【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

本文主要是介绍【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，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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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

　　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：

　　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.cs
public 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.cs
public string GetName()
{
    string ret = OgrPINVOKE.Layer_GetName(swigCPtr);
    if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve();
    return ret;
}

//FieldDefn.cs
public string GetName()
{
    string ret = OgrPINVOKE.FieldDefn_GetName(swigCPtr);
    if (OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Pending) throw OgrPINVOKE.SWIGPendingException.Retrieve();
    return ret;
}

//Feature.cs
public 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.cs
internal 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。

//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#项目中的文件并重新运行，发现图层名已经能够正常显示外，且字段名也同样正常显示了。

　　注：其他类库也需要同样修改，修改内容汇总如下：

OgrPINVOKE.cs -> Ogr.Utf8BytesToString
GdalPINVOKE.cs -> Gdal.Utf8BytesToString
OsrPINVOKE.cs -> Osr.Utf8BytesToString
GdalConst.cs 补充Utf8BytesToString函数
GdalConstPINVOKE.cs -> GdalConst.Utf8BytesToString

　　修改原理可参考下图：

　　1）在Feature.GetFieldAsString方法的调用链中，用IntPtr表示C++返回的字符指针（橙色部分），然后将其用UTF8解码为字符串。

　　2）在Layer.GetName方法的调用链中，C++将得到的字符指针回调至C#端处理（橙色部分），处理后的字符串回到C++中继续流转，最后返回到C#中。而回调的C#部分直接把字符指针返回为字符串，编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetString解码为字符串，故后面得到的字符串都是解码错误的。

　　所以Layer.GetName解决乱码的思路有两种：

　　1）在SWIGStringHelper.CreateString处用UTF8解码字符串，也就是本解决方法。且除Layer.GetName之外，其他返回字符串的函数均调用了相同的回调函数，故其他返回乱码字符串的问题也一并解决了（如FieldDefn.GetName等）。

　　2）跳过ogr_wrap的所有包装函数（包括C#回调），直接调用gdal的函数获取，因此引申出下面的解决方法。

　　解决方法3：在C#中调用GDAL接口获取内容。

　　以Layer.GetName为例，在C#中增加调用gdal303.dll的OGR_L_GetName接口，并使用UTF8编码处理。FieldDefn.GetName需要调用OGR_Fld_GetNameRef接口（接口名称可查阅https://gdal.org/python）。

static string Utf8BytesToString(IntPtr ptr)
{
    if (ptr == IntPtr.Zero)
        return null;

    MemoryStream ms = new MemoryStream();
    byte b;
    int ofs = 0;
    while ((b = Marshal.ReadByte(ptr, ofs++)) != 0)
    {
        ms.WriteByte(b);
    }
    return Encoding.UTF8.GetString(ms.ToArray());
}

//Layer.GetName
[DllImport("gdal303.dll", EntryPoint = "OGR_L_GetName", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
static extern IntPtr OGR_L_GetName(HandleRef handle);
static string GetLayerName(Layer layer)
{
    HandleRef handle = Layer.getCPtr(layer);
    IntPtr ptr = OGR_L_GetName(handle);
    return Utf8BytesToString(ptr);
}

//FieldDefn.GetName
[DllImport("gdal303.dll", EntryPoint = "OGR_Fld_GetNameRef", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
static extern IntPtr OGR_Fld_GetNameRef(HandleRef handle);
static string GetFieldDfnName(FieldDefn fieldDefn)
{
    HandleRef handle = FieldDefn.getCPtr(fieldDefn);
    IntPtr ptr = OGR_Fld_GetNameRef(handle);
    return Utf8BytesToString(ptr);
}

　　运行结果如下，图层名和字段名已经正常显示。

　　3.3、函数传入中文字符串参数报错

　　以Feature.GetFieldAsString(string field_name)为例，前面已通过枚举的方式列出所有字段名称且包含字段名"名称"，但调用Feature.GetFieldAsString方法并传入"名称"作为参数时，却报错Invalid field name。

　　参考其方法的调用链，C#中传入的字符串参数直接传递为C++的字符指针，编译器隐性调用了System.Text.Encoding.Default.GetBytes将传入的字符串编码为GB2312字节数组，故GDAL无法识别导致报错。

　　解决方法：把传入的字符串做编码处理。

　　根据上面的分析结果逆向处理，先把字符串用UTF8编码为字节数据，再用Default编码为字符串，把结果传入函数即可。

static string Utf8String(string s)
{
    if (!String.IsNullOrEmpty(s))
        return Encoding.Default.GetString(Encoding.UTF8.GetBytes(s));
    return s;
}

 　　运行结果如下，已经可以识别中文字符串调用参数了。

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