Midifile：C++ MIDI文件解析库完全指南
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/midifile 项目概述
Midifile是一个用于读写标准MIDI文件的C++类库，提供强大的MIDI文件处理能力。该项目由六个精心设计的核心类组成，能够高效地解析、创建和修改MIDI文件。无论你是音乐软件开发者、音乐教育工作者还是音乐学研究者，这个开源库都能为你的项目提供可靠的技术支持。
核心技术架构
Midifile采用模块化设计，每个类都有明确的职责分工，共同构建了完整的MIDI文件处理解决方案：
MidiFile - 主控制器类
作为主要接口，MidiFile类负责MIDI文件的全面管理，包括读取、写入和时间分析。它表现为一个二维的MidiEvents数组，第一维度是轨道列表，第二维度是MIDI事件列表。这个类提供了对MIDI文件操作的所有基本功能。
MidiEventList - 事件列表管理器
这个数据结构负责管理MIDI文件轨道中的MidiEvents列表。每个轨道对应一个MidiEventList对象，确保事件的有序存储和高效访问。
MidiEvent - 单个事件处理器
作为MidiMessages在MidiFile中的主要存储单元。该类包含一个tick时间戳（delta或绝对时间）和一个表示MIDI消息字节的向量。
MidiMessage - MIDI消息解析器
作为MidiEvents的基类，这是一个STL无符号字节向量，代表MIDI（或元）消息。
Binasc - ASCII格式转换器
辅助MidiFile类的一个帮助类，允许以ASCII格式读写MIDI文件，描述二进制标准MIDI文件的字节。
Options - 配置选项处理器
一个可选便利类，用于示例程序中的命令行选项解析。这个类可以从库中移除，因为使用MidiFile类时并不需要它。
主要功能特性
多格式支持
Midifile支持标准MIDI文件的所有格式，包括二进制标准MIDI文件、十六进制字节码表示和广义的binasc语法文件。
时间分析能力
通过MidiFile::doTimeAnalysis()函数，可以将绝对tick时间戳转换为秒，根据文件中的任何速度元消息进行计算。
音符配对功能
MidiFile::linkNotePairs()函数可以匹配音符开启和音符关闭事件。完成后，可以通过MidiEvent::getDurationInSeconds()访问音符开启消息的持续时间。
安装与编译
下载项目
你可以通过以下命令下载项目源代码：
git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/midifile
编译库文件
使用GCC编译库：
make library
这将创建lib/libmidifile.a文件，可用于链接使用该库的程序。
编译示例程序
编译所有示例程序：
make programs
编译后的示例程序将存储在bin目录中。
编译单个程序
要仅编译单个程序，如createmidifile，键入：
make createmidifile
核心使用示例
MIDI文件读取示例
以下程序列出MIDI文件中的所有MidiEvents：
#include "MidiFile.h"
#include "Options.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
using namespace smf;
int main(int argc, char** argv) {
Options options;
options.process(argc, argv);
MidiFile midifile;
if (options.getArgCount() == 0) midifile.read(cin);
else midifile.read(options.getArg(1));
midifile.doTimeAnalysis();
midifile.linkNotePairs();
int tracks = midifile.getTrackCount();
cout << "TPQ: " << midifile.getTicksPerQuarterNote() << endl;
if (tracks > 1) cout << "TRACKS: " << tracks << endl;
for (int track=0; track<tracks; track++) {
if (tracks > 1) cout << "\nTrack " << track << endl;
cout << "Tick\tSeconds\tDur\tMessage" << endl;
for (int event=0; event<midifile[track].size(); event++) {
cout << dec << midifile[track][event].tick;
cout << '\t' << dec << midifile[track][event].seconds;
cout << '\t';
if (midifile[track][event].isNoteOn())
cout << midifile[track][event].getDurationInSeconds();
cout << '\t' << hex;
for (int i=0; i<midifile[track][event].size(); i++)
cout << (int)midifile[track][event][i] << ' ';
cout << endl;
}
}
return 0;
}
MIDI文件创建示例
以下程序创建一个MIDI文件并生成随机音符序列：
#include "MidiFile.h"
#include "Options.h"
#include <random>
#include <iostream>
using namespace std;
using namespace smf;
int main(int argc, char** argv) {
Options options;
options.define("n|note-count=i:10", "How many notes to randomly play");
options.define("o|output-file=s", "Output filename (stdout if none)");
options.define("i|instrument=i:0", "General MIDI instrument number");
options.define("x|hex=b", "Hex byte-code output");
options.process(argc, argv);
random_device rd;
mt19937 mt(rd());
uniform_int_distribution<int> starttime(0, 100);
uniform_int_distribution<int> duration(1, 8);
uniform_int_distribution<int> pitch(36, 84);
uniform_int_distribution<int> velocity(40, 100);
MidiFile midifile;
int track = 0;
int channel = 0;
int instr = options.getInteger("instrument");
midifile.addTimbre(track, 0, channel, instr);
int tpq = midifile.getTPQ();
int count = options.getInteger("note-count");
for (int i=0; i<count; i++) {
int starttick = int(starttime(mt) / 4.0 * tpq);
int key = pitch(mt);
int endtick = starttick + int(duration(mt) / 4.0 * tpq);
midifile.addNoteOn (track, starttick, channel, key, velocity(mt));
midifile.addNoteOff(track, endtick, channel, key);
}
midifile.sortTracks();
string filename = options.getString("output-file");
if (filename.empty()) {
if (options.getBoolean("hex")) midifile.writeHex(cout);
else cout << midifile;
} else
midifile.write(filename);
return 0;
}
工具程序集
Midifile项目提供了丰富的工具程序，涵盖各种MIDI文件处理需求：
基础转换工具
- base642midi - Base64到MIDI转换器
- midi2base64 - MIDI到Base64转换器
- midi2text - MIDI到文本转换器
- text2midi - 文本到MIDI转换器
分析工具
- chaninfo - 通道信息分析器
- deltatimes - 增量时间分析器
- durations - 持续时间分析器
编辑工具
- createmidifile - MIDI文件创建器
- removenote - 音符移除工具
- sortnotes - 音符排序工具
可视化工具
- mid2svg - MIDI到SVG转换器，用于可视化MIDI数据
高级功能应用
时间管理
Midifile支持两种时间状态：绝对tick时间和delta tick时间。默认情况下，MidiFile类存储MIDI事件的绝对tick时间，可通过MidiEvent::tick访问。在标准MIDI文件中，tick存储为delta值，其中tick指示自轨道中先前消息以来的等待持续时间。
轨道操作
MidiFile::joinTracks()函数可用于将多轨道数据转换为单个时间序列。joinTrack()操作可以通过调用MidiFile::splitTracks()函数来反转。
元消息处理
库提供了对文本元消息的完整支持，包括歌词提取、轨道名称识别等功能。
集成到现有项目
在你的项目中使用midifile库的最简单方法是将include目录中的头文件和src目录中的源代码文件复制到自己的项目中。你不需要复制Options.h或Options.cpp，因为MidiFile类不依赖于它们。
项目优势
高效性能
通过优化的类结构，Midifile确保高效的文件操作和数据处理能力。
灵活集成
库设计允许轻松集成到现有的C++项目中，提供了灵活的使用方式。
全面兼容
支持所有标准MIDI特性和格式，包括多轨道、时间戳和各种MIDI消息。
开源免费
作为开源项目，用户可以自由使用、修改和分发，没有任何商业限制。
结语
Midifile库为C++开发者提供了强大而灵活的MIDI文件处理解决方案。无论你的项目规模大小，这个工具都能提供可靠的技术支持。通过其清晰的架构和丰富的功能，你可以轻松实现MIDI文件的读取、创建、编辑和分析，为音乐编程项目奠定坚实基础。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
