C++如何实现简易二维码生成程序-C++-PHP中文网

使用qrcodegen库可高效实现C++二维码生成，其纯C++、无依赖特性适合简易项目；通过encodeText编码并选择ECC级别，结合stb_image_write可输出PNG图像，控制台打印则便于调试；ECC选型需权衡容错与尺寸，M级为通用场景推荐，默认自动版本选择确保最小尺寸。

c++如何实现简易二维码生成程序

要用C++实现一个简易的二维码生成程序，最直接且高效的方式是借助现有的开源库。自己从零开始实现QR码的编码标准，那可真是个大工程，涉及Reed-Solomon纠错码、掩码模式、版本信息等等，对于一个“简易”程序来说，这显然不是我们追求的路径。所以，核心思路就是找到一个合适的C++库，然后学会如何调用它来生成数据矩阵，最后再把这个矩阵渲染出来，无论是输出到控制台，还是生成一张图片。

解决方案

在我看来，要快速搭建一个C++二维码生成器，

qrcodegen

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这个库是一个非常棒的选择。它由Nayuki开发，纯C++实现，而且是header-only（或者说，很容易集成），没有复杂的依赖，非常适合我们这种“简易”的需求。

以下是使用

qrcodegen

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实现基本功能的步骤和一些我的思考：

获取并包含库文件：通常，你只需要下载
```
qrcodegen.hpp
```
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和
```
qrcodegen.cpp
```
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这两个文件，然后把它们放到你的项目路径下。对于大多数项目来说，直接
```
#include "qrcodegen.hpp"
```
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就能搞定。

核心编码逻辑：

qrcodegen

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库的使用非常直观。你需要提供要编码的文本内容，以及选择一个错误修正级别（Error Correction Level, ECC）。ECC等级通常有L、M、Q、H四种，分别代表不同的容错能力，H最高，L最低。我一般会根据实际应用场景来选，如果二维码可能会被弄脏或损坏，我会倾向于M或Q，甚至H。

#include "qrcodegen.hpp" // 假设qrcodegen.hpp在你当前目录
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

void printQr(const qrcodegen::QrCode &qr) {
    int border = 4; // 二维码四周的留白
    for (int y = -border; y < qr.getSize() + border; ++y) {
        for (int x = -border; x < qr.getSize() + border; ++x) {
            // getModule(x, y)返回true表示黑色模块，false表示白色
            std::cout << (qr.getModule(x, y) ? "██" : "  ");
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main() {
    std::string text_to_encode = "https://www.example.com"; // 你想编码的文本或URL
    // 选择错误修正级别：LOW, MEDIUM, QUARTILE, HIGH
    qrcodegen::QrCode::Ecc errCorLvl = qrcodegen::QrCode::Ecc::MEDIUM;

    try {
        // 编码文本，库会自动选择合适的版本
        qrcodegen::QrCode qr = qrcodegen::QrCode::encodeText(text_to_encode.c_str(), errCorLvl);
        std::cout << "生成的二维码大小: " << qr.getSize() << "x" << qr.getSize() << std::endl;
        std::cout << "编码内容: " << text_to_encode << std::endl;
        std::cout << "错误修正级别: " << (
            errCorLvl == qrcodegen::QrCode::Ecc::LOW ? "L" :
            errCorLvl == qrcodegen::QrCode::Ecc::MEDIUM ? "M" :
            errCorLvl == qrcodegen::QrCode::Ecc::QUARTILE ? "Q" : "H"
        ) << std::endl;

        printQr(qr); // 打印到控制台
    } catch (const qrcodegen::QrCode::DataTooLongException &e) {
        std::cerr << "错误：编码的数据太长，无法生成二维码！" << std::endl;
    } catch (const std::exception &e) {
        std::cerr << "发生未知错误: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

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输出与渲染：上面示例代码中，我直接用
```
██
```
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和` `在控制台打印出了二维码的“像素”图。这对于快速验证和调试来说非常方便，一眼就能看出二维码的结构。但如果需要生成图片文件，比如PNG或JPG，那就需要额外的图像处理库了。这部分我们后面再详细聊。

我个人觉得，

qrcodegen

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的API设计很简洁，

encodeText

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或

encodeBinary

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方法直接就能完成大部分工作，剩下的就是如何把

getModule(x, y)

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返回的布尔值转换成可视化的东西。这让我省去了大量研究QR码标准细节的时间，能更专注于应用层面。

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C++二维码生成，有哪些主流库值得考虑？

在C++的世界里，生成二维码的库选择其实不算特别多，但有几个是比较成熟和常用的。在我看来，选择哪个库，很大程度上取决于你的项目需求和对集成复杂度的接受程度。

```
qrcodegen
```
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(by Nayuki)：这是我刚才提到的，也是我个人在做一些轻量级或者嵌入式项目时的首选。它的最大优点是纯C++、header-only（或者说，只需要两个源文件），这意味着你几乎不需要处理复杂的构建系统和外部依赖。代码量小，易于理解和集成，功能专注于QR码的编码，非常纯粹。如果你只是想快速生成一个二维码，不想引入太多“重”的依赖，这个库绝对是你的菜。
```
ZXing
```
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(C++ port)：大名鼎鼎的ZXing（Zebra Crossing）是一个多平台条码/二维码处理库，最初用Java编写，后来有了C++的移植版本。它的特点是功能非常强大且全面，不仅能生成QR码，还能识别（解码）各种一维码和二维码。如果你需要一个既能生成又能识别，并且支持多种码制（比如Data Matrix, PDF417等）的解决方案，ZXing无疑是最佳选择。然而，它的缺点也比较明显：集成和构建相对复杂。它通常会有一些外部依赖，比如图像处理库，并且编译过程可能需要一些耐心。对于一个“简易”的生成程序来说，它可能显得有点“杀鸡用牛刀”了。
```
libqrencode
```
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：这是一个用C语言编写的库，但可以很方便地在C++项目中使用。它也是一个非常成熟和稳定的QR码编码库，被很多项目和发行版所采用。它的优势在于性能和稳定性，并且作为C库，与C++的兼容性很好。它的API可能没有
```
qrcodegen
```
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那么面向对象，但同样提供了一系列函数来控制编码过程。如果你的项目对性能有较高要求，或者已经有其他C语言的依赖，那么
```
libqrencode
```
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是个不错的选择。
其他一些包装或绑定：市面上可能还有一些基于上述库的Python、Qt等框架的C++包装或绑定。这些通常会提供更高级的API，方便与特定框架集成。但对于纯C++项目，直接使用原始库通常更直接。

总的来说，如果你追求极致的简洁和易用性，

qrcodegen

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是首选。如果你的项目需要强大的功能和广泛的码制支持，并且不介意集成复杂度，那么考虑

ZXing

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。如果寻求稳定性和C语言的亲和性，

libqrencode

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值得一看。我通常会先从

qrcodegen

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开始，如果发现功能不够，再考虑升级到ZXing。

除了控制台输出，C++如何将二维码图像化输出到文件？

将二维码从控制台的字符画变成一个真正的图像文件，比如PNG或JPG，这在实际应用中是更常见的需求。但C++标准库本身并没有提供图像处理功能，所以我们必须借助第三方库。我的经验是，对于这种简单的图像写入任务，我们不需要引入像OpenCV那样庞大而复杂的库。

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一个非常轻量且易于集成的选择是使用

stb_image_write.h

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。这是一个单文件、公共领域的库，非常适合这种需求。它能将原始像素数据写入PNG、BMP、TGA甚至JPG文件，而且集成起来简直不要太方便。

以下是使用

stb_image_write.h

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将

qrcodegen

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生成的二维码保存为PNG文件的基本思路：

获取
```
stb_image_write.h
```
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：你只需要下载这个头文件，然后像
```
qrcodegen.hpp
```
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一样，把它放到你的项目目录里。在使用前，你需要在某个
```
.cpp
```
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文件中定义
```
STB_IMAGE_WRITE_IMPLEMENTATION
```
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宏，来包含它的实现。

准备像素数据：二维码库（如

qrcodegen

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）提供的是一个布尔矩阵，告诉你哪个模块是黑的，哪个是白的。但图像文件需要的是一个字节数组，通常是RGB或RGBA格式。你需要将二维码的每个“模块”（即逻辑上的一个黑白点）放大成多个物理像素，这样生成的图片才不会太小。

#define STB_IMAGE_WRITE_IMPLEMENTATION // 只需要在一个.cpp文件中定义一次
#include "stb_image_write.h"
#include "qrcodegen.hpp"
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>

// ... (假设qrcodegen::QrCode qr对象已经生成)

void saveQrCodeAsPng(const qrcodegen::QrCode &qr, const std::string &filename, int scale, int border) {
    if (scale <= 0 || border < 0) {
        std::cerr << "错误: 缩放比例和边框值必须有效。" << std::endl;
        return;
    }

    int qrSize = qr.getSize();
    int imageSize = (qrSize + border * 2) * scale; // 图像总尺寸，包含边框和缩放

    // 创建一个RGB像素缓冲区，每个像素3个字节 (R, G, B)
    // 这里的vector会自动管理内存
    std::vector<unsigned char> pixels(imageSize * imageSize * 3);

    // 填充像素缓冲区
    for (int y = 0; y < imageSize; ++y) {
        for (int x = 0; x < imageSize; ++x) {
            // 计算当前像素在QR码逻辑上的位置
            int qrX = (x / scale) - border;
            int qrY = (y / scale) - border;

            bool isDark = false;
            if (qrX >= 0 && qrX < qrSize && qrY >= 0 && qrY < qrSize) {
                isDark = qr.getModule(qrX, qrY);
            }
            // 否则就是边框区域，默认是白色

            unsigned char color = isDark ? 0 : 255; // 0代表黑色，255代表白色

            // 设置当前像素的RGB值
            pixels[(y * imageSize + x) * 3 + 0] = color; // R
            pixels[(y * imageSize + x) * 3 + 1] = color; // G
            pixels[(y * imageSize + x) * 3 + 2] = color; // B
        }
    }

    // 使用stb_image_write保存PNG文件
    if (stbi_write_png(filename.c_str(), imageSize, imageSize, 3, pixels.data(), imageSize * 3)) {
        std::cout << "二维码已成功保存为: " << filename << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "错误: 无法保存PNG文件。" << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::string text_to_encode = "https://www.cppreference.com";
    qrcodegen::QrCode::Ecc errCorLvl = qrcodegen::QrCode::Ecc::MEDIUM;

    try {
        qrcodegen::QrCode qr = qrcodegen::QrCode::encodeText(text_to_encode.c_str(), errCorLvl);
        saveQrCodeAsPng(qr, "my_qrcode.png", 10, 4); // 缩放10倍，4个模块的边框
    } catch (const std::exception &e) {
        std::cerr << "生成二维码或保存文件时出错: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

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这个过程中，

scale

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参数决定了二维码的每个逻辑模块在图片中会占据多少个像素（比如

scale=10

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意味着一个黑白点会变成10x10的像素块），

border

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参数则控制了二维码四周的白色留白。这些参数的合理设置对于生成美观且易于扫描的二维码非常重要。当然，你也可以尝试其他图像库，比如

FreeImage

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或者

ImageMagick++

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，它们功能更强大，但集成起来也会更复杂一些。对于“简易”程序，

stb_image_write

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是我的首选。

二维码的错误修正能力（ECC）和版本选择，我们应该如何权衡？

在生成二维码时，错误修正能力（Error Correction Capability, ECC）和版本（Version）的选择，这其实是一个非常关键的权衡问题，它直接影响到二维码的物理尺寸、数据容量以及在受损情况下的可读性。这并不是随便选一个就行的，得根据实际应用场景来做决策。

错误修正能力（ECC）： QR码标准定义了四种错误修正级别：

L (Low)：可以恢复大约7%的码字（codewords）错误。这是最低的容错级别。
M (Medium)：可以恢复大约15%的码字错误。这是许多二维码生成器的默认设置，通常是个不错的折衷。
Q (Quartile)：可以恢复大约25%的码字错误。
H (High)：可以恢复大约30%的码字错误。这是最高的容错级别。

如何权衡？

高ECC级别（如Q或H）的优势：
- 抗损性强：二维码即使部分被遮挡、弄脏、撕裂，或者印刷质量不佳，也更有可能被正确扫描。这对于那些可能暴露在恶劣环境（比如户外广告、工业标签）或需要长久保存的二维码来说，至关重要。
- 可靠性高：在扫描设备性能不佳或光照条件不理想的情况下，高ECC也能提供更好的扫描成功率。
高ECC级别（如Q或H）的劣势：
- 二维码尺寸更大：为了存储更多的冗余纠错信息，高ECC级别的二维码会包含更多的模块（黑白方块），导致整体尺寸变大。对于相同的原始数据，H级别的二维码会比L级别的二维码大得多。
- 视觉密度高：模块增多也意味着二维码看起来更“密”，可能会影响美观，或者在某些小尺寸印刷品上显得过于拥挤。

版本（Version）选择： QR码有40个版本，从Version 1（21x21模块）到Version 40（177x177模块）。

版本越高：可以存储的数据量越大，但同时二维码的尺寸也越大。
自动选择：大多数现代二维码库（包括
```
qrcodegen
```
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）都会在给定数据和ECC级别后，自动选择最小的、能够容纳所有信息的版本。我们通常不需要手动指定版本，除非有非常特殊的尺寸要求。

我的建议：

默认M级别：对于大多数常见的应用场景，例如网站链接、名片信息等，M级别通常是一个很好的起点。它在尺寸和容错能力之间取得了不错的平衡。
考虑环境因素：
- 如果二维码会印刷在容易磨损、折叠或污染的介质上（如包装、服装标签），或者需要在户外、工业环境中长期使用，那么Q或H级别会大大增加其可用性。
- 如果二维码需要以极小的尺寸印刷，并且预期扫描环境良好，数据量也不大，那么L级别可以帮助你获得最小的二维码。但要记住，牺牲容错能力意味着一旦有轻微损坏，就可能无法扫描。
数据量与尺寸的权衡：如果你需要编码的数据量很大，即使选择了L级别，二维码也会变得很大。