【老文新说】C++读取.shp文件_c++国界线shp文件怎么用-优快云博客

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本文目录

1. .shp文件简介
2. shp文件格式
3. shp文件读写——C++
- 3.1 仓库简介
- 3.1 代码结构简介
4 结语

1. .shp文件简介

shp文件是ESRI(美国环境系统研究所公司)开发的一种用于存储和描述空间数据的文件格式（shapefile），目前已经成为GIS中的开放标准。shp常用来描述基本几何对象：点、线、多边形。（shapefile其实也可以存储对象的各种人为定义的属性，但那些属性数据是存放在dBase File（dbf）中的，不属于本文的内容。）

ArcMap中这样描述：

Shapefile 是一种用于存储地理要素的几何位置和属性信息的非拓扑简单格式。 shapefile 中的地理要素可表示为点、线或面（区域）。包含 shapefile 的工作空间还可以包含 dBASE 表，它们用于存储可连接到 shapefile 的要素的附加属性。

笔者这样理解shape文件：

一种可扩展的、用于存储基本几何对象的、可描述基本地理信息的二进制文件格式。

shp文件的读写，源代码（openfile仓库的shp文件夹中）在github上，有兴趣的同学可以自取，如对代码有任何疑问，欢迎提交issue，或者添加笔者QQ：3495421705。同时也欢迎各位同学加入到该仓库的建设和维护中。

注意，在本文中，只讨论shp文件这一个文件格式相关内容，关于shx和dbf这两个文件格式，将会在后续文章中介绍。

2. shp文件格式

shp文件格式比较简单，分为文件头和记录列表两块。

2.1 文件头

shp文件头是一个定长100字节的数据块，其中的内容由以下部分组成：

字段名	数据长度（字节）	字节序	备注
文件码（file code）	sizeof(int32) = 4	big
未使用	5 * sizeof(int32) = 20	big
文件长度（File Length）	sizeof(int32) = 4	big
文件版本（version）	sizeof(int32) = 4	little
图元类型(shape type)	sizeof(int32)=4	little
xy数据范围（包围盒）	4 * sizeof(double) = 32	little	分别为`xmin`、`ymin`、`xmax`、`ymax`
z和m数据范围	4 * sizeof(double)=32	little	分别为：`zmin`、`zmax`、`mmin`、`mmax`

上表中关于字节序的知识，大家可以上网搜索，其原理就是不同系统要求的数据在内存中的字节顺序不一样，其中：

BigEndian机器上，0x0102在内存中的字节顺序为0x01和0x02，但是在LittleEndian的机器上，他的字节顺序就变成了0x02和0x01。
字节转换的工具函数，在shp读写的源码仓库中已有实现。

2.2 文件记录

shp的文件记录，是变长的，根据其内部存储的数据量而定。shp文件并没有记录一说，从概念上来看，其每一个shape实际上都可以看成列表中的一条记录，因此被称为记录。

shp中的每一条记录，都可以被分为两个部分：记录描述字段和shape数据。

记录描述字段
用来描述当前记录的基本信息：记录编号、记录长度（字节）。
shape数据
图元的顶点及分段。

shp的 图元类型（ShapeType） 总共有13种：点（Z、M）、多点（Z、M）、折线（Z、M）、多边形（Z、M）、片元（Patch）。其中，Z代表含有z坐标值的图元，M表示含有量测（Measurement）值的图元。图元类型 在shape规范中对应的值如下：

enum ShapeType
{
    kNullShape = 0,
    kPoint = 1,
    kPolyLine = 3,
    kPolygon = 5,
    kMultiPoint = 8,
    kPointZ = 11,
    kPolyLineZ = 13,
    kPolygonZ = 15,
    kMultiPointZ = 18,
    kPointM = 21,
    kPolyLineM = 23,
    kPolygonM = 25,
    kMultiPointM = 28,
    kMultiPatch = 31
};

在shape数据记录中，记录描述可以做如下定义：

    struct RecordField
    {
        int32_t recordNumber;   // big
        int32_t contentLength;  // big
        int32_t shapeType;      // little
    };

其中，RecordNumber是记录编号，ContentLength是当前图元的数据长度（字节），ShapeType是当前记录的图元类型。在shapefile的规范文件中，ShapeType是与记录描述分开的，但笔者认为，可以将ShapeType放到记录描述字段结构体中。

在ShapeType之后，就是图元的真实数据，根据下表，可以查询每种图元的数据内容：

图元类型	数据内容	备注
Point	double[X,Y]
PointM	double[X,Y,M]
PointZ	double[X,Y,Z,M]
MultiPoint	double[4] Box int32 NumPoints Points[NumPoints] Points	包围盒点数顶点数组
MultiPointM	double[4] Box int32 NumPoints Points[NumPoints] Points double[2] MRange double[NumPoints] M Array	包围盒点数顶点数组 M数据范围 M值数组
MultiPointZ	double[4] Box int32 NumPoints Points[NumPoints] Points double[2] MRange double[NumPoints] M Array double[2] Z Range double[NumPoints] Z Array	包围盒点数顶点数组 M数据范围 M值数组 Z值范围 Z值数组
Polyline	double[4] Box int32 NumParts int32 NumPoints int32[NumParts] Parts Points[NumPoints] Points	包围盒段数点数段索引数组顶点数组
PolylineM	double[4] Box int32 NumParts int32 NumPoints int32[NumParts] Parts Points[NumPoints] Points double[2] MRange double[NumPoints] M Array	包围盒段数点数段索引数组顶点数组 M数据范围 M值数组
PolylineZ	double[4] Box int32 NumParts int32 NumPoints int32[NumParts] Parts Points[NumPoints] Points double[2] MRange double[NumPoints] M Array double[2] Z Range double[NumPoints] Z Array	包围盒段数点数段索引数组顶点数组 M数据范围 M值数组 Z值范围 Z值数组

Polygon和Polyline的数据内容一样，同理Z和M类型也一样。不一样的是，多边形和折线对**段(Parts)**的解释不一样。

2.3 多边形的段（Part）

Polygon在shapefile中有一些需要注意的点:

多边形的环（Ring）是闭合的：第一个顶点和最后一个顶点必须一样；
环在多边形顶点数组的顺序并不重要。
多边形必须是干净的，干净的含义是：
a. 无自相交；
b. 多边形的顶点顺序是顺时针方向的，顺时针的右边为多边形内部。这也是第2点的原因；

多边形的段，每一段的最后一个顶点，和该段的第一个顶点坐标是一样的，这符合上面的第1点，也是多边形和折线的最大不同之处。有了以上基本信息之后，shp文件的读写就很简单了。

3. shp文件读写——C++

shp文件读写的C++实现已经在前文提到的github仓库中了，这里再次给出github链接：openfile.shp。

3.1 仓库简介

openfile是一个自包含、无外部依赖的文件读写工具集，这些文件包含大部分常见的文件格式，包括但不限于：

栅格数据：tiff、geotiff、img等；

矢量数据：shp（shx和dbf）、dxf等；

点云数据：las（laz）、xyz等；

文本数据：json、xml等；

该工具集的目标如下：

自包含：一些常用工具已经自己实现；
无外部依赖：不依赖任何其他三方库，如png文件的读写，不依赖libpng；
模块化构建和使用：每种文件格式都与其他格式独立，需要什么格式，直接编译对应库即可；
跨平台：支持Windows、Linux、MacOS等；
一建构建编译：需要json，开启json模块编译选项，直接输出对应库；

openfile在本文编写时，尚处于起步阶段，本文所介绍的shp文件也是openfile实现的第一个文件读写库。希望读者朋友们能够参与本仓库的开发和维护，一起为开源社区贡献力量。

3.1 代码结构简介

shp读写库的公开接口只有以下5个：

enum ShapeType：图元类型枚举；
class shp：shp文件的操作类；
class Shape：图元操作接口类；
struct ShpHeader：shp文件头的结构体；
字节序转换函数；

在source/shp中，则包含了以下内容：

class ShpInternal：shp类的内部接口类，被读写器类内部依赖；
class Reader：shp文件的读工具类；
class Writer：shp文件的写工具类；
class ShpRecord：shp文件记录类，负责管理和操作记录描述结构体和图元；
impl/xxx.hpp：图元的具体实现类