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Roberto Vezzani - Imagelab – Università di Modena e Reggio Emilia

LaboratorioDispense del corso di Elaborazione di Immagini e Audio Digitali

http://imagelab.ing.unimo.it

Prof. Roberto Vezzani


Agenda

• Programmazione ad oggetti (C++): – Classi e oggetti

– Ereditarietà

– Overloading - Polimorfismo

• Programmazione sotto Window– Programmazione ad eventi

– Gestione delle finestre

• Libreria Imglib– Classi elaborazione

– Classi interfaccia grafica

• Framework VA

• Ambiente Visual Studio (demo)


PROGRAMMAZIONE AD OGGETTI IN C++


Classe

• Può essere vista come una “estensione” del concetto di struct

• Composta da attributi (dati) e da metodi (funzioni)

class Nome {

int Metodo1 (int x, int y);

int Attributo1;char Attributo2;

};


Interfaccia e Visibilità

• Gli attributi e i metodi privati sono visibili solo dai metodi della classe

• Gli attributi e i metodi pubblici sono visibili anche dall’esterno

class NomeClasse {public:

int i;…

private:int j;…

};

…

NomeClasse Obj;

Obj.i=3;Obj.j=4; ERRORE…


Costruttori e distruttore

• Costruttore: funzione che viene richiamata automaticamente in fase di allocazione di un oggetto;

• Posso avere più di un costruttore per ogni classe, ciascuno distinguibile per il numero/tipo di parametri

• Prima della deallocazione viene richiamato invece il distruttore

• Il costruttore ha lo stesso nome della classe, può avere parametri e non restituisce niente

• Il distruttore ha lo stesso nome della classe preceduto da ~.

class CProva{

CProva(); // costruttore di default

CProva(int a, int b); // costruttore parametrico

~CProva(); // distruttore

};


Sintassi

• Tutte le dichiarazioni dei metodi vanno inserite all’interno della dichiarazione della classe

• Le definizioni dei metodi possono essere messe sia nella dichiarazione della classe che fuori

• In questo caso la sintassi è:

tipoOutput NomeClasse::NomeMetodo (parametri){…

}


Convenzioni sui prefissiIl prefisso del nome di una entità serve ad indicarne il tipo

(convenzione ungherese) . Esempi:

Prefisso Significato

C nome della classe

m_ attributo della classe

p puntatore

i int

b bool

ch char

int iContatore;

char chCarattere;

bool bFlag;

class CPunto{

int m_iX;

int m_iY;

};


Oggetti composti

• Come attributi di un oggetto posso avere degli oggetti

• L’inizializzazione degli attributi, obbligatoria quando l’oggetto-attributo ha un costruttore parametrico, va specificata nel costruttore dell’oggetto contenitore:

class Contenitore{public:

Contenitore (…);private:

TipoCont Contenuto1;TipoCont Contenuto2;

};

Contenitore::Contenitore (…) : Contenuto1(…), Contenuto2(…), …

{ …}


Ereditarietà

• Una classe può essere definita come derivata da un’altra classe.

• Il meccanismo dell'ereditarietà permette di modellare una relazione di tipo Is-a.

• L'idea è quella di dire al compilatore che una nuova classe (detta classe derivata) è ottenuta da una preesistente (detta classe base) "copiando" il codice di quest'ultima nella classe derivata eventualmente sostituendone una parte qualora una qualche funzione membro venisse ridefinita.

class ClasseBase {

ClasseBase(int x);

…

};

class ClasseDerivata:

public ClasseBase

{

ClasseDerivata(…): ClasseBase(x)

{ … }

…

};


Tipi di ereditarietà

• Per default l'ereditarietà è privata, tutti i membri ereditati diventano cioè membri privati della classe derivata e non sono quindi parte della sua interfaccia.

• Posso usare un’ereditarietà pubblica, ma non si può comunque allentare il grado di protezione di un membro ereditato (i membri privati rimangono dunque privati e comunque non accessibili alla classe derivata).

– Soluzione: visibilità protected


“protected”

• E’ uno qualificatore di visibilità, insieme a private e public• attributo / metodo private: visibile solo dalla classe base ma non dalla

classe derivata• attributo / metodo public: visibile dalla classe base, dalla classe

derivata e dall’esterno

• attributo / metodo protected: visibile dalla classe base e dalla classe derivata e ma non dall’esterno

• Con l'ereditarietà pubblica i membri ereditati mantengono lo stesso grado di protezione che avevano nella classe da cui si eredita: i membri public rimangono public e quelli protected continuano ad essere protected;

• Con l'ereditarietà protetta i membri public della classe base divengono membri protected della classe derivata; quelli protected rimangono tali.


Overloading

• Una classe derivata può avere attributi e metodi propri che si vanno ad aggiungere a quelli ereditati.

• Una classe derivata può anche ridefinire metodi. In tale caso, se non specificato, viene eseguita la nuova versione.

• Posso anche ridefinire gli operatori che agiscono sulla classe

• Fondamentale la ridefinizione dell’operatore di assegnamento, che di default esegue una copia bit a bit degli attributi; se tra gli attributi c’è un vettore allocato dinamicamente ottengo una copia del puntatore e non del vettore


Esempio:

class Stringa {

…

Stringa& operator= (const Stringa &s2){

memcpy(pStringa, s2.pStringa, strlen(s2.pStringa));

return *this;

}

private:

char * pStringa;

};


Polimorfismo

• L'ereditarietà pone nuove regole circa la compatibilità dei tipi, in particolare se Ptr è un puntatore di tipo T, allora Ptr può puntare non solo a istanze di tipo T ma anche a istanze di classi derivate da T

• Applicazione: posso facilmente realizzare una lista per contenere una serie di istanze di una gerarchia di classi

• Esempio:

• Ho due classi CImmagineAColori e CImmagineBN che derivano da CImmagine

• Ad un puntatore di tipo CImmagine* posso assegnare anche puntatori ad oggetti di tipo CImmagineAColori e CImmagineBN


Funzioni virtuali

• Problema: se assegno ad un puntatore di tipo CImmagine il puntatore ad una immagine di tipo CImmagineAColori, e richiamo su di essa una funzione f definita in CImmagine e ridefinita in CImmagineAColori, viene eseguita la versione presente in CImmagine.

• Soluzione: dichiarare la funzione f come virtual

• Specificando f come virtual viene eseguita la versione corretta grazie ad una risoluzione run-time.


Template

• Un template altro non è che codice parametrico, dove i parametri possono essere sia valori, sia nomi di tipo.

• In fase di compilazione viene fatta la sostituzione

template <class TInfo> class TList {

public: TList(); ~TList(); void Store(TInfo Object);

/* ... */ };

TList<int> lista;


PROGRAMMAZIONE SOTTO WINDOWS


Concetti base programmazione ad eventi

• Programmazione strutturata: – ho un main che viene richiamato come prima funzione;

– normalmente si crea un menu che, associato ad un costrutto switch richiama la funzione desiderata

– ho un ciclo del tipo “fino a quando viene premuto il tasto Q”

• Programmazione ad eventi:– Set di funzioni che vengono eseguite ciascuna al verificarsi di un

particolare evento

– Loop dei messaggi che riceve un messaggio per ogni evento e lo smista alla relativa funzione


Loop dei messaggi

while (TRUE){

if (GetMessage (&msg,NULL,0,0,PM_REMOVE)){// se è il quit esco

if (msg.message == WM_QUIT)

break;

if (!TranslateMDISysAccel(m_hwndClient, &msg) &&

!TranslateAccelerator(m_hwndFrame, m_hAccelTable, &msg))

{

TranslateMessage(&msg);

DispatchMessage(&msg);

}

}

}


Formato dei messaggi

• Un messaggio è composto da quattro campi:– hWnd: handle della finestra a cui il messaggio è destinato

– iMsg: identificativo del messaggio

– wParam: primo parametro del messaggio

– lParam: secondo parametro del messaggio

• ESEMPIO:– hWnd: finestra attiva

– iMsg: WM_LBUTTONDOWN pressione del tasto sinistro del mouse

– wParam: parametri, ad esempio se il tasto SHIFT è premuto

– lParam: posizione (x,y) del mouse


Alcuni messaggi importanti

• WM_COMMAND– Comandi del menu

– Bottoni della toolbar

• WM_SIZE– resize di una finestra

• WM_PAINT– Ridisegnare il contenuto di una finestra

• WM_LBUTTONUP, WM_RBUTTONUP, WM_MOUSEMOVE, …– Spostamento del mouse

– Click, doppio click, …

• WM_KEYUP, …– Eventi dalla tastiera


Windows: tutto è una “finestra”!

Finestra Child

Finestra client

Finestra Frame

Finestra Toolbar


Windows

• Ad ogni finestra è associato un Handle univoco (hWnd)

• Una finestra viene creata a partire da una classe, che funge da “modello”. Per creare una finestra nuova si può usare una classe esistente oppure registrarne una nuova.

• Ad ogni classe di finestre è associata una funzione callback, che contiene le routine di risposta agli eventi delle relative finestre– Funzione callback della finestra frame: riceve, ad esempio, i messaggi

provenienti dal menu

– Funzione callback delle finestre child: ricevono, ad esempio, i messaggi di repaint

• Anche un controllo button è una finestra, generata da una classe già esistente (BUTTON), con un suo hWnd, una sua callback function…


Gestione dei Menu

• I menu possono essere creati dinamicamente COMPLESSO

• Modalità “statica”: tramite il file di risorse

• Il menù viene caricato all’inizio e rimane inalterato durante l’esecuzione della applicazione

• Ad ogni voce di menu corrisponde un identificativo numerico

• Alla pressione di una voce del menu viene inviato un messaggio WM_COMMAND alla finestra Frame con parametro l’ID della voce di menu scelta


LIBRERIA IMGLIB


Contenuto della libreria

• La versione scaricabile è una parte della libreria Imglib++ sviluppata dal laboratorio Imagelab. Sono presenti alcune sezioni:

• Utilitylib: classi di utilità generale (vettori, matrici, numeri complessi, …)

• Imglib: classi per la gestione delle immagini a colori, a livelli di grigio e per le maschere binarie

• Graphiclib: classi per l’interfaccia grafica

• JpegLib: apertura e salvataggio di immagini in formato JPEG


Classi per le immagini• E’ stata definita una gerarchia di classi • CImage: classe base astratta• CImageGray: immagini a livello di grigio• CImageRGB: Immagini a colori RGB• CImageMask: Immagini binarie

CImage

CImageGray CImageRGB

CImageMask


CImage

• E’ la classe base. Definisce le caratteristiche comuni a tutte le immagini e l’interfaccia che una classe immagine deve avere (tramite funzioni virtual)

• Vantaggi:– interfaccia comune a tutti i tipi di immagine– posso creare, ad esempio, liste di immagini

• Attributi:– int m_iWidth; // larghezza – int m_iHeight; // altezza– int m_iDim; // w * h


CImage (2)

• Metodi principali:– int GetHeight();– int GetWidth(); – int GetDim();– bool WriteToFile(FILE* f);– bool ReadFromFile(FILE* f);

• Per recuperare il tipo di immagine– int GetType();


CImageRGB e CImageGray

• Prevedono metodi per leggere e modificare i valori dei singoli pixel:– valore = GetPoint(x,y);

– valore = GetPoint(i);

– SetPoint(x,y,valore);

– SetPoint(i,valore);

• Posso recuperare il puntatore all’area dati– BYTE* GetPixMap();

– Crgb* GetPixMap();


CApplication

• Classe base per la creazione di una applicazione:– Win32– MDI– Con Toolbar e StatusBar

• L’applicazione è vuota; per aggiungere contenuto è consigliato derivare da essa una nuova classe (Es.: CMyApplication)

• Contiene già il loop dei messaggi, che pertanto non deve essere riscritto. E’ inserito nel metodo Start(), che deve essere richiamato dopo aver istanziato un oggetto di tipo CApplication.


CMyApplication

• Attributi: variabili e oggetti che definiscono lo stato della vostra applicazione

• Costruttore: inizializzazione dello stato, inizializzazione e creazione della barra di stato, della toolbar, della barra dei menu,

• FrameWndProc: è la ridefinizione della Window Procedure della finestra frame. Va completata con la risposta ai messaggi di interesse, in particolare con le risposte ai comandi del menu


Classi Window• Per la gestione dell’output a video è stata creata una gerarchia di

classi finestra• La classe base definisce le funzioni di creazione, distruzione,

ridimensionamento

CBaseWindow

CColorWindow CLogWindow

CImageWindow


CColorWindow: uso

• Usata per visualizzare oggetti CImage

• Nel costruttore devo specificare il titolo della finestra, l’hwnd della finestra parent (di norma la finestra client) e l’hwnd della finestra client

• Per visualizzare la finestra devo invocare il metodo Show()

• Per aggiornare la finestra con una immagine devo invocare la funzione UpdateWithImage()

• Per togliere dalla finestra l’immagine uso UpdateWithNoImage()


CColorWindow: uso (2)

• L’immagine usata per aggiornare la finestra non viene salvata all’interno della finestra stessa

• Posso anche disegnare e scrivere sulla finestra tramite i metodi:– bool DrawLine(…);– bool DrawRectangle(…);– bool WriteText(…);– bool DrawVector(…);– bool DrawRegion(…);


CImageWindow

• Deriva da CColorWindow

• Memorizza l’immagine usata per l’aggiornamento della finestra

• Se si modifica l’immagine memorizzata, è necessario aggiornare la finestra con il metodo UpdateWithStoredImage()

• Posso recuperare il puntatore all’immagine memorizzata con il metodo GetImagePointer

• ATTENZIONE: Non usare mai il metodo UpdateWithImage passando come parametro il puntatore all’immagine già contenuta nella finestra


UtilityLib

• Contiene diverse classi di utilità generale:– CMatrix<tipo> : template per la creazione di matrici

– CVector<tipo> : template per la creazione di matrici

– CListOf<tipo>: template per liste di oggetti

– CPointerList<tipo>: template per liste di puntatori ad oggetti

– CFileCSV: apertura, lettura e scrittura di file di testo CSV

– CComplex: numeri complessi

– CStr: classe stringa


CPointerList

• Usa operatori simili a quelli usati per l’accesso ai database:– MoveFirst()

– MoveNext()

– MovePrev()

– MoveLast()

– GetItem()

– Insert()

– RemoveItem() elimina il puntatore ma non distrugge l’oggetto

– DeleteItem() elimina il puntatore e distrugge l’oggetto

– Purge()

– PurgeAndDelete() vuota la lista e distrugge gli oggetti

– EOL()


CListOfWindows

• Deriva da CPointerList<CBaseWindow>

• Permette la creazione di un menu da cui aprire le finestre che contiene

• Si possono usare le funzioni per l’aggiunta di nuove finestre:– CColorWindow* AddNewColorWindow(char* szWindowTitle);

– CImageWindow* AddNewImageWindow(char* szWindowTitle);

– CLogWindow* AddNewLogWindow(char* szWindowTitle);

• Le finestre create non sono visualizzate. Per visualizzarle si può usare la voce del menu (se creato) oppure il metodo:– bool Show(char* szWindowTitle);


FRAMEWORK EIA


Elenco dei file presenti

• application.h

• OperazioniPuntuali.h

• resource.h

• Application.cpp

• Main.cpp

• MenuCommand.cpp

• OperazioniPuntuali.cpp

• VideoProcessing.cpp

• Librerie ImgLib, UtilityLib, GraphicLib, JpegLib


Aggiunta di una nuova operazione puntuale• OperazioniPuntuali.h : dichiarazione (prototipo) della

funzionebool Mirror(CImageRGB* pimgRGB);

• OperazioniPuntuali.cpp : definizione della funzionebool Mirror(CImageRGB* pimgRGB){Crgb rgb1, rgb2;int x,y,w,h;…

for (y=0;y<h/2;y++) for (x=0;x<w;x++) …

}

• Resource: inserimento di una voce del menu e settaggio IDID: IDM_OPERATION_MIRROR

liih i d ll di hi i d ll f i


Aggiunta di una nuova operazione puntuale (2)

• MenuCommands.cpp: aggiunta della definizione della funzionebool OnOperationMirror (HWND hwnd){

…

Mirror(pimgRGB);

…

}

• Application.cpp: modifica della callback function della funzione frame per gestire il messaggio del menu:

case IDM_OPERATION_MIRROR:

OnOperationThreshold(hwnd);

return 0;

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