->size() + 1];
// NOLINT_NEXT_LINE(runtime/printf)
strcpy(temp_dirname_cstr, temp_dirname->c_str());
char* mkdtemp_result = mkdtemp(temp_dirname_cstr);
CHECK(mkdtemp_result != NULL)
<< "Failed to create a temporary directory at: " << *temp_dirname;
*temp_dirname = temp_dirname_cstr;
delete[] temp_dirname_cstr;
}
// 从txt读取proto的定义
bool ReadProtoFromTextFile(const char* filename, Message* proto);

// 从text读取proto的定义
inline bool ReadProtoFromTextFile(const string& filename, Message* proto) {
return ReadProtoFromTextFile(filename.c_str(), proto);
}
// 从text读取proto的定义,只是增加了检查而已
inline void ReadProtoFromTextFileOrDie(const char* filename, Message* proto) {
CHECK(ReadProtoFromTextFile(filename, proto));
}
// 从text读取proto的定义,只是增加了检查而已
inline void ReadProtoFromTextFileOrDie(const string& filename, Message* proto) {
ReadProtoFromTextFileOrDie(filename.c_str(), proto);
}
// 将proto写入到txt文件
void WriteProtoToTextFile(const Message& proto, const char* filename);
inline void WriteProtoToTextFile(const Message& proto, const string& filename) {
WriteProtoToTextFile(proto, filename.c_str());
}
// 从bin读取proto的定义
bool ReadProtoFromBinaryFile(const char* filename, Message* proto);
// 从bin读取proto的定义
inline bool ReadProtoFromBinaryFile(const string& filename, Message* proto) {
return ReadProtoFromBinaryFile(filename.c_str(), proto);
}
// 从bin读取proto的定义,只是增加了检查而已
inline void ReadProtoFromBinaryFileOrDie(const char* filename, Message* proto) {
CHECK(ReadProtoFromBinaryFile(filename, proto));
}
// 从bin读取proto的定义,只是增加了检查而已
inline void ReadProtoFromBinaryFileOrDie(const string& filename,
Message* proto) {
ReadProtoFromBinaryFileOrDie(filename.c_str(), proto);
}

// 将proto写入到bin文件
void WriteProtoToBinaryFile(const Message& proto, const char* filename);
// 内联函数，将proto写入到bin文件
inline void WriteProtoToBinaryFile(
const Message& proto, const string& filename) {
WriteProtoToBinaryFile(proto, filename.c_str());
}
// 从文件读取数据到Datum
bool ReadFileToDatum(const string& filename, const int label, Datum* datum);
// 内联函数，从文件读取数据到Datum
inline bool ReadFileToDatum(const string& filename, Datum* datum) {
return ReadFileToDatum(filename, -1, datum);
}

// 从图像文件读取数据到Datum
bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const int height, const int width, const bool is_color,
const std::string & encoding, Datum* datum);
// 内联函数，从图像文件（彩色还是黑白？）读取数据到Datum，指定图像大小
inline bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const int height, const int width, const bool is_color, Datum* datum) {
return ReadImageToDatum(filename, label, height, width, is_color,
"", datum);
}
// 内联函数，从彩色图像文件读取数据到Datum，指定图像大小
inline bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const int height, const int width, Datum* datum) {
return ReadImageToDatum(filename, label, height, width, true, datum);
}
// 内联函数，从图像文件（彩色还是黑白？）读取数据到Datum，自动获取图像大小
inline bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const bool is_color, Datum* datum) {
return ReadImageToDatum(filename, label, 0, 0, is_color, datum);
}
// 内联函数，从彩色图像文件读取数据到Datum，自动获取图像大小
inline bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
Datum* datum) {
return ReadImageToDatum(filename, label, 0, 0, true, datum);
}
// 内联函数，从彩色图像文件读取数据到Datum，自动获取图像大小，指定编码格式
inline bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const std::string & encoding, Datum* datum) {
return ReadImageToDatum(filename, label, 0, 0, true, encoding, datum);
}
// 对Datum进行解码
bool DecodeDatumNative(Datum* datum);
// 对彩色图像的Datum进行解码
bool DecodeDatum(Datum* datum, bool is_color);

#ifdef USE_OPENCV
// 将图像读取到CVMat，指定图像大小，是否彩色
cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,
const int height, const int width, const bool is_color);
// 将图像读取到CVMat，指定图像大小
cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,
const int height, const int width);
// 将图像读取到CVMat，指定是否彩色
cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,
const bool is_color);
// 将图像读取到CVMat
cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename);
// 将Datum解码为为CVMat
cv::Mat DecodeDatumToCVMatNative(const Datum& datum);
// 将彩色图像的Datum解码为为CVMat
cv::Mat DecodeDatumToCVMat(const Datum& datum, bool is_color);
// 将CVMat转换为Datum
void CVMatToDatum(const cv::Mat& cv_img, Datum* datum);
#endif // USE_OPENCV

} // namespace caffe

#endif // CAFFE_UTIL_IO_H_实现：

#include <fcntl.h>
#include <google/protobuf/io/coded_stream.h>
#include <google/protobuf/io/zero_copy_stream_impl.h>
#include <google/protobuf/text_format.h>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#ifdef USE_OPENCV
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui_c.h>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#endif  // USE_OPENCV
#include <stdint.h>

#include <algorithm>
#include <fstream>  // NOLINT(readability/streams)
#include <string>
#include <vector>

#include "caffe/common.hpp"
#include "caffe/proto/caffe.pb.h"
#include "caffe/util/io.hpp"

const int kProtoReadBytesLimit = INT_MAX;  // Max size of 2 GB minus 1 byte.

namespace caffe {

using google::protobuf::io::FileInputStream;
using google::protobuf::io::FileOutputStream;
using google::protobuf::io::ZeroCopyInputStream;
using google::protobuf::io::CodedInputStream;
using google::protobuf::io::ZeroCopyOutputStream;
using google::protobuf::io::CodedOutputStream;
using google::protobuf::Message;

// 从文件读取Proto的txt文件
bool ReadProtoFromTextFile(const char* filename, Message* proto) {
int fd = open(filename, O_RDONLY);
CHECK_NE(fd, -1) << "File not found: " << filename;
FileInputStream* input = new FileInputStream(fd);//新建一个FileInputStream对象 input
// 注意如何使用protobuf去读取,解析input文件中的Message， 即使文件中参数定义顺序与Message中的参数定义顺序不一致，也可以解析。
bool success = google::protobuf::TextFormat::Parse(input, proto);
delete input;
close(fd);
return success;
}

// 将proto写入到txt文件
void WriteProtoToTextFile(const Message& proto, const char* filename) {
int fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
FileOutputStream* output = new FileOutputStream(fd);
// 注意如何写入
CHECK(google::protobuf::TextFormat::Print(proto, output));
delete output;
close(fd);// 和ReadProtoFromTextFile功能相反
}

// 从bin读取proto的定义
bool ReadProtoFromBinaryFile(const char* filename, Message* proto) {//读取二进制文件
int fd = open(filename, O_RDONLY);
CHECK_NE(fd, -1) << "File not found: " << filename;
ZeroCopyInputStream* raw_input = new FileInputStream(fd);
//  解码流com.google.protobuf.CodedInputStream
CodedInputStream* coded_input = new CodedInputStream(raw_input);
// 建立CodedInputStream类的对象coded_input
coded_input->SetTotalBytesLimit(kProtoReadBytesLimit, 536870912);
//折设置最大字节限制
bool success = proto->ParseFromCodedStream(coded_input);

delete coded_input;
delete raw_input;
close(fd);
return success;
}

// 将proto写入到bin文件
void WriteProtoToBinaryFile(const Message& proto, const char* filename) {
fstream output(filename, ios::out | ios::trunc | ios::binary);
CHECK(proto.SerializeToOstream(&output));
}

#ifdef USE_OPENCV
// 将图像读取到CVMat，指定图像大小，是否彩色
cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,
const int height, const int width, const bool is_color) {
//height，width都不为0则把图像resize 到height*width
cv::Mat cv_img;
int cv_read_flag = (is_color ? CV_LOAD_IMAGE_COLOR :
CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
cv::Mat cv_img_origin = cv::imread(filename, cv_read_flag);//读入图像
if (!cv_img_origin.data) {
LOG(ERROR) << "Could not open or find file " << filename;
return cv_img_origin;
}
if (height > 0 && width > 0) {
cv::resize(cv_img_origin, cv_img, cv::Size(width, height));
} else {
cv_img = cv_img_origin;
}
return cv_img;
}

cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,//is_color 为1读入彩色图像，0灰度图
const int height, const int width) {
return ReadImageToCVMat(filename, height, width, true);
}//重载函数，读入彩色图

cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename,
const bool is_color) {
return ReadImageToCVMat(filename, 0, 0, is_color);
}//重载函数，读入图像但不resize

cv::Mat ReadImageToCVMat(const string& filename) {
return ReadImageToCVMat(filename, 0, 0, true);
}//重载函数，读入彩色图像且不resize

// Do the file extension and encoding match?
// 看看是不是jpg还是jpeg的图像
static bool matchExt(const std::string & fn,
std::string en) {
size_t p = fn.rfind('.');//p 为文件名中“.”所在位置的索引
std::string ext = p != fn.npos ? fn.substr(p) : fn;//ext为文件后缀名".xxx"
std::transform(ext.begin(), ext.end(), ext.begin(), ::tolower);
//把ext中的大写字母转化小写字母
std::transform(en.begin(), en.end(), en.begin(), ::tolower);
if ( ext == en )
return true;
if ( en == "jpg" && ext == "jpeg" )
return true;
return false;
}
// 从图像文件读取数据到Datum
bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
const int height, const int width, const bool is_color,
const std::string & encoding, Datum* datum) {
cv::Mat cv_img = ReadImageToCVMat(filename, height, width, is_color);
if (cv_img.data) {
if (encoding.size()) {
if ( (cv_img.channels() == 3) == is_color && !height && !width &&
matchExt(filename, encoding) )
return ReadFileToDatum(filename, label, datum);
std::vector<uchar> buf;
// 对数据解码
cv::imencode("."+encoding, cv_img, buf);
datum->set_data(std::string(reinterpret_cast<char*>(&buf[0]),
buf.size()));
// 数据标签
datum->set_label(label);
// 是否被编码
datum->set_encoded(true);
return true;
}
CVMatToDatum(cv_img, datum);//cvmat转为Datum格式
datum->set_label(label);
return true;
} else {
return false;
}
}
#endif  // USE_OPENCV
// 从文件读取数据到Datum
bool ReadFileToDatum(const string& filename, const int label,
Datum* datum) {
std::streampos size;//获取文件指针位置 size

fstream file(filename.c_str(), ios::in|ios::binary|ios::ate);
if (file.is_open()) {
size = file.tellg();//代表当前get 流指针的位置
std::string buffer(size, ' ');
file.seekg(0, ios::beg);//设置0输入文件流的起始位置
file.read(&buffer[0], size);
file.close();
datum->set_data(buffer);//data_->assign(buffer)
datum->set_label(label);//label_ = label
datum->set_encoded(true);
return true;
} else {
return false;
}
}

#ifdef USE_OPENCV
// 直接编码数据的Datum到CVMat
cv::Mat DecodeDatumToCVMatNative(const Datum& datum) {
cv::Mat cv_img;
CHECK(datum.encoded()) << "Datum not encoded";
const string& data = datum.data();
std::vector<char> vec_data(data.c_str(), data.c_str() + data.size());
cv_img = cv::imdecode(vec_data, -1);//flag=-1
if (!cv_img.data) {
LOG(ERROR) << "Could not decode datum ";
}
return cv_img;
}

// 直接编码彩色或者非彩色Datum到CVMat
cv::Mat DecodeDatumToCVMat(const Datum& datum, bool is_color) {
cv::Mat cv_img;
CHECK(datum.encoded()) << "Datum not encoded";
const string& data = datum.data();
std::vector<char> vec_data(data.c_str(), data.c_str() + data.size());
int cv_read_flag = (is_color ? CV_LOAD_IMAGE_COLOR :
CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
cv_img = cv::imdecode(vec_data, cv_read_flag);// flag为用户指定的,从内存都入图片
if (!cv_img.data) {
LOG(ERROR) << "Could not decode datum ";
}
return cv_img;//将encode 的Datum转化为cvMat
}

// If Datum is encoded will decoded using DecodeDatumToCVMat and CVMatToDatum
// If Datum is not encoded will do nothing
bool DecodeDatumNative(Datum* datum) {
if (datum->encoded()) {
cv::Mat cv_img = DecodeDatumToCVMatNative((*datum));
CVMatToDatum(cv_img, datum);
return true;
} else {
return false;
}
}

// 将Datum进行解码
bool DecodeDatum(Datum* datum, bool is_color) {
if (datum->encoded()) {
cv::Mat cv_img = DecodeDatumToCVMat((*datum), is_color);
CVMatToDatum(cv_img, datum);
return true;
} else {
return false;
}
}//将encodedDatum转化为没有encode的Datum

// 将CVMat转换到Datum
void CVMatToDatum(const cv::Mat& cv_img, Datum* datum) {
CHECK(cv_img.depth() == CV_8U) << "Image data type must be unsigned byte";
datum->set_channels(cv_img.channels());
datum->set_height(cv_img.rows);
datum->set_width(cv_img.cols);//分别设置channel， height，width
datum->clear_data();
datum->clear_float_data();
datum->set_encoded(false);
int datum_channels = datum->channels();
int datum_height = datum->height();
int datum_width = datum->width();
int datum_size = datum_channels * datum_height * datum_width;
std::string buffer(datum_size, ' ');//将buffer初始化为字符''的datum_size个副本
for (int h = 0; h < datum_height; ++h) {
const uchar* ptr = cv_img.ptr<uchar>(h);//指向图像第h行的指针
int img_index = 0;
for (int w = 0; w < datum_width; ++w) {
for (int c = 0; c < datum_channels; ++c) {
int datum_index = (c * datum_height + h) * datum_width + w;
buffer[datum_index] = static_cast<char>(ptr[img_index++]);
}
}
}
datum->set_data(buffer);
}
#endif  // USE_OPENCV
}  // namespace caffe