C++ OpenCV读写XML或YAML文件的方法详解

时间：2022-10-23 11:16:46|栏目：C代码|点击：次

前言

本节我们将认识XML和YAML这两种文件类型。

所谓XML，即eXtensible Markup Language，翻译成中文为“可扩展标识语言”。首先，XML是一种元标记语言。所谓元标记，就是开发者可以根据自身需要定义自己的标记，比如可以定义标记<book>、<name>。任何满足XML命名规则的名称都可以标记，这就向不同的应用程序打开了的大门。此外，XML是一种语义、结构化语言，它描述了文档的结构与语义。

YAML是YAML Ain’t a Markup Language（YAML不是一种置标语言）的缩写。YAML是一个可读性高，用来表达资料序列的格式。它参考了其他多种语言，包括：XML、C语言、Python、Perl以及电子邮件格式RFC2822。

1.如何使用

XML和YAML是使用非常广泛的文件格式。可以利用XML或者YAML格式的文件存储和还原各式各样的数据结构。当然，它们还可以存储和载入任意复杂的数据结构，其中就包括了OpenCV相关周边的数据结构，以及各种原始数据类型，如整数、浮点数和文本字符串。

我们一般使用如下过程来写入或者读取数据到XML或YAML文件中。

（1）实例化一个FileStorage类的对象，用默认带参数的构造函数完成初始化，或者用FileStorage::open()成员函数辅助初始化。

（2）使用流操作符<<进行文件写入操作，或者>>进行文件读取操作，类似C++中的文件输入输出流。

（3）使用FileStorage::release()函数析构掉FileStorage类对象，同时关闭文件。

1.1第一步：XML、YAML文件的打开

（1）准备文件写操作

FileStorage是OpenCV中XML和YAML文件的存储类，封装了所有相关的信息。它是OpenCV从文件中读数据或向文件中写数据时必须要使用的一个类。

此类的构造函数为FileStorage::FileStorage，有两个重载，如下：

C++：FileStorage::FileStorage()
C++：FileStorage::FileStorage(const string& source, int flags, const string& encoding=string())

构造函数在实际使用中，一般有两种方法。

1）对于第二种带参数的构造函数，进行写操作范例如下：

FileStorage fs("abc.xml", FileStorage::WRITE);

2）对于第一种不带参数的构造函数，可以使用其成员函数FileStorage::open进行数据的写操作，范例如下：

FileStorage fs;
fs.open("abc.xml",FileStorage::WRITE);

（2）准备文件读操作

上面讲到的都是以FileStorage::WRITE为标识符的写操作，而读操作，采用FileStorage::READ标识符即可，相关示例代码如下：

1）第一种方式

FileStorage fs(“abc.xml”, FileStorage::READ);

2）第二种方式

FileStorage fs;
fs.open(“abc.xml”, FileStorage::READ);

另外需要注意的是，上面的这些操作示例是对XML文件为例子作演示的，而对YAML文件，操作方法是类似的，就是将XML文件换为YAML文件即可。

1.2 第二步：进行文件读写操作

（1）文本和数字的输入和输出

定义好FileStorage类对象之后，写入文件可以使用<<运算符，例如：

fs<<"iterationNr"<<100;

而读取文件，使用>>运算符，例如：

int itNr;
fs["iterationNr"]>>itNr;
itNr = (int) fs["iterationNr"];

（2）OpenCV数据结构的输入和输出

关于OpenCV数据结构的输入和输出，和基本的C++形式相同，范例如下：

// 数据结构的初始化
Mat R = Mat_<uchar>::eye(3,3);
Mat T = Mat_<double>::zeros(3, 1);
// 向Mat中写入数据
fs << "R" << R;
fs << "T" << T;
// 从Mat中读取数据
fs["R"]  >>  R;
fs["T"] >> T;

1.3 第三步：vector（array）和map的输入和输出

对于vector结构的输出和输出，要注意在第一个元素前加上”[“，在最后一个元素后加上”]“。例如：

fs << "strings"<<"[";  //开始读入string文本序列
fs << "image1.jpg" << "Awesomeness" << "baboon.jpg";
fs << "]"; //关闭序列

而对于map结构的操作，使用的符号是”{“和”}“，例如：

fs << "Mapping";//开始读入Mapping文本
fs << "{" << "One" << 1;
fs << "Two" << 2 << "}";

读取这些数据结构的时候，会用到FileNode和FileNodeIterator数据结构。对FileStorage类的“[”、“]”操作符会返回FileNode数据类型；对于一连串的node，可以使用FileNodeIterator结构，例如：

```cpp
FileNode n = fs["strings"];//读取字符串序列以得到节点
if (n.type()!=FileNode::SEQ)
{
    cerr << "发生错误！字符串不是一个序列" << endl;
    return 1;
}
FileNodeIterator it = n.begin(),it_end = n.end(); //遍历节点
for(;it!=it_end;it++)
cout << (string)*it << endl;

1.4 第四步：文件关闭

需要注意的是，文件关闭操作会在FileStorage类销毁时自动进行，但我们也可以显式调用其析构函数FileStorage::release()实现。FileStorage::release()函数会析构掉FileStorage类对象，同时关闭文件。

调用过程非常简单，如下：fs.release();

2.代码展示

2.1 写文件

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<time.h>
using namespace cv;

int main()
{
    //初始化
    FileStorage fs("test.yaml", FileStorage::WRITE);

    //开始文件写入
    fs << "frameCount" << 5;
    time_t rawtime; time(&rawtime);
    fs << "calibrationDate" << asctime(localtime(&rawtime));//读取时间量
     Mat cameraMatrix = (Mat_<double>(3, 3) << 1000, 0, 320, 0, 1000, 240, 0, 0, 1);
    Mat distCoeffs = (Mat_<double>(5, 1) << 0.1, 0.01, -0.001, 0, 0);//畸变参数
    fs << "cameraMatrix" << cameraMatrix << "distCoeffs" << distCoeffs;//读取Mat型cameraMatrix，distcoeffs的内容
    fs << "feature" << "[";
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        int x = rand() % 640;
        int y = rand() % 480;
        uchar ibp = rand() % 256;

        fs << "{:" << "x" << x << "y" << y << "ibp" << "[:";
        for (int j = 0; j < 8; j++)
            fs << ((ibp >> j) & 1);
        fs << "]" << "}";
    }
    fs << "]";
    fs.release();
    printf("完毕，请在工程目录下查看文件-");
    getchar();

    return 0;
}

上面的示例将一个整数、一个文本字符串（标定日期）、2 个矩阵和一个自定义结构“feature”存储到 YML，其中包括特征坐标和 LBP（局部二进制模式）值。这是样本的输出：

%YAML:1.0
frameCount: 5
calibrationDate: "Fri Jun 17 14:09:29 2011\n"
cameraMatrix: !!opencv-matrix
rows: 3
cols: 3
dt: d
data: [ 1000., 0., 320., 0., 1000., 240., 0., 0., 1. ]
distCoeffs: !!opencv-matrix
rows: 5
cols: 1
dt: d
data: [ 1.0000000000000001e-01, 1.0000000000000000e-02,
-1.0000000000000000e-03, 0., 0. ]
features:
- { x:167, y:49, lbp:[ 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1 ] }
- { x:298, y:130, lbp:[ 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1 ] }
- { x:344, y:158, lbp:[ 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0 ] }

作为练习，您可以将上面示例中的“.yml”替换为“.xml”或“.json”，然后查看相应的 XML 文件的外观。

通过查看示例代码和输出可以注意到几件事：

生成的 YAML（和 XML/JSON）由可以嵌套的异构集合组成。有两种类型的集合：命名集合（映射）和未命名集合（序列）。在映射中，每个元素都有一个名称并通过名称访问。这类似于 C/C++ 中的std::map结构以及 Python 中的字典。在序列中元素没有名称，它们通过索引访问。这类似于 C/C++ 中的std::vector数组以及 Python 中的列表、元组。“异构”意味着每个单一集合的元素可以有不同的类型。
YAML/XML/JSON 中的顶级集合是一个映射。每个矩阵存储为一个映射，矩阵元素存储为一个序列。然后，有一个特征序列，其中每个特征都表示一个映射，以及嵌套序列中的 lbp 值。
当您写入映射（结构）时，您写入元素名称后跟其值。当您写入一个序列时，您只需一个一个地写入元素。OpenCV 数据结构（例如cv::Mat）的编写方式与简单的 C 数据结构完全相同 - 使用<<运算符。
要编写映射，首先写入特殊字符串{，然后将元素作为对 ( fs << <element_name> << <element_value>) 写入，然后写入结束符}。
要编写一个序列，首先要编写特殊的字符串[，然后编写元素，然后编写结束]。
在 YAML/JSON（但不是 XML）中，映射和序列可以以类似 Python 的紧凑内联形式编写。在上面的示例中，矩阵元素以及每个特征，包括它的 lbp 值，都以这种内联形式存储。要以紧凑的形式存储映射/序列，请放在:开始字符之后，例如使用{:代替{和[:代替[。当数据写入 XML 时，那些额外:的将被忽略。

2.2 读文件

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<time.h>
using namespace cv;
using namespace std;

int main()
{
    //改变consolo字体颜色
    system("color 6F");

    //初始化
    FileStorage fs2("test.yaml", FileStorage::READ);

    //开始文件读取
    //法一,对FileNode操作
    int frameCount2 = (int)fs2["framecount2"];
    std::string date;//定义字符串 date

    //法二，使用FileNode运算符>>
    fs2["calibrationDate"] >> date;

    Mat cameraMatrix2, distCoeffs2;
    fs2["cameraMatrix"] >> cameraMatrix2;
    fs2["distCoeffs"] >> distCoeffs2;//读取

    cout << "frameCount2:" << frameCount2 << endl
        << "calibration date:" << date << endl
        << "camera matrix:" << cameraMatrix2 << endl
        << "distortion coeffs:" << distCoeffs2 << endl;

    FileNode feature = fs2["feature"];
    FileNodeIterator it = feature.begin(), it_end = feature.end();//定义it
    int idx = 0;
    std::vector<uchar>ibpval;//定义向量容器ibpal

    //使用FileNodeIterator历遍序列（读取）
    for (; it != it_end; it++, idx++)
    {
        cout << "feature#" << idx << ":";
        cout << "x=" << (int)(*it)["x"] << ",y=" << (int)(*it)["y"] << ",ibp:(";
        //也可以使用filenod>>std::vector操作符很容易读取数值阵列
        (*it)["ibp"] >> ibpval;
        for (int i = 0; i < (int)ibpval.size(); i++)
            cout << "" << (int)ibpval[i];
        cout << ")" << endl;
    }


    fs2.release();
    printf("读取完毕，请按任意键结束-");
    getchar();

    return 0;
}

2.3 完整的示例代码

/*
 * filestorage_sample demonstrate the usage of the opencv serialization functionality
 */
#include "opencv2/core.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
using std::string;
using std::cout;
using std::endl;
using std::cerr;
using std::ostream;
using namespace cv;
static void help(char** av)
{
  cout << "\nfilestorage_sample demonstrate the usage of the opencv serialization functionality.\n"
      << "usage:\n"
      <<  av[0] << " outputfile.yml.gz\n"
      << "\n   outputfile above can have many different extensions, see below."
      << "\nThis program demonstrates the use of FileStorage for serialization, that is in use << and >>  in OpenCV\n"
      << "For example, how to create a class and have it serialize, but also how to use it to read and write matrices.\n"
      << "FileStorage allows you to serialize to various formats specified by the file end type."
          << "\nYou should try using different file extensions.(e.g. yaml yml xml xml.gz yaml.gz etc...)\n" << endl;
}
struct MyData
{
  MyData() :
    A(0), X(0), id()
  {
  }
  explicit MyData(int) :
    A(97), X(CV_PI), id("mydata1234")
  {
  }
  int A;
  double X;
  string id;
  void write(FileStorage& fs) const //Write serialization for this class
  {
    fs << "{" << "A" << A << "X" << X << "id" << id << "}";
  }
  void read(const FileNode& node)  //Read serialization for this class
  {
    A = (int)node["A"];
    X = (double)node["X"];
    id = (string)node["id"];
  }
};
//These write and read functions must exist as per the inline functions in operations.hpp
static void write(FileStorage& fs, const std::string&, const MyData& x){
  x.write(fs);
}
static void read(const FileNode& node, MyData& x, const MyData& default_value = MyData()){
  if(node.empty())
    x = default_value;
  else
    x.read(node);
}
static ostream& operator<<(ostream& out, const MyData& m){
  out << "{ id = " << m.id << ", ";
  out << "X = " << m.X << ", ";
  out << "A = " << m.A << "}";
  return out;
}
int main(int ac, char** av)
{
  cv::CommandLineParser parser(ac, av,
    "{@input||}{help h ||}"
  );
  if (parser.has("help"))
  {
    help(av);
    return 0;
  }
  string filename = parser.get<string>("@input");
  if (filename.empty())
  {
    help(av);
    return 1;
  }
  //write
  {
    FileStorage fs(filename, FileStorage::WRITE);
    cout << "writing images\n";
    fs << "images" << "[";
    fs << "image1.jpg" << "myfi.png" << "baboon.jpg";
    cout << "image1.jpg" << " myfi.png" << " baboon.jpg" << endl;
    fs << "]";
    cout << "writing mats\n";
    Mat R =Mat_<double>::eye(3, 3),T = Mat_<double>::zeros(3, 1);
    cout << "R = " << R << "\n";
    cout << "T = " << T << "\n";
    fs << "R" << R;
    fs << "T" << T;
    cout << "writing MyData struct\n";
    MyData m(1);
    fs << "mdata" << m;
    cout << m << endl;
  }
  //read
  {
    FileStorage fs(filename, FileStorage::READ);
    if (!fs.isOpened())
    {
      cerr << "failed to open " << filename << endl;
      help(av);
      return 1;
    }
    FileNode n = fs["images"];
    if (n.type() != FileNode::SEQ)
    {
      cerr << "images is not a sequence! FAIL" << endl;
      return 1;
    }
    cout << "reading images\n";
    FileNodeIterator it = n.begin(), it_end = n.end();
    for (; it != it_end; ++it)
    {
      cout << (string)*it << "\n";
    }
    Mat R, T;
    cout << "reading R and T" << endl;
    fs["R"] >> R;
    fs["T"] >> T;
    cout << "R = " << R << "\n";
    cout << "T = " << T << endl;
    MyData m;
    fs["mdata"] >> m;
    cout << "read mdata\n";
    cout << m << endl;
    cout << "attempting to read mdata_b\n";   //Show default behavior for empty matrix
    fs["mdata_b"] >> m;
    cout << "read mdata_b\n";
    cout << m << endl;
  }
  cout << "Try opening " << filename << " to see the serialized data." << endl << endl;
  //read from string
  {
    cout << "Read data from string\n";
    string dataString =
        "%YAML:1.0\n"
        "mdata:\n"
        "   A: 97\n"
        "   X: 3.1415926535897931e+00\n"
        "   id: mydata1234\n";
    MyData m;
    FileStorage fs(dataString, FileStorage::READ | FileStorage::MEMORY);
    cout << "attempting to read mdata_b from string\n";   //Show default behavior for empty matrix
    fs["mdata"] >> m;
    cout << "read mdata\n";
    cout << m << endl;
  }
  //write to string
  {
    cout << "Write data to string\n";
    FileStorage fs(filename, FileStorage::WRITE | FileStorage::MEMORY | FileStorage::FORMAT_YAML);
    cout << "writing MyData struct\n";
    MyData m(1);
    fs << "mdata" << m;
    cout << m << endl;
    string createdString = fs.releaseAndGetString();
    cout << "Created string:\n" << createdString << "\n";
  }
  return 0;
}

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