iOS 中的 imageIO 与 image 解码

ImageIO对外开放的对象有CGImageSourceRef、CGImageDestinationRef，不对外开放的对象有CGImageMetadataRef。CoreGraphics中经常与imageIO打交道的对象有CGImageRef和CGDataProvider，接下来看看这五个对象在创建一个UIImage中担任了哪些角色。

用TimeProfiler一步一步来看创建UIImage过程中内部调用的函数可以帮助我们解决问题，由于TimeProfiler统计函数栈为间隔一段时间统计一次，导致没有记录下所有函数的调用而且每次函数栈还可能不一致，所以没法精确判断函数栈是如何调用的，但是可以大概推测出每步做了什么。

从CFDataRef到UIImage代码如下

NSString *resource = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"the_red_batman" ofType:@"png"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfFile:resource options:0 error:nil];
CFDataRef dataRef = (__bridge CFDataRef)data;
CGImageSourceRef source = CGImageSourceCreateWithData(dataRef, nil);
CGImageRef cgImage = CGImageSourceCreateImageAtIndex(source, 0, nil);
UIImage *image = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];

img-w600

调用了内部函数_CGImageReadCreate，也就是说CGImageSourceRef跟读取图像数据有关。

CGImageSourceCreateImageAtIndex

img-w600

img-w600

调用了_cg_png_read_info和CGImageMetadataCreateMutable，在构建CGImageRef时，读取了图片的基础数据和元数据，基础数据中包括Image的header chunk，比如png的IHDR。元数据是由CGImageMetadataRef来抽象的。并且没有读取图片的其他数据，更没有做解码的动作。

有趣的是，如果调用CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex

img-w600

CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex的内部函数调用了CGImageMetadataRef，如果再加上ImageIO/CGImageMetadata.h文件的注释

@description CGImageMetadata APIs allow clients to view and modify metadata for popular image formats. ImageIO supports the EXIF, IPTC, and XMP metadata specifications. Please refer to CGImageSource.h for functions to read metadata from a CGImageSource, and CGImageDestination.h for functions to write metadata to a CGImageDestination. CGImageDestinationCopyImageSource can be used to modify metadata without recompressing the image.

说明CGImageMetadataRef抽象出图片中EXIF、IPTC、XMP格式的元数据插入字段，而若想获得CGImageMetadataRef必须要通过CGImageSourceRef。

同样，看看有关CGDataProviderRef的内部函数调用，代码如下

//将CGImageSourceRef改由CGDataProviderRef创建   
CFDataRef dataRef = (__bridge CFDataRef)data;
CGDataProviderRef dataProvider = CGDataProviderCreateWithCFData(dataRef);
CGImageSourceRef source = CGImageSourceCreateWithDataProvider(dataProvider, nil);
//测试由CGImageRef获取CGDataProviderRef和由CGDataProviderRef创建CGImageRef
CGDataProviderRef newDataProvider = CGImageGetDataProvider(cgImage);
size_t width = CGImageGetWidth(cgImage);
size_t height = CGImageGetHeight(cgImage);
CGColorSpaceRef space = CGImageGetColorSpace(cgImage);
size_t bitsPerComponent = CGImageGetBitsPerComponent(cgImage);
size_t bitsPerPixel = CGImageGetBitsPerPixel(cgImage);
size_t bytesPerRow = CGImageGetBytesPerRow(cgImage);
CGBitmapInfo bitmapInfo = CGImageGetBitmapInfo(cgImage);
CGDataProviderRef newDataProvider = CGImageGetDataProvider(cgImage);
CGImageRef newImage = CGImageCreate(width, height, bitsPerComponent, bitsPerPixel, bytesPerRow, space, bitmapInfo, newDataProvider, NULL, false, kCGRenderingIntentDefault);

很可惜，没有找出有关CGDataProviderRef的函数调用。无法得出CGDataProviderRef做了什么。

看看有关CGImageDestinationRef的内部函数调用，代码和内部函数调用如下

CFMutableDataRef buffer = CFDataCreateMutable(kCFAllocatorDefault, 0);      CGImageDestinationRef destination = CGImageDestinationCreateWithData(buffer, kUTTypePNG, 1, NULL);
CGImageDestinationAddImage(destination, cgImage, nil);
CGImageDestinationFinalize(destination);

img-w600

CGImageDestinationRef将图片数据写入目的地，并且负责做图片编码或者说图片压缩。

测试结论

CGImageSourceRef抽象了对读图像数据的通道，读取图像要通过它，它自己本身不读取图像的任何数据，在你调用CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex的时候会才去读取图像元数据。

CGImageMetadataRef抽象出图片中EXIF、IPTC、XMP格式的元数据，通过CGImageSourceRef获取。

CGImageRef抽象了图像的基本数据和元数据，创建的时候会通过CGImageSourceRef去读取图像的基础数据和元数据，但没有读取图像的其他数据，没有做图片解码的动作。

CGDataProviderRef没有得出有用信息。

CGImageDestinationRef抽象写入图像数据的通道，写入图像要通过它，在写入图片的时候还负责图片的编码。

Image解码

可以看到从CFDataRef直到创建出UIImage，都没有调用过对图像解码的函数，只读取了一些图像基础数据和元数据。

Image解码发生在什么时候？在ImageIO/CGImageSource.h文件中kCGImageSourceShouldCache的上面其实有明确注释。

Specifies whether image decoding and caching should happen at image creation time. The value of this key must be a CFBooleanRef. The default value is kCFBooleanFalse (image decoding will happen at rendering time).

如果不手动设置Image只会等到在屏幕上渲染时再解码。经过测试，确实如此。这个kCGImageSourceShouldCacheImmediately还不如起名为kCGImageSourceShouldDecodeImmediately。

Image解码到底在哪里做的？

如果在画布上渲染图片，图片一定是会被解码的。下列代码再跑测试

size_t width = CGImageGetWidth(cgImage);
size_t height = CGImageGetHeight(cgImage);
CGImageAlphaInfo alphaInfo = CGImageGetAlphaInfo(cgImage) & kCGBitmapAlphaInfoMask;
BOOL hasAlpha = NO;
if (alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedLast ||
    alphaInfo == kCGImageAlphaPremultipliedFirst ||
    alphaInfo == kCGImageAlphaLast ||
    alphaInfo == kCGImageAlphaFirst) {
    hasAlpha = YES;
    }
CGBitmapInfo bitmapInfo = kCGBitmapByteOrder32Host;
bitmapInfo |= hasAlpha ? kCGImageAlphaPremultipliedFirst : kCGImageAlphaNoneSkipFirst;
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, 8, 0, CGColorSpaceCreateDeviceRGB(), bitmapInfo);
CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, width, height), cgImage); 
CGImageRef newImage = CGBitmapContextCreateImage(context);

img-w600

所有调用的函数名中没有明显decompress或者decode字眼。而上面四个函数调用的频率是最高的。根据CGImageDestinationRef调用的png_compress_IDAT，猜测png_read_IDAT_data是做解码的函数。

以上是以png图片作为测试用例，下面看看jpeg图片的

img-w600

img-w600

img-w600

很明显AppleJPEG的decode方法是做解码的函数。jpeg与png调用了两个同样函数，而不同的图片调了不同的解码函数。在画布上画图片的时候，会调用ImageProviderCopyImageBlockSetCallback设置callback，然后调用copyImageBlock，再调用设置的callback，但是解码函数是由copyImageBlock的调用的还是由callback调用的无法验证。

那ImageProviderCopyImageBlockSetCallback与CGDataProviderCopyData是否有关系？经过测试，CGDataProviderCopyData内部也会调用ImageProviderCopyImageBlockSetCallback和copyImageBlock。而且CGDataProviderCopyData得到的CFDataRef是解码过的像素数组。

结论：Image解码发生在CGDataProviderCopyData函数内部调用ImageProviderCopyImageBlockSetCallback设置的callback或者copyImageBlock函数，根据不同的图片格式调用的不同的方法中。

Image的初始化方法

imageWithData从内部函数的调用来看，通过CGImageSourceRef访问图像数据，创建CGImageRef。

imageWithContentsOfFile内部调用如下

img-w600

文件通过mmap到内存然后通过CGImageSourceRef访问图像数据，创建CGImageRef。

imageNamed先从Bundle里找到资源路径，然后同样也是将文件mmap到内存，再通过CGImageSourceRef访问图像数据，创建CGImageRef。

Image的缓存

通过调用不同的UIImage初始化方法然后创建UIImageVIew展示到屏幕上，来看看不同方法是否有缓存的行为。

imageNamed在第二次展示相同image的时候没有调用imageIO的任何方法。

imageWithData和imageWithContentsOfFile在第二次在展示相同image的时候均调用了imageIO的解码方法。

而imageWithData和imageWithContentsOfFile初始化方法创建的UIImage只要不被释放，再次渲染不会调用imageIO解码方法。

结论为UIImage有两种缓存，一种是UIImage类的缓存，这种缓存保证imageNamed初始化的UIImage只会被解码一次。另一种是UIImage对象的缓存，这种缓存保证只要UIImage没有被释放，就不会再解码。

CGImageSourceCreateImageAtIndex方法的kCGImageSourceShouldCache选项指的是第二种缓存，而如果设置为false，我测试出来image再次渲染的时候仍没有进行解码，这有些奇怪。如果有同学详细知道怎么回事，还请赐教。

最后附上ImageIO的全家福