freetype库及其应用

一、背景介绍

freetype是一个高质量、自由、开源的字体引擎库，它是一个完全独立的、非商业性质的项目，主要用于在各种不同的平台上来处理字体，从而使得字体渲染可以更精细、更适应不同的设备。它可以读取多种字体文件格式，如TrueType、PostScript Type1、OpenType等，同时提供对字形轮廓的处理和渲染，可以将文本渲染为位图、向量图和像素栅格图。

二、安装和使用freetype库

1、下载和安装

官网下载地址为：http://www.freetype.org/download.html。安装方式为下载对应版本的源码，解压后进行编译安装。

// 下载并解压缩freetype源码包
wget http://downloads.sourceforge.net/project/freetype/freetype2/2.10.0/freetype-2.10.0.tar.gz
tar zxvf freetype-2.10.0.tar.gz

// 进入解压后的目录
cd freetype-2.10.0

// 编译安装
./configure
make
sudo make install

2、示例程序

以下是使用freetype库的一个简单示例程序，它实现了将一段文本转换成位图，并保存成png格式的图片。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType库
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打开字体文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 设置字体大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 遍历字符串
    const char *text = "hello, world!";
    for (int i = 0; text[i]; i++) {
        // 加载当前字符的字形
        FT_Load_Char(face, text[i], FT_LOAD_RENDER);

        // 处理字形的位图数据
        FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;

        // 保存位图数据成png图片
        char filename[64];
        sprintf(filename, "char_%c.png", text[i]);
        stbi_write_png(filename, bitmap.width, bitmap.rows, 1, bitmap.buffer, bitmap.pitch);
    }

    // 释放资源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    return 0;
}

三、使用freetype库进行文字渲染

1、字符编码

freetype库支持多种字符编码方式，如Unicode、ASCII、ISO-8859等。用户可以根据需要选择不同的编码方式。

以下是一个示例程序，它实现了将Unicode编码的字符串转换成位图，并显示在屏幕上。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType库
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打开字体文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 设置字体大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 设置字符编码
    FT_Select_Charmap(face, FT_ENCODING_UNICODE);

    // 创建位图缓冲区
    unsigned char *buffer = malloc(width * height);

    // 渲染文字到位图缓冲区
    const wchar_t *text = L"hello, world!";
    FT_ULong charcode;
    FT_UInt glyph_index;
    int pen_x = 0, pen_y = 0;
    for (int i = 0; text[i]; i++) {
        // 转换字符编码
        charcode = text[i];
        glyph_index = FT_Get_Char_Index(face, charcode);

        // 加载当前字符的字形
        FT_Load_Glyph(face, glyph_index, FT_LOAD_DEFAULT);
        FT_Render_Glyph(face->glyph, FT_RENDER_MODE_NORMAL);

        // 处理字形的位图数据
        FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;
        for (int y = 0; y < bitmap.rows; y++) {
            for (int x = 0; x glyph->advance.x >> 6;
        pen_y += face->glyph->advance.y >> 6;
    }

    // 将位图缓冲区显示到屏幕上
    show_bitmap(buffer, width, height);

    // 释放资源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    free(buffer);
    return 0;
}

2、字形轮廓

freetype库可以读取字体文件中的字形轮廓数据，用户可以利用这些数据进行复杂的字形变换、路径操作和渲染效果。以下是示例代码，演示了如何将一个字形旋转并输出到PNG图片中。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType库
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打开字体文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 设置字体大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 加载字符的字形
    FT_Load_Glyph(face, FT_Get_Char_Index(face, 'A'), FT_LOAD_DEFAULT);

    // 获取字形的轮廓点集
    FT_Outline outline = face->glyph->outline;

    // 初始化画布
    int width = 600, height = 600;
    unsigned char *buffer = malloc(width * height);
    memset(buffer, 255, sizeof(unsigned char) * width*height);

    // 绘制轮廓点集
    for (int i = 0; i < outline.n_contours; ++i) {
        int start = outline.contours[i];
        int end = i+1 < outline.n_contours ? outline.contours[i+1] : outline.n_points;

        // 顺时针方向绘制轮廓
        for (int j = start, k = start; j < end; ++j) {
            if (j == outline.contours[k]) {
                k++;
            }

            FT_Vector v = outline.points[j];
            buffer[(v.y + 300) * width + (v.x + 300)] = 0;
        }
    }

    // 旋转画布并输出到png
    rotate_and_save_image(buffer, width, height, "output.png");

    // 释放资源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    free(buffer);
    return 0;
}

四、常见问题解答

1、如何在不同平台上使用freetype库？

不同平台上使用freetype库的方式有所不同，可以参考官方文档和示例代码。通常需要先在系统上安装freetype库，然后在编译时指定库文件的路径和头文件的路径。

2、如何处理不同字体大小？

freetype库提供了多个函数来处理不同字体大小，可以使用FT_Set_Char_Size()或FT_Set_Pixel_Sizes()等函数来设置字体大小，也可以使用FT_Matrix或FT_Vector来对字形进行变换，从而实现更加丰富的效果。

3、如何处理不同字体格式？

freetype库可以读取多种字体格式，如TrueType、PostScript Type1、OpenType等。用户只需在打开字体文件时指定正确的文件格式即可。