2021年7月29日星期四

【C#】C#中使用GDAL3（二）：Windows下读写Shape文件及超详细解决中文乱码问题

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　　本文为《C#中使用GDAL3》的第二篇，总目录地址：https://www.cnblogs.com/litou/p/15004877.html

本文目录
一、介绍
二、读写数据内容
三、中文乱码问题
3.1、数据路径或数据文件名含中文时打开失败
3.2、读取中文字符串显示乱码
3.3、函数传入中文字符串参数报错

　　一、介绍

　　Shape文件是ESRI公司开发的一种空间数据开放格式，全称是ESRI Shapefile，该文件格式是由多个文件组成的，表示同一数据的一组文件的文件名必须相同。

　　要组成一份Shapefile，有三个文件是必不可少的，它们分别是shp、shx和dbf文件。组成如下：

必须文件.shp主文件，记录要素几何实体
.shx索引文件，记录每一个几何体在shp文件之中的位置
.dbf数据文件，以dBase IV的数据表格式存储每个几何形状的属性数据
可选文件.prj投影文件，保存地理坐标系统与投影信息
.sbx .sbn其他文件

　　二、读写数据内容

　　GDAL库内置支持读写ESRI Shapefile文件，无需其他插件支持。

　　示例Shapefile文件如下，存放在"C:\shp数据"下，图层名称为"测试面"，类型为面，自定义字段有"Id"、"名称"和"大小"，有两条记录。

　　

　　以VS2015为例，修改自上一篇《C#中使用GDAL3（一）：Windows下超详细编译C#版GDAL3.3.0（VS2015+.NET 4+32位/64位）》中第九部分"C#调用测试"的Demo程序。

　　由于Shapefile文件属于矢量数据，所以只需注册OGR驱动。

　　1、打开数据

　　调用Ogr.Open打开数据获取DataSource。这里有两种打开方法：

　　1）打开shp文件，即Ogr.Open的第一个参数是shp文件的路径，打开后得到的DataSource里面只含shp文件本身的一份数据。

　　2）打开shp文件所在目录，即Ogr.Open的第一个参数是shp文件所在目录的路径，打开后得到的DataSource里面包含该目录下所有shp文件数据。

　　另外，Open的第二个参数为打开方式，值0表示以只读方式打开，值1表示以读写方式打开。

　　2、获取图层对象和图层名称

　　调用DataSource.GetLayerByXXXXX获取图层对象，这里调用的是GetLayerByIndex，再调用Layer.GetName获取图层名称。

　　3、获取要素定义、字段定义和字段名称

　　调用Layer.GetLayerDefn获取要素定义，然后调用FeatureDefn.GetFieldDefn获取字段定义，再调用FieldDefn.GetName获取字段名称。

　　4、遍历要素记录

　　循环调用Layer.GetNextFeature获取每一条要素记录，直到获取的要素记录为null则循环结束。如需要重头开始遍历，需要调用Layer.ResetReading重置为开头位置。

　　5、读取要素字段值

　　调用Feature.GetFieldAsXXXXX获取要素字段值，这里调用的是GetFieldAsInteger、GetFieldAsString和GetFieldAsDouble的传入字段索引值的方法。

　　6、设置要素字段值

　　调用Feature.SetField写入要素字段值。

　　7、更新要素

　　调用Layer.SetFeature使要素修改生效。

using OSGeo.OGR;using System;namespace GdalDemo{ class Program {  static void Main(string[] args)  {   Ogr.RegisterAll();   ReadShapeFile();   Console.ReadKey();  }  static void ReadShapeFile()  {   //打开数据   string path = @"C:\shp数据";   DataSource ds = Ogr.Open(path, 1); //以可写方式打开   int lCount = ds.GetLayerCount();   for (int i = 0; i < lCount; i++)   {    //读取图层信息    Layer layer = ds.GetLayerByIndex(i);    string layerName = layer.GetName();    Console.WriteLine(String.Format("图层名：{0}", layerName));    //读取字段信息    FeatureDefn featureDefn = layer.GetLayerDefn();    int fCount = featureDefn.GetFieldCount();    for (int j = 0; j < fCount; j++)    {     FieldDefn fieldDefn = featureDefn.GetFieldDefn(j);     string fieldName = fieldDefn.GetName();     Console.WriteLine(String.Format("字段名：{0}", fieldName));    }    //遍历要素    Feature feature;    while ((feature = layer.GetNextFeature()) != null)    {     //读取要素信息     int id = feature.GetFieldAsInteger(0);     Console.WriteLine(String.Format("字段值-id：{0}", id));     string name = feature.GetFieldAsString(1);     Console.WriteLine(String.Format("字段值-名称：{0}", name));     double size = feature.GetFieldAsDouble(2);     Console.WriteLine(String.Format("字段值-大小：{0}", size));     //设置要素信息     feature.SetField(0, id + 1);     feature.SetField(1, name + "加");     feature.SetField(2, size + 10.12);     //更新要素     layer.SetFeature(feature);     //读取修改后要素信息     Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-id：{0}", feature.GetFieldAsInteger(0)));     Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-名称：{0}", feature.GetFieldAsString(1)));     Console.WriteLine(String.Format("字段值-修改后-大小：{0}", feature.GetFieldAsDouble(2)));     //用字段名读取字段值     Console.WriteLine(String.Format("字段值-字段名值-id：{0}", feature.GetFieldAsInteger("id")));     try     {      Console.WriteLine(String.Format("字段值-字段名值-名称：{0}", feature.GetFieldAsString("名称")));     }     catch { }    }   }  } }}

　　运行结果如下：

　　1）数据读取正常

　　2）中文图层名称和字段名称均显示为乱码

　　3）读取字段值并显示中文内容正常

　　4）写入中文内容到字段正常

　　5）使用中文字段名获取字段值报错

　　

　　三、中文乱码问题

　　要解决乱码问题，首先要理解为什么会出现乱码。根据GDAL的文档资料显示(https://gdal.org/development/rfc/rfc5_unicode.html)，GDAL内部字符串使用UTF8编码，也就是说输入和输出的字符串均为UTF8编码，而我们使用的操作系统大部分都是简体中文版的Windows，其默认的字符串编码是GB2312（可通过C#下的System.Text.Encoding.Default.EncodingName得到），如果不做编码转换直接显示的话就会出现乱码问题。

　　3.1、数据路径或数据文件名含中文时打开失败

　　该情况在GDAL 3.3.0的C#接口中是不存在的。以Ogr库为例，在Ogr.cs中可以找到Open方法，其方法内通过Ogr.StringToUtf8Bytes函数处理，把传入的路径字符串转化为UTF8编码的字节数组，再传入内部的Open方法，所以在调用Ogr.Open方法时，无需对传入的路径字符串进行编码处理，也能正常使用。

　　另外在GDAL内部，参数GDAL_FILENAME_IS_UTF8的默认值是YES，所以无需显式重复设置为YES也能正常读取，设置为NO反而导致读取失败。

//Ogr.cspublic static DataSource Open(string utf8_path, int update){ IntPtr cPtr = OgrPINVOKE.Open(Ogr.StringToUtf8Bytes(utf8_path), update); DataSource ret = (cPtr == IntPtr.Zero) ? null : new DataSource(cPtr, true, ThisOwn_true()); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret;}internal static byte[] StringToUtf8Bytes(string str){ if (str == null)  return null; int bytecount = System.Text.Encoding.UTF8.GetMaxByteCount(str.Length); byte[] bytes = new byte[bytecount + 1]; System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(str, 0, str.Length, bytes, 0); return bytes;}

　　3.2、读取中文字符串显示乱码

　　同样是读取字符串，读取中文图层名称和字段名称显示乱码，而读取中文字段值则正常。

//Layer.cspublic string GetName(){ string ret = OgrPINVOKE.Layer_GetName(swigCPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret;}//FieldDefn.cspublic string GetName(){ string ret = OgrPINVOKE.FieldDefn_GetName(swigCPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret;}//Feature.cspublic string GetFieldAsString(int id){ IntPtr cPtr = OgrPINVOKE.Feature_GetFieldAsString__SWIG_0(swigCPtr, id); string ret = Ogr.Utf8BytesToString(cPtr); if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve(); return ret;}//Ogr.csinternal unsafe static string Utf8BytesToString(IntPtr pNativeData){ if (pNativeData == IntPtr.Zero)  return null; byte* pStringUtf8 = (byte*)pNativeData; int len = 0; while (pStringUtf8[len] != 0) len++; return System.Text.Encoding.UTF8.GetString(pStringUtf8, len);}

　　对比GetName和GetFieldAsString两个函数可以很明显看出来，GetFieldAsString通过调用Ogr.Utf8BytesToString将返回的UTF8编码的字节数组以UTF8方式解码为字符串，所以能够正常显示；而GetName则直接返回字符串（实际上编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetString解码为字符串），由于没有使用UTF8解码导致显示为乱码。

　　不完美处理方法1：在C#中将乱码字符串还原为字节数组并重新以UTF8方式解码字符串。

　　具体方法为，将乱码的字符串先通过System.Text.Encoding.Default.GetBytes转换回乱码状态前的字节数组，再调用System.Text.Encoding.UTF8.GetString以UTF8的方式解码为系统识别的字符串。

　　该方法处理偶数个中文字符时可以正常还原，但处理奇数个中文字符时最后一个中文字符还原失败。测试代码如下：

using System;using System.Text;namespace Demo{ class Program {  static void Main(string[] args)  {   string sOdd = "测试";   Console.WriteLine("原字符串：" + sOdd);   string sOddUtf8 = Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(sOdd));   Console.WriteLine("UTF8字符串：" + sOddUtf8);   string sOddURestore = Encoding.UTF8.GetString(Encoding.Default.GetBytes(sOddUtf8));   Console.WriteLine("还原字符串：" + sOddURestore);   Console.WriteLine();   string sEven = "测试面";   Console.WriteLine("原字符串：" + sEven);   string sEvenUtf8 = Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(sEven));   Console.WriteLine("UTF8字符串：" + sEvenUtf8);   string sEvenURestore = Encoding.UTF8.GetString(Encoding.Default.GetBytes(sEvenUtf8));   Console.WriteLine("还原字符串：" + sEvenURestore);   Console.ReadKey();  } }}

　　结果如下，"测试"可以正常还原，而"测试面"最后一个字还原失败。其原因是编码转换的问题，与平台无关，具体可参考该文章（https://blog.csdn.net/yuwenruli/article/details/6911401）。

　　

　　要解决字符串乱码问题，只需要将原始UTF8编码的字节数组正确的使用UTF8解码即可。

　　前面提到GDAL中返回乱码字符串的函数（如GetName）已经把UTF8编码的字节数组返回为错误编码的字符串，且无法还原为完整的UTF8编码的字节数组，只能从源头开始处理。

　　解决方法2：在GDAL的C#源码中修正返回乱码字符串的函数。

　　以Layer.GetName为例，修改OgrPINVOKE.cs里面SWIGStringHelper的CreateString函数说明，并增加UTF8编码处理。（如没有找到.cs源码文件，执行一次nmake -f makefile.vc interface即可生成）

//OgrPINVOKE.cs//修改前protected class SWIGStringHelper{ public delegate string SWIGStringDelegate(string message); static SWIGStringDelegate stringDelegate = new SWIGStringDelegate(CreateString); [global::System.Runtime.InteropServices.DllImport("ogr_wrap", EntryPoint = "SWIGRegisterStringCallback_Ogr")] public extern static void SWIGRegisterStringCallback_Ogr(SWIGStringDelegate stringDelegate); static string CreateString(string cString) {  return cString; } static SWIGStringHelper() {  SWIGRegisterStringCallback_Ogr(stringDelegate); }}//修改后protected class SWIGStringHelper{ public delegate string SWIGStringDelegate(IntPtr ptr); //委托类型改为IntPtr static SWIGStringDelegate stringDelegate = new SWIGStringDelegate(CreateString); [global::System.Runtime.InteropServices.DllImport("ogr_wrap", EntryPoint = "SWIGRegisterStringCallback_Ogr")] public extern static void SWIGRegisterStringCallback_Ogr(SWIGStringDelegate stringDelegate); static string CreateString(IntPtr ptr) {  return Ogr.Utf8BytesToString(ptr); //返回UTF8解码的字符串 } static SWIGStringHelper() {  SWIGRegisterStringCallback_Ogr(stringDelegate); }}

　　 修改完毕后，重新执行nmake -f makefile.vc和nmake -f makefile.vc install，将新生成的ogr_csharp.dll替换原来引入到C#项目中的文件并重......

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