今天整理 Pocket 中待看的文章，看到這篇《Creating ASCII art in functional Swift》，講解如何用 Swift 將圖片轉(zhuǎn)成 ASCII 字符。具體原理文中講解的很詳細(xì)，不再贅述，但是標(biāo)題中的 in functional Swift 讓我很感興趣，想知道 functional 到底體現(xiàn)在哪里，于是下載 swift-ascii-art 源碼一探究竟。

Pixel

圖片是由各個(gè)像素點(diǎn)組成的，在代碼中像素通過(guò) Pixel 這個(gè) struct 實(shí)現(xiàn)。每個(gè)像素分配了4個(gè)字節(jié)，這4個(gè)字節(jié) (2^8 = 256) 分別用來(lái)存儲(chǔ) RBGA 的值。

createPixelMatrix

可以通過(guò) createPixelMatrix 這個(gè)靜態(tài)方法創(chuàng)建一個(gè) width * height 像素矩陣：

static func createPixelMatrix(width: Int, _ height: Int) -> [[Pixel]] { 
return map(0.. map(0.. let offset = (width * row + col) * Pixel.bytesPerPixel 
return Pixel(offset) 
} 
} 
} 

和傳統(tǒng)方法中使用 for 循環(huán)來(lái)創(chuàng)建多維數(shù)組有所不同的是，這里是通過(guò) map 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。在 Swift 2.0 中， map 函數(shù)已經(jīng)被干掉了，只能作為方法調(diào)用。

intensityFromPixelPointer

intensityFromPixelPointer 方法計(jì)算并返回像素點(diǎn)的亮度值，代碼如下：

func intensityFromPixelPointer(pointer: PixelPointer) -> Double { 
let 
red = pointer[offset + 0], 
green = pointer[offset + 1], 
blue = pointer[offset + 2] 
return Pixel.calculateIntensity(red, green, blue) 
} 
private static func calculateIntensity(r: UInt8, _ g: UInt8, _ b: UInt8) -> Double { 
let 
redWeight = 0.229, 
greenWeight = 0.587, 
blueWeight = 0.114, 
weightedMax = 255.0 * redWeight + 
255.0 * greenWeight + 
255.0 * blueWeight, 
weightedSum = Double(r) * redWeight + 
Double(g) * greenWeight + 
Double(b) * blueWeight 
return weightedSum / weightedMax 
} 

calculateIntensity 方法基于 Y’UV 編碼獲取某個(gè)像素的亮度 (intensity) ：

Y’ = 0.299 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’ 

YUV 是一種顏色編碼方法，Y 表示亮度， UV 用來(lái)表示色差， U 和 V 是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量。它的優(yōu)點(diǎn)是可以利用人眼的特性來(lái)降低數(shù)字彩色圖像所需要的存儲(chǔ)容量。我們通過(guò)這個(gè)公式獲取到的 Y 就是亮度的值。

Offset

Pixel 中其實(shí)只存了一個(gè)值： offset 。 Pixel.createPixelMatrix 創(chuàng)建出來(lái)的矩陣是這樣的：

[[0, 4, 8, ...], ...] 

并沒(méi)有像想象中那樣存儲(chǔ)了每個(gè)像素相關(guān)數(shù)據(jù)，而更像是一個(gè)轉(zhuǎn)換工具，計(jì)算 PixelPointer 的灰度值。

AsciiArtist

AsciiArtist 里封裝了一些生成字符畫(huà)的方法。

createAsciiArt

createAsciiArt 方法就是創(chuàng)建字符畫(huà)：

func createAsciiArt() -> String { 
let 
// 加載圖片數(shù)據(jù)，獲取指針對(duì)象 
dataProvider = CGImageGetDataProvider(image.CGImage), 
pixelData = CGDataProviderCopyData(dataProvider), 
pixelPointer = CFDataGetBytePtr(pixelData), 
// 將圖片轉(zhuǎn)成亮度值矩陣 
intensities = intensityMatrixFromPixelPointer(pixelPointer), 
// 將亮度值轉(zhuǎn)成對(duì)應(yīng)字符 
symbolMatrix = symbolMatrixFromIntensityMatrix(intensities) 
return join("\n", symbolMatrix) 
} 

其中 CFDataGetBytePtr 函數(shù)返回了圖像的字節(jié)數(shù)組指針，數(shù)組里每個(gè)元素都是一個(gè)字節(jié)，即 0~255 的整數(shù)。每4個(gè)字節(jié)組成了一個(gè) Pixel ，分別對(duì)應(yīng)著 RGBA 的值。

intensityMatrixFromPixelPointer

intensityMatrixFromPixelPointer 這個(gè)方法是通過(guò) PixelPointer 生成對(duì)應(yīng)的亮度值矩陣：

private func intensityMatrixFromPixelPointer(pointer: PixelPointer) -> [[Double]] 
{ 
let 
width = Int(image.size.width), 
height = Int(image.size.height), 
matrix = Pixel.createPixelMatrix(width, height) 
return matrix.map { pixelRow in 
pixelRow.map { pixel in 
pixel.intensityFromPixelPointer(pointer) 
} 
} 
} 

首先通過(guò) Pixel.createPixelMatrix 方法創(chuàng)建了一個(gè)空的二維數(shù)組，用來(lái)存放數(shù)值。然后用兩個(gè) map 嵌套遍歷里面的所有元素，將像素 (pixel) 轉(zhuǎn)換成亮度 (intensity) 的值。

symbolMatrixFromIntensityMatrix

symbolMatrixFromIntensityMatrix 函數(shù)將亮度值數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符畫(huà)數(shù)組：

private func symbolMatrixFromIntensityMatrix(matrix: [[Double]]) -> [String] 
{ 
return matrix.map { intensityRow in 
intensityRow.reduce("") { 
$0 + self.symbolFromIntensity($1) 
} 
} 
} 

map + reduce 成功實(shí)現(xiàn)了字符串的累加，每次 reduce 都是通過(guò) symbolFromIntensity 方法獲取到亮度值對(duì)應(yīng)的字符。 symbolFromIntensity 方法如下：

private func symbolFromIntensity(intensity: Double) -> String 
{ 
assert(0.0 <= intensity && intensity <= 1.0) 
let 
factor = palette.symbols.count - 1, 
value = round(intensity * Double(factor)), 
index = Int(value) 
return palette.symbols[index] 
} 

傳入 intensity ，在確保了值的范圍是 0 ~ 1 之后，通過(guò) AsciiPalette 將它轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的字符，輸出 sumbol 。

AsciiPalette

AsciiPalette 是用來(lái)將數(shù)值轉(zhuǎn)換成字符的工具，像是一個(gè)字符畫(huà)里的調(diào)色板一樣，根據(jù)不同的顏色生成字符。

loadSymbols

loadSymbols 加載了所有的字符：

private func loadSymbols() -> [String] 
{ 
return symbolsSortedByIntensityForAsciiCodes(32...126) // from ' ' to '~' 
} 

可以看到，我們選用的字符范圍是 32 ~ 126 的字符，接下來(lái)就是通過(guò) symbolsSortedByIntensityForAsciiCodes 方法將這些字符按照亮度進(jìn)行排序。比如 & 符號(hào)肯定代表著比 . 暗的區(qū)域，那么它是如何比較的呢？請(qǐng)看排序方法。

symbolsSortedByIntensityForAsciiCodes

symbolsSortedByIntensityForAsciiCodes 方法實(shí)現(xiàn)了字符串的生成和排序：

private func symbolsSortedByIntensityForAsciiCodes(codes: Range) -> [String] 
{ 
let 
// 通過(guò) Ascii 碼生成字符數(shù)組備用 
symbols = codes.map { self.symbolFromAsciiCode($0) }, 
// 將字符繪制出來(lái)，把字符數(shù)組轉(zhuǎn)換成圖片數(shù)組，用于比較亮度 
symbolImages = symbols.map { UIImage.imageOfSymbol($0, self.font) }, 
// 將圖片數(shù)組轉(zhuǎn)換成亮度值數(shù)組，亮度值的表現(xiàn)形式是圖片中白色像素的個(gè)數(shù) 
whitePixelCounts = symbolImages.map { self.countWhitePixelsInImage($0) }, 
// 將字符數(shù)組通過(guò)亮度值就行排序 
sortedSymbols = sortByIntensity(symbols, whitePixelCounts) 
return sortedSymbols 
} 

其中， sortByIntensity 這個(gè)排序方法如下：

private func sortByIntensity(symbols: [String], _ whitePixelCounts: [Int]) -> [String] 
{ 
let 
// 用字典建立 白色像素?cái)?shù)目 和 字符 之間的關(guān)系 
mappings = NSDictionary(objects: symbols, forKeys: whitePixelCounts), 
// 白色像素?cái)?shù)目數(shù)組去重 
uniqueCounts = Set(whitePixelCounts), 
// 白色像素?cái)?shù)目數(shù)組排序 
sortedCounts = sorted(uniqueCounts), 
// 利用前面的字典映射，將排序后的白色像素?cái)?shù)目轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的字符，從而輸出有序數(shù)組 
sortedSymbols = sortedCounts.map { mappings[$0] as! String } 
return sortedSymbols 
} 

小結(jié)

簡(jiǎn)單了過(guò)了一下項(xiàng)目，可以隱約感覺(jué)到一些函數(shù)式風(fēng)格的氣息，主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：

map reduce 等函數(shù)的應(yīng)用恰到好處，自如處理數(shù)組的轉(zhuǎn)換和拼接。

通過(guò) input 和 output 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，比如 sortByIntensity 方法和 symbolFromIntensity 方法。

很少有狀態(tài)和屬性，更多的是直接的函數(shù)轉(zhuǎn)換，函數(shù)邏輯不依賴外部變量，只依賴于傳入的參數(shù)

代碼感覺(jué)簡(jiǎn)單輕快。通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的小例子，驗(yàn)證了前面在 函數(shù)式的特性 中學(xué)習(xí)到的東西。

感覺(jué)很贊！