【硬核】韦东山：使用freetype显示一行文字

6.6 使用freetype显示一行文字 使用GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录： 01_all_series_quickstart 04_嵌入式Linux应用开发基础知识source10_freetype 04_show_lineshow_line.c

Git下载地址： https://e.coding.net/weidongshan/01_all_series_quickstart.git

本节的目的：在LCD上指定一个左上角坐标(x, y)，把一行文字显示出来。下图中，文字的外框用虚线表示，外框的左上角坐标就是(x, y)。

6.6.1 笛卡尔坐标系 在LCD的坐标系中，原点在屏幕的左上角。对于笛卡尔坐标系，原点在左下角。freetype使用笛卡尔坐标系，在显示时需要转换为LCD坐标系。

从下图可知，X方向坐标值是一样的。在Y方向坐标值需要换算，假设LCD的高度是V。在LCD坐标系中坐标是(x, y)，那么它在笛卡尔坐标系中的坐标值为(x, V-y)。反过来也是一样的，在笛卡尔坐标系中坐标是(x, y)，那么它在LCD坐标系中坐标值为(x, V-y)。

6.6.2 每个字符的大小可能不同 在使用FT_Set_Pixel_Sizes函数设置字体大小时，这只是“期望值”。比如“百问网www.100ask.net”，如果把“.”显示得跟其他汉字一样大，不好看。

所以在显示一行文字时，后面文字的位置会受到前面文字的影响。幸好，freetype帮我们考虑到了这些影响。

对于freetype字体的尺寸(freetype Metrics)，需要参考下图这个文档：

上述文档中列出了一个图，摘录如下：

在显示一行文字时，这些文字会基于同一个基线来绘制位图：baseline。在baseline上，每一个字符都有它的原点(origin)，比如上图中baseline左边的黑色圆点就是字母“g”的原点。当前origin加上advance就可以得到下一个字符的origin，比如上图中baseline右边的黑色圆点。在显示一行中多个文件字时，后一个文字的原点依赖于前一个文字的原点及advance。字符的位图是有可能越过baseline的，比如上图中字母“g”在baseline下方还有图像。

上图中红色方框内就是字母“g”所点据的位图，它的四个角落不一定与原点重合。

上图中那些xMin、xMax、yMin、yMax如何获得？可以使用

FT_Glyph_Get_CBox函数获得一个字体的这些参数，将会保存在一个FT_BBox结构体中，以后想计算一行文字的外框时要用到这些信息：

6.6.3 怎么在指定位置显示一行文字 要显示一行文字时，每一个字符都有自己外框：xMin、xMax、yMin、yMax。把这些字符的xMin、yMin中的最小值取出来，把这些字符的xMax、yMax中的最大值取出来，就可以确定这行文字的外框了。要想在指定位置(x, y)显示一行文字，步骤如下图所示：

① 先指定第1个字符的原点pen坐标为(0, 0)，计算出它的外框 ② 再计算右边字符的原点，也计算出它的外框把所有字符都处理完后就可以得到一行文字的整体外框：假设外框左上角坐标为(x’, y’)。 ③ 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下pen坐标即可

怎么调整？ pen为(0, 0)时对应左上角(x’, y’)；那么左上角为(x, y)时就可以算出pen为(x-x’, y-y’)。

6.6.4 freetype的几个重要数据结构 要想形象地理解程序，需要先介绍一下freetype中几个数据结构：

FT_Library 对应freetype库，使用freetype之前要先调用以下代码：

FT_Library  library; /* 对应freetype库 */
error = FT_Init_FreeType( &library ); /* 初始化freetype库 */

FT_Face 它对应一个矢量字体文件，在源码中使用FT_New_Face函数打开字体文件后，就可以得到一个face。为什么称之为face？估计是文字都是写在二维平面上的吧，正对着人脸？不用管原因了，总之认为它对应一个字体文件就可以。代码如下：

error = FT_New_Face(library, font_file, 0, &face ); /* 加载字体文件 */

FT_GlyphSlot 插槽？用来保存字符的处理结果：比如转换后的glyph、位图，如下图：

一个face中有很多字符，生成一个字符的点阵位图时，位图保存在哪里？保存在插槽中：face->glyph。生成第1个字符位图时，它保存在face->glyph中；生成第2个字符位图时，也会保存在face->glyph中，会覆盖第1个字符的位图。代码如下：

FT_GlyphSlot  slot = face->glyph; /* 插槽: 字体的处理结果保存在这里 */

FT_Glyph 字体文件中保存有字符的原始关键点信息，使用freetype的函数可以放大、缩小、旋转，这些新的关键点保存在插槽中(注意：位图也是保存在插槽中)。新的关键点使用FT_Glyph来表示，可以使用这样的代码从slot中获得glyph：

error = FT_Get_Glyph(slot , &glyph);

FT_BBox FT_BBox结构体定义如下，它表示一个字符的外框，即新glyph的外框：

可以使用以下代码从glyph中获得这些信息：

FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );

针对上述流程，示例代码如下：

6.6.5 计算一行文字的外框 前面提到过，一行文字中：后一个字符的原点=前一个字符的原点+advance。所以要计算一行文字的外框，需要按照排列顺序处理其中的每一个字符。代码如下，注释写得很清楚了：

102 int compute_string_bbox(FT_Face       face, wchar_t *wstr, FT_BBox  *abbox)
103 {
104     int i;
105     int error;
106     FT_BBox bbox;
107     FT_BBox glyph_bbox;
108     FT_Vector pen;
109     FT_Glyph  glyph;
110     FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
111
112     /* 初始化 */
113     bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
114     bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;
115
116     /* 指定原点为(0, 0) */
117     pen.x = 0;
118     pen.y = 0;
119
120     /* 计算每个字符的bounding box */
121     /* 先translate, 再load char, 就可以得到它的外框了 */
122     for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
123     {
124         /* 转换：transformation */
125         FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
126
127         /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
128         error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
129         if (error)
130         {
131             printf("FT_Load_Char errorn");
132             return -1;
133         }
134
135         /* 取出glyph */
136         error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
137         if (error)
138         {
139             printf("FT_Get_Glyph error!n");
140             return -1;
141         }
142
143         /* 从glyph得到外框: bbox */
144         FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);
145
146         /* 更新外框 */
147         if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
148             bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;
149
150         if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
151             bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;
152
153         if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
154             bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;
155
156         if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
157             bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
158
159         /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
160         pen.x += slot->advance.x;
161         pen.y += slot->advance.y;
162     }
163
164     /* return string bbox */
165     *abbox = bbox;
166 }

6.6.6 调整原点并绘制 代码如下，也不复杂：

169 int display_string(FT_Face     face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
170 {
171     int i;
172     int error;
173     FT_BBox bbox;
174     FT_Vector pen;
175     FT_Glyph  glyph;
176     FT_GlyphSlot slot = face->glyph;
177
178     /* 把LCD坐标转换为笛卡尔坐标 */
179     int x = lcd_x;
180     int y = var.yres - lcd_y;
181
182     /* 计算外框 */
183     compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);
184
185     /* 反推原点 */
186     pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
187     pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
188
189     /* 处理每个字符 */
190     for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
191     {
192         /* 转换：transformation */
193         FT_Set_Transform(face, 0, &pen);
194
195         /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
196         error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
197         if (error)
198         {
199             printf("FT_Load_Char errorn");
200             return -1;
201         }
202
203         /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
204         draw_bitmap( &slot->bitmap,
205                         slot->bitmap_left,
206                         var.yres - slot->bitmap_top);
207
208         /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
209         pen.x += slot->advance.x;
210         pen.y += slot->advance.y;
211     }
212
213     return 0;
214 }

6.6.7 上机实验 编译命令(如果你使用的交叉编译链前缀不是arm-buildroot-linux-gnueabihf，请自行修改命令)：

$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc  -o  show_line  show_line.c   -lfreetype

将编译好的show_line文件与simsun.ttc字体文件拷贝至开发板，这2个文件放在同一个目录下，然后执行以下命令(其中的3个数字分别表示LCD的X坐标、Y坐标、字体大小)：

[root@board:~]# ./show_line ./simsun.ttc 10 200 80