OpenCV学习：Mat类详细解析+源码剖析（三）遍历矩阵中元素

本节主要介绍如何遍历Mat数组中的元素，遍历Mat中元素的相关函数，其中包括at族函数和ptr族函数，以及矩阵内存的布局，以及许多C++相关的知识点，这是整个Mat类的精髓，也注定了这将是华丽丽的一篇！
你如何定位矩阵中的元素？

OpenCV Tutorials中给出了三种方法遍历数组中的元素：（一）高效的经典的C运算子[ ]方法；（二）安全的C++中迭代器方法；（三）动态地址计算方法。下面简要介绍下三种方法的主要用法以及优缺点

（一）无人能及的C []运算子，基于ptr函数族

 int i,j;    uchar* p;    for( i = 0; i < nRows; ++i)    {        p = I.ptr<uchar>(i);//获取行指针        for ( j = 0; j < nCols; ++j)        {            p[j] = table[p[j]];                     }    }

最高效的方法
（二）C++迭代器方法

  MatIterator_<uchar> it, end;   for( it = I.begin<uchar>(), end = I.end<uchar>(); it != end; ++it)          *it = table[*it];   break;

最安全的方法
（三）动态地址计算方法：主要使用at函数族，千万不要用！

for( int i = 0; i < I.rows; ++i)    for( int j = 0; j < I.cols; ++j )        I.at<uchar>(i,j) = table[I.at<uchar>(i,j)];

此种方法适合随机访问操作，而并不适合遍历操作。相较于最高效的C方法，这种方法遍历每一个图像元素时都会重新生成一个行指针。稍后会分析方法（一）和方法（三）到底差在哪里。
Tutotials中也给出了上述三种方法的时间对比

Efficient WayIteratorOn-The-Fly RA79.4717 milliseconds83.7201 milliseconds93.7878 milliseconds所以说，遍历矩阵时，首选方法是方法一。

为什么方法一和方法三会差那么多呢？下面通过分析Mat的at函数族和ptr函数族回答这个问题。
at函数族和ptr函数族

at函数族：

template<typename _Tp> _Tp& at(int i0=0);template<typename _Tp> const _Tp& at(int i0=0) const; …...template<typename _Tp> _Tp& at(Point pt);template<typename _Tp> const _Tp& at(Point pt) const;

ptr函数族：

uchar* ptr(int i0=0);const uchar* ptr(int i0=0) const; …...template<typename _Tp, int n> _Tp* ptr(const Vec<int, n>& idx);template<typename _Tp, int n> const _Tp* ptr(const Vec<int, n>& idx) const;

ptr函数典型源码：

inline uchar* Mat::ptr(int y){    return data + step.p[0]*y;}

at函数典型源码：

template<typename _Tp> inline _Tp& Mat::at(int i0, int i1){    return ((_Tp*)(data + step.p[0]*i0))[i1];}

step.p[0]的解释见：OpenCV学习：Mat类详细解析+源码剖析（四）MSize类和Mstep类

以二维情况为例，ptr返回的是指针（某维度某偏移的起始地址），下图所示，at比ptr更进一步，获得指针后又使用[ ]提取出了数值。上文中方法一和方法三最大差异所在，方法一中一个头指针可以运用于整行数据，但是方法四中每遍历一个元素就要算一次行指针，也就是说方法一中行指针计算了row次，而方法三中行指针计算了row×col次！