单军华
2017-07-12 20d1260d26b028897f3c0935c12fc35aa37b2e93
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
/*
 * Copyright 2012 ZXing authors
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */
 
#import "ZXBitArray.h"
#import "ZXByteMatrix.h"
#import "ZXErrors.h"
#import "ZXQRCode.h"
#import "ZXQRCodeErrorCorrectionLevel.h"
#import "ZXQRCodeMaskUtil.h"
#import "ZXQRCodeMatrixUtil.h"
#import "ZXQRCodeVersion.h"
 
const int ZX_POSITION_DETECTION_PATTERN[][7] = {
  {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},
  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1},
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1},
  {1, 0, 1, 1, 1, 0, 1},
  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 1},
  {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},
};
 
const int ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN[][5] = {
  {1, 1, 1, 1, 1},
  {1, 0, 0, 0, 1},
  {1, 0, 1, 0, 1},
  {1, 0, 0, 0, 1},
  {1, 1, 1, 1, 1},
};
 
// From Appendix E. Table 1, JIS0510X:2004 (p 71). The table was double-checked by komatsu.
const int ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN_COORDINATE_TABLE[][7] = {
  {-1, -1, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 1
  { 6, 18, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 2
  { 6, 22, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 3
  { 6, 26, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 4
  { 6, 30, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 5
  { 6, 34, -1, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 6
  { 6, 22, 38, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 7
  { 6, 24, 42, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 8
  { 6, 26, 46, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 9
  { 6, 28, 50, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 10
  { 6, 30, 54, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 11
  { 6, 32, 58, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 12
  { 6, 34, 62, -1,  -1,  -1,  -1},  // Version 13
  { 6, 26, 46, 66,  -1,  -1,  -1},  // Version 14
  { 6, 26, 48, 70,  -1,  -1,  -1},  // Version 15
  { 6, 26, 50, 74,  -1,  -1,  -1},  // Version 16
  { 6, 30, 54, 78,  -1,  -1,  -1},  // Version 17
  { 6, 30, 56, 82,  -1,  -1,  -1},  // Version 18
  { 6, 30, 58, 86,  -1,  -1,  -1},  // Version 19
  { 6, 34, 62, 90,  -1,  -1,  -1},  // Version 20
  { 6, 28, 50, 72,  94,  -1,  -1},  // Version 21
  { 6, 26, 50, 74,  98,  -1,  -1},  // Version 22
  { 6, 30, 54, 78, 102,  -1,  -1},  // Version 23
  { 6, 28, 54, 80, 106,  -1,  -1},  // Version 24
  { 6, 32, 58, 84, 110,  -1,  -1},  // Version 25
  { 6, 30, 58, 86, 114,  -1,  -1},  // Version 26
  { 6, 34, 62, 90, 118,  -1,  -1},  // Version 27
  { 6, 26, 50, 74,  98, 122,  -1},  // Version 28
  { 6, 30, 54, 78, 102, 126,  -1},  // Version 29
  { 6, 26, 52, 78, 104, 130,  -1},  // Version 30
  { 6, 30, 56, 82, 108, 134,  -1},  // Version 31
  { 6, 34, 60, 86, 112, 138,  -1},  // Version 32
  { 6, 30, 58, 86, 114, 142,  -1},  // Version 33
  { 6, 34, 62, 90, 118, 146,  -1},  // Version 34
  { 6, 30, 54, 78, 102, 126, 150},  // Version 35
  { 6, 24, 50, 76, 102, 128, 154},  // Version 36
  { 6, 28, 54, 80, 106, 132, 158},  // Version 37
  { 6, 32, 58, 84, 110, 136, 162},  // Version 38
  { 6, 26, 54, 82, 110, 138, 166},  // Version 39
  { 6, 30, 58, 86, 114, 142, 170},  // Version 40
};
 
// Type info cells at the left top corner.
const int ZX_TYPE_INFO_COORDINATES[][2] = {
  {8, 0},
  {8, 1},
  {8, 2},
  {8, 3},
  {8, 4},
  {8, 5},
  {8, 7},
  {8, 8},
  {7, 8},
  {5, 8},
  {4, 8},
  {3, 8},
  {2, 8},
  {1, 8},
  {0, 8},
};
 
// From Appendix D in JISX0510:2004 (p. 67)
const int ZX_VERSION_INFO_POLY = 0x1f25;  // 1 1111 0010 0101
 
// From Appendix C in JISX0510:2004 (p.65).
const int ZX_TYPE_INFO_POLY = 0x537;
const int ZX_TYPE_INFO_MASK_PATTERN = 0x5412;
 
@implementation ZXQRCodeMatrixUtil
 
+ (void)clearMatrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  [matrix clear:-1];
}
 
+ (BOOL)buildMatrix:(ZXBitArray *)dataBits ecLevel:(ZXQRCodeErrorCorrectionLevel *)ecLevel version:(ZXQRCodeVersion *)version maskPattern:(int)maskPattern matrix:(ZXByteMatrix *)matrix error:(NSError **)error {
  [self clearMatrix:matrix];
  if (![self embedBasicPatterns:version matrix:matrix error:error]) {
    return NO;
  }
  // Type information appear with any version.
  if (![self embedTypeInfo:ecLevel maskPattern:maskPattern matrix:matrix error:error]) {
    return NO;
  }
  // Version info appear if version >= 7.
  if (![self maybeEmbedVersionInfo:version matrix:matrix error:error]) {
    return NO;
  }
  // Data should be embedded at end.
  if (![self embedDataBits:dataBits maskPattern:maskPattern matrix:matrix error:error]) {
    return NO;
  }
  return YES;
}
 
+ (BOOL)embedBasicPatterns:(ZXQRCodeVersion *)version matrix:(ZXByteMatrix *)matrix error:(NSError **)error {
  // Let's get started with embedding big squares at corners.
  if (![self embedPositionDetectionPatternsAndSeparators:matrix]) {
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:nil];
    return NO;
  }
  // Then, embed the dark dot at the left bottom corner.
  if (![self embedDarkDotAtLeftBottomCorner:matrix]) {
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:nil];
    return NO;
  }
 
  // Position adjustment patterns appear if version >= 2.
  [self maybeEmbedPositionAdjustmentPatterns:version matrix:matrix];
  // Timing patterns should be embedded after position adj. patterns.
  [self embedTimingPatterns:matrix];
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)embedTypeInfo:(ZXQRCodeErrorCorrectionLevel *)ecLevel maskPattern:(int)maskPattern matrix:(ZXByteMatrix *)matrix error:(NSError **)error {
  ZXBitArray *typeInfoBits = [[ZXBitArray alloc] init];
  if (![self makeTypeInfoBits:ecLevel maskPattern:maskPattern bits:typeInfoBits error:error]) {
    return NO;
  }
 
  for (int i = 0; i < [typeInfoBits size]; ++i) {
    // Place bits in LSB to MSB order.  LSB (least significant bit) is the last value in
    // "typeInfoBits".
    BOOL bit = [typeInfoBits get:[typeInfoBits size] - 1 - i];
 
    // Type info bits at the left top corner. See 8.9 of JISX0510:2004 (p.46).
    int x1 = ZX_TYPE_INFO_COORDINATES[i][0];
    int y1 = ZX_TYPE_INFO_COORDINATES[i][1];
    [matrix setX:x1 y:y1 boolValue:bit];
 
    if (i < 8) {
      // Right top corner.
      int x2 = [matrix width] - i - 1;
      int y2 = 8;
      [matrix setX:x2 y:y2 boolValue:bit];
    } else {
      // Left bottom corner.
      int x2 = 8;
      int y2 = [matrix height] - 7 + (i - 8);
      [matrix setX:x2 y:y2 boolValue:bit];
    }
  }
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)maybeEmbedVersionInfo:(ZXQRCodeVersion *)version matrix:(ZXByteMatrix *)matrix error:(NSError **)error {
  if (version.versionNumber < 7) { // Version info is necessary if version >= 7.
    return YES; // Don't need version info.
  }
  ZXBitArray *versionInfoBits = [[ZXBitArray alloc] init];
  if (![self makeVersionInfoBits:version bits:versionInfoBits error:error]) {
    return NO;
  }
 
  int bitIndex = 6 * 3 - 1; // It will decrease from 17 to 0.
  for (int i = 0; i < 6; ++i) {
    for (int j = 0; j < 3; ++j) {
      // Place bits in LSB (least significant bit) to MSB order.
      BOOL bit = [versionInfoBits get:bitIndex];
      bitIndex--;
      // Left bottom corner.
      [matrix setX:i y:[matrix height] - 11 + j boolValue:bit];
      // Right bottom corner.
      [matrix setX:[matrix height] - 11 + j y:i boolValue:bit];
    }
  }
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)embedDataBits:(ZXBitArray *)dataBits maskPattern:(int)maskPattern matrix:(ZXByteMatrix *)matrix error:(NSError **)error {
  int bitIndex = 0;
  int direction = -1;
  // Start from the right bottom cell.
  int x = [matrix width] - 1;
  int y = [matrix height] - 1;
  while (x > 0) {
    // Skip the vertical timing pattern.
    if (x == 6) {
      x -= 1;
    }
    while (y >= 0 && y < [matrix height]) {
      for (int i = 0; i < 2; ++i) {
        int xx = x - i;
        // Skip the cell if it's not empty.
        if (![self isEmpty:[matrix getX:xx y:y]]) {
          continue;
        }
        BOOL bit;
        if (bitIndex < [dataBits size]) {
          bit = [dataBits get:bitIndex];
          ++bitIndex;
        } else {
          // Padding bit. If there is no bit left, we'll fill the left cells with 0, as described
          // in 8.4.9 of JISX0510:2004 (p. 24).
          bit = NO;
        }
 
        // Skip masking if mask_pattern is -1.
        if (maskPattern != -1 && [ZXQRCodeMaskUtil dataMaskBit:maskPattern x:xx y:y]) {
          bit = !bit;
        }
        [matrix setX:xx y:y boolValue:bit];
      }
      y += direction;
    }
    direction = -direction; // Reverse the direction.
    y += direction;
    x -= 2; // Move to the left.
  }
  // All bits should be consumed.
  if (bitIndex != [dataBits size]) {
    NSDictionary *userInfo = @{NSLocalizedDescriptionKey: [NSString stringWithFormat:@"Not all bits consumed: %d/%d", bitIndex, [dataBits size]]};
 
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:userInfo];
    return NO;
  }
 
  return YES;
}
 
+ (int)findMSBSet:(int)value {
  int numDigits = 0;
  while (value != 0) {
    value = (int)((unsigned int)value >> 1);
    ++numDigits;
  }
  return numDigits;
}
 
+ (int)calculateBCHCode:(int)value poly:(int)poly {
  // If poly is "1 1111 0010 0101" (version info poly), msbSetInPoly is 13. We'll subtract 1
  // from 13 to make it 12.
  int msbSetInPoly = [self findMSBSet:poly];
  value <<= msbSetInPoly - 1;
  // Do the division business using exclusive-or operations.
  while ([self findMSBSet:value] >= msbSetInPoly) {
    value ^= poly << ([self findMSBSet:value] - msbSetInPoly);
  }
  // Now the "value" is the remainder (i.e. the BCH code)
  return value;
}
 
+ (BOOL)makeTypeInfoBits:(ZXQRCodeErrorCorrectionLevel *)ecLevel maskPattern:(int)maskPattern bits:(ZXBitArray *)bits error:(NSError **)error {
  if (![ZXQRCode isValidMaskPattern:maskPattern]) {
    NSDictionary *userInfo = @{NSLocalizedDescriptionKey: @"Invalid mask pattern"};
 
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:userInfo];
    return NO;
  }
  int typeInfo = ([ecLevel bits] << 3) | maskPattern;
  [bits appendBits:typeInfo numBits:5];
 
  int bchCode = [self calculateBCHCode:typeInfo poly:ZX_TYPE_INFO_POLY];
  [bits appendBits:bchCode numBits:10];
 
  ZXBitArray *maskBits = [[ZXBitArray alloc] init];
  [maskBits appendBits:ZX_TYPE_INFO_MASK_PATTERN numBits:15];
  [bits xor:maskBits];
 
  if ([bits size] != 15) { // Just in case.
    NSDictionary *userInfo = @{NSLocalizedDescriptionKey: [NSString stringWithFormat:@"should not happen but we got: %d", [bits size]]};
 
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:userInfo];
    return NO;
  }
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)makeVersionInfoBits:(ZXQRCodeVersion *)version bits:(ZXBitArray *)bits error:(NSError **)error {
  [bits appendBits:version.versionNumber numBits:6];
  int bchCode = [self calculateBCHCode:version.versionNumber poly:ZX_VERSION_INFO_POLY];
  [bits appendBits:bchCode numBits:12];
 
  if ([bits size] != 18) { // Just in case.
    NSDictionary *userInfo = @{NSLocalizedDescriptionKey: [NSString stringWithFormat:@"should not happen but we got: %d", [bits size]]};
 
    if (error) *error = [[NSError alloc] initWithDomain:ZXErrorDomain code:ZXNotFoundError userInfo:userInfo];
    return NO;
  }
 
  return YES;
}
 
// Check if "value" is empty.
+ (BOOL)isEmpty:(int)value {
  return value == -1;
}
 
+ (void)embedTimingPatterns:(ZXByteMatrix *)matrix {
  // -8 is for skipping position detection patterns (size 7), and two horizontal/vertical
  // separation patterns (size 1). Thus, 8 = 7 + 1.
  for (int i = 8; i < [matrix width] - 8; ++i) {
    int bit = (i + 1) % 2;
    // Horizontal line.
    if ([self isEmpty:[matrix getX:i y:6]]) {
      [matrix setX:i y:6 boolValue:bit];
    }
    // Vertical line.
    if ([self isEmpty:[matrix getX:6 y:i]]) {
      [matrix setX:6 y:i boolValue:bit];
    }
  }
}
 
// Embed the lonely dark dot at left bottom corner. JISX0510:2004 (p.46)
+ (BOOL)embedDarkDotAtLeftBottomCorner:(ZXByteMatrix *)matrix {
  if ([matrix getX:8 y:matrix.height - 8] == 0) {
    return NO;
  }
  [matrix setX:8 y:matrix.height - 8 intValue:1];
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)embedHorizontalSeparationPattern:(int)xStart yStart:(int)yStart matrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  for (int x = 0; x < 8; ++x) {
    if (![self isEmpty:[matrix getX:xStart + x y:yStart]]) {
      return NO;
    }
    [matrix setX:xStart + x y:yStart intValue:0];
  }
 
  return YES;
}
 
+ (BOOL)embedVerticalSeparationPattern:(int)xStart yStart:(int)yStart matrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  for (int y = 0; y < 7; ++y) {
    if (![self isEmpty:[matrix getX:xStart y:yStart + y]]) {
      return NO;
    }
    [matrix setX:xStart y:yStart + y intValue:0];
  }
 
  return YES;
}
 
// Note that we cannot unify the function with embedPositionDetectionPattern() despite they are
// almost identical, since we cannot write a function that takes 2D arrays in different sizes in
// C/C++. We should live with the fact.
+ (void)embedPositionAdjustmentPattern:(int)xStart yStart:(int)yStart matrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  for (int y = 0; y < 5; ++y) {
    for (int x = 0; x < 5; ++x) {
      [matrix setX:xStart + x y:yStart + y intValue:ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN[y][x]];
    }
  }
}
 
+ (void)embedPositionDetectionPattern:(int)xStart yStart:(int)yStart matrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  for (int y = 0; y < 7; ++y) {
    for (int x = 0; x < 7; ++x) {
      [matrix setX:xStart + x y:yStart + y intValue:ZX_POSITION_DETECTION_PATTERN[y][x]];
    }
  }
}
 
// Embed position detection patterns and surrounding vertical/horizontal separators.
+ (BOOL)embedPositionDetectionPatternsAndSeparators:(ZXByteMatrix *)matrix {
  // Embed three big squares at corners.
  int pdpWidth = sizeof(ZX_POSITION_DETECTION_PATTERN[0]) / sizeof(int);
  // Left top corner.
  [self embedPositionDetectionPattern:0 yStart:0 matrix:matrix];
  // Right top corner.
  [self embedPositionDetectionPattern:[matrix width] - pdpWidth yStart:0 matrix:matrix];
  // Left bottom corner.
  [self embedPositionDetectionPattern:0 yStart:[matrix width] - pdpWidth matrix:matrix];
 
  // Embed horizontal separation patterns around the squares.
  int hspWidth = 8;
  // Left top corner.
  [self embedHorizontalSeparationPattern:0 yStart:hspWidth - 1 matrix:matrix];
  // Right top corner.
  [self embedHorizontalSeparationPattern:[matrix width] - hspWidth yStart:hspWidth - 1 matrix:matrix];
  // Left bottom corner.
  [self embedHorizontalSeparationPattern:0 yStart:[matrix width] - hspWidth matrix:matrix];
 
  // Embed vertical separation patterns around the squares.
  int vspSize = 7;
  // Left top corner.
  if (![self embedVerticalSeparationPattern:vspSize yStart:0 matrix:matrix]) {
    return NO;
  }
  // Right top corner.
  if (![self embedVerticalSeparationPattern:[matrix height] - vspSize - 1 yStart:0 matrix:matrix]) {
    return NO;
  }
  // Left bottom corner.
  if (![self embedVerticalSeparationPattern:vspSize yStart:[matrix height] - vspSize matrix:matrix]) {
    return NO;
  }
 
  return YES;
}
 
// Embed position adjustment patterns if need be.
+ (void)maybeEmbedPositionAdjustmentPatterns:(ZXQRCodeVersion *)version matrix:(ZXByteMatrix *)matrix {
  if (version.versionNumber < 2) { // The patterns appear if version >= 2
    return;
  }
  int index = version.versionNumber - 1;
  int numCoordinates = sizeof(ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN_COORDINATE_TABLE[index]) / sizeof(int);
  for (int i = 0; i < numCoordinates; ++i) {
    for (int j = 0; j < numCoordinates; ++j) {
      int y = ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN_COORDINATE_TABLE[index][i];
      int x = ZX_POSITION_ADJUSTMENT_PATTERN_COORDINATE_TABLE[index][j];
      if (x == -1 || y == -1) {
        continue;
      }
      // If the cell is unset, we embed the position adjustment pattern here.
      if ([self isEmpty:[matrix getX:x y:y]]) {
        // -2 is necessary since the x/y coordinates point to the center of the pattern, not the
        // left top corner.
        [self embedPositionAdjustmentPattern:x - 2 yStart:y - 2 matrix:matrix];
      }
    }
  }
}
 
@end