CGO入門和OCR文字識別（非第三方API，有原始碼，效果好）實戰

Golang研究所發表於2021-08-25

GoAPI原始碼

這是我參與8月更文挑戰的第5天，活動詳情檢視：8月更文挑戰

系列文章見：

CGO是什麼

簡單點來講，如果要呼叫C++，C寫的庫（動態庫，靜態庫），那麼就需要使用Cgo。其他情況下一般用不到，只需要知道Go能呼叫C就行了，當然C也可以回撥到Go中。

使用Cgo有2種姿勢：

直接在go中寫c程式碼
go呼叫so動態庫（c++要用extern “c”匯出）

為了熟悉CGO，我們先介紹第一種方法，直接在Go中寫C程式碼。

入門，直接在Go中寫C程式碼

引用：Command cgo

首先，通過import “C”匯入偽包（這個包並不真實存在，也不會被Go的compile元件見到，它會在編譯前被CGO工具捕捉到，並做一些程式碼的改寫和樁檔案的生成）

import "C"

然後，Go 就可以使用C的變數和函式了， C.size_t 之類的型別、諸如 C.stdout 之類的變數或諸如 C.putchar 之類的函式。

func main(){
    cInt := C.int(1)     // 使用C中的int型別
    fmt.Println(goInt)

    ptr := C.malloc(20)  // 呼叫C中的函式
    fmt.Println(ptr)     // 列印指標地址
    C.free(ptr)          // 釋放，需要 #include <stdlib.h>
}

如果“C”的匯入緊跟在註釋之前，則該註釋稱為序言。例如：

// #include <stdio.h>
/* #include <errno.h> */
import "C"

序言可以包含任何 C 程式碼，包括函式和變數宣告和定義。然後可以從 Go 程式碼中引用它們，就好像它們是在包“C”中定義的一樣。可以使用序言中宣告的所有名稱，即使它們以小寫字母開頭。例外：序言中的靜態變數不能從 Go 程式碼中引用；靜態函式是允許的。

所以，你可以直接在/**/裡面寫C程式碼（注意，C++不行！）：

package main

/*
int add(int a,int b){
   return a+b;
}
*/
import "C"
import "fmt"

func main() {
    a, b := 1, 2
    c := C.add(a, b)
}

編譯下，會出現下面的問題（ fmt.Println(C.add(1, 2)) 能編譯通過，思考下為什麼？）：

./main.go:20:12: cannot use a (type int) as type _Ctype_int in argument to _Cfunc_add
./main.go:20:12: cannot use b (type int) as type _Ctype_int in argument to _Cfunc_add

為什麼呢？因為C沒有辦法使用Go的型別，必須先轉換成CGO型別才可以，改成這樣就行了：

func main() {
   cgoIntA, cgoIntB := C.int(1), C.int(2)
   c := C.add(cgoIntA, cgoIntB)
   fmt.Println(c)
}

執行後輸出：

CGO基礎型別

就像上面的程式碼一樣，Go沒有辦法直接使用C的東西，必須先轉換成CGO型別，下面是一個基礎型別對應表。

C型別	CGO型別	GO型別
char	C.char	byte
signed char	C.schar	int8
unsigned char	C.uchar	uint8
short	C.short	int16
unsigned short	C.ushort	uint16
int	C.int	int32
unsigned int	C.uint	uint32
long	C.long	int32
unsigned long	C.ulong	uint32
long long int	C.longlong	int64
unsigned long long int	C.ulonglong	uint64
float	C.float	float32
double	C.double	float64
size_t	C.size_t	uint

如果直接在C中 #include <stdint.h>，則型別關係就比較一致了，例如：

C型別	CGO型別	GO型別
int8_t	C.int8_t	int8
int16_t	C.int16_t	int16
uint32_t	C.uint32_t	uint32
uint64_t	C.uint64_t	uint64

字串、陣列和函式呼叫

那麼，在Go要如何傳遞字串、位元組陣列以及指標？ CGO的C虛擬包提供了以下一組函式，用於Go語言和C語言之間陣列和字串的雙向轉換：

// Go string to C string
// The C string is allocated in the C heap using malloc.
// It is the caller's responsibility to arrange for it to be
// freed, such as by calling C.free (be sure to include stdlib.h
// if C.free is needed).
func C.CString(string) *C.char

// Go []byte slice to C array
// The C array is allocated in the C heap using malloc.
// It is the caller's responsibility to arrange for it to be
// freed, such as by calling C.free (be sure to include stdlib.h
// if C.free is needed).
func C.CBytes([]byte) unsafe.Pointer

// C string to Go string
func C.GoString(*C.char) string

// C data with explicit length to Go string
func C.GoStringN(*C.char, C.int) string

// C data with explicit length to Go []byte
func C.GoBytes(unsafe.Pointer, C.int) []byte

字串，可以通過C.CString()函式（別忘記通過free釋放）：

// 通過C.CString，這裡會發生記憶體拷貝，cgo通過malloc重新開闢了一塊空間，使用完需要釋放，否則記憶體洩露
imagePath := C.CString("a.png")
defer C.free(unsafe.Pointer(imagePath))

位元組陣列，直接使用go的陣列，然後強制轉換即可：

// 只能使用陣列，無法使用切片用作緩衝區給C使用
var buffer [20]byte
// &buffer[0]: 陣列在記憶體中是連續儲存的，取首地址
// unsafe.Pointer()：轉換為非安全指標，型別是*unsafe.Pointer
// (*C.char)()：再強轉一次
cBuffer := (*C.char)(unsafe.Pointer(&buffer[0]))

對應型別的指標，直接使用Cgo型別，然後&取地址即可：

bufferLen := C.int(20)
cPoint := &bufferLen      // cPoint在CGO中是*C.int型別，在C中是*int型別。

假如ocr識別函式如下：

int detect(const char* image_path, char * out_buffer, int *len);

有3個引數：

image_path：指示了要識別的圖片路徑。
out_buffer：識別到的文字輸出到這裡，是一個char位元組陣列。
len：指示輸出位元組緩衝區大小，呼叫成功後，值變成字串長度，便於外界讀取。

在go中呼叫方式如下:

imagePath := C.CString("a.png")
defer C.free(unsafe.Pointer(imagePath))

var buffer [20]byte
bufferLen := C.int(20)
cInt := C.detect(imagePath, (*C.char)(unsafe.Pointer(&buffer[0])), &bufferLen)
if cInt == 0 {
   fmt.Println(string(buffer[0:bufferLen]))
}

分離Go和C程式碼

為了簡化程式碼，我們可以把C的程式碼放到xxx.h和xxx.c中實現。

有以下結構：

├── hello.c
├── hello.h
└── main.go

hello.h的內容：

#include <stdio.h>

void sayHello(const char* text);

hello.c：

#include "hello.h"

void sayHello(const char* text){
    printf("%s", text);
}

main.go中呼叫hello.h中的函式：

#include "hello.h"
import "C" // 必須放在匯入c程式碼活標頭檔案的註釋後面，否則不生效

func main() {
    cStr := C.CString("hello from go")
    defer C.free(unsafe.Pointer(cStr))
    C.sayHello(cStr)
}

常用cgo編譯指令

如果我們把h和c檔案放到其他目錄，則編譯會報錯:

├── main.go
└── mylib
    ├── hello.c
    └── hello.h

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "_sayHello", referenced from:
      __cgo_7ab15a91ce47_Cfunc_sayHello in _x002.o
     (maybe you meant: __cgo_7ab15a91ce47_Cfunc_sayHello)
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

這裡應該可以使用#cgo預編譯解決（CFLAGS、CPPFLAGS、CXXFLAGS、FFLAGS和LDFLAGS）：

// #cgo CFLAGS: -DPNG_DEBUG=1 -I ./include
// #cgo LDFLAGS: -L /usr/local/lib -lpng
// #include <png.h>
import "C"

CFLAGS：-D部分定義了巨集PNG_DEBUG，值為1。-I定義了標頭檔案包含的檢索目錄
LDFLAGS：-L指定了連結時庫檔案檢索目錄，-l指定了連結時需要連結png庫

通常實際的工作中遇到要使用cgo的場景，都是呼叫動態庫的方式，所以這裡沒有繼續往下深究上面的錯誤如何解決了。

呼叫C靜態庫和動態庫

目錄結構如下：

├── call_shared_lib
│   └── main.go
├── call_static_lib
│   └── main.go
└── mylib
    ├── hello.c
    ├── hello.h
    ├── libhello.a
    └── libhello.so

1）靜態庫

把上面的hello.h 和 hello.c 生成為靜態庫（需要安裝gcc，省略）：

# 生成o物件
$ gcc -c hello.c
# 生成靜態庫
$ ar crv libhello.a hello.o
# 檢視裡面包含的內容
# ar -t libhello.a
# 使用靜態庫
#gcc main.c libhello.a -o main

Go中呼叫C靜態庫：

package main

/*
#cgo CFLAGS: -I ../mylib
#cgo LDFLAGS: -L ../mylib -lhello
#include <stdlib.h>
#include "hello.h"
*/
import "C"
import "unsafe"

// 請先按照README.md 生成libhello.a 靜態庫檔案
func main() {
   cStr := C.CString("hello from go")
   defer C.free(unsafe.Pointer(cStr))

   C.sayHello(cStr)
}

2）動態庫

生成

# 生成o物件
$ gcc -fPIC -c hello.c
# 生成動態庫
$ gcc -shared -fPIC -o libhello.so hello.o
# 使用動態庫
#gcc main.c -L. -lhello -o main

呼叫程式碼和上面一樣的，LDFLAGS加上-lstdc++：

#cgo LDFLAGS: -L ../mylib -lhello -lstdc++

注意，生成的so檔案一定的是libhello.so，然後在Go中只需要寫-lhello即可，不是libhello，linux下會自動增加lib字首。

唯一不同的是，靜態庫需要指定so檔案的搜尋路徑或者把so動態庫拷貝到/usr/lib下，在環境變數中配置：

$ export LD_LIBRARY_PATH=../mylib
$ go run main.go
# 也可以在goland中在Run -> Edit Configurations -> Environment 配置 LD_LIBRARY_PATH=../mylib ，方便除錯

更多關於靜態庫和動態庫的區別：segmentfault.com/a/119000002…

呼叫C++動態庫

本質上和呼叫c動態庫在Go的寫法上是一樣的，只是需要匯出成C風格的即可：

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#else

// 匯出C 命名風格函式，函式名字和定義的一樣，C++因為支援過載，所以匯出的函式名被編譯器改變了

#ifdef __cplusplus
}
#endif

CGO的缺陷

cgo is not Go中總結了cgo 的缺點：

編譯變慢，實際會使用 c 語言編譯工具，還要處理 c 語言的跨平臺問題
編譯變得複雜
不支援交叉編譯
其他很多 go 語言的工具不能使用
C 與 Go 語言之間的的互相呼叫繁瑣，是會有效能開銷的
C 語言是主導，這時候 go 變得不重要，其實和你用 python 呼叫 c 一樣
部署複雜，不再只是一個簡單的二進位制

這篇文章描述了CGO通過go去呼叫C效能開銷大的原因：blog.csdn.net/u010853261/…

必須切換go的協程棧到系統執行緒的主棧去執行C函式
涉及到系統呼叫以及協程的排程。
由於需要同時保留C/C++的執行時，CGO需要在兩個執行時和兩個ABI（抽象二進位制介面）之間做翻譯和協調。這就帶來了很大的開銷。

《GO原本》中進一步通過runtime原始碼解讀了原因

所以，使用的時候，自己靈活根據場景取捨吧。

CGO最佳使用場景總結

CGO的一些缺點：

記憶體隔離
C函式執行切換到g0(系統執行緒)
收到GOMAXPROC執行緒限制
CGO空呼叫的效能損耗(50+ns)
編譯損耗(CGO其實是有個中間層)

CGO 適合的場景：

C 函式是個大計算任務(不在乎CGO呼叫效能損耗)
C 函式呼叫不頻繁
C 函式中不存在阻塞IO
C 函式中不存在新建執行緒(與go裡面協程排程由潛在可能互相影響)
不在乎編譯以及部署的複雜性

更多可以閱讀：

Ocr實戰

1.chineseocr_lite介紹

GitHub: github.com/DayBreak-u/…

Star: 7.1 K

介紹：超輕量級中文ocr，支援豎排文字識別, 支援ncnn、mnn、tnn推理 ( dbnet(1.8M) + crnn(2.5M) + anglenet(378KB)) 總模型僅4.7M。

這個開源專案提供了C++、JVM、Android、.Net等實現，沒有任何三方依賴，經作者實踐，識別效果中等，越小的圖片越快。

比如識別一個發票號碼，只需要50ms左右：

複雜的圖片識別大概500-900ms左右：

fapiao.jpg-result.jpg

表格識別效果一般

baojia1.png-result.jpg

所以，適合格式一致的識別場景。比如發票的某個位置，身份證，銀行卡等等。

2.編譯chineseocr_lite

按照 chineseocr_lite/cpp_projects/OcrLiteOnnx 中的README.md文件編譯即可，推薦在Linux下，我再windows和Macos沒編譯通過。

然後需要改造成動態庫，我改動的內容有：

預設生成動態庫，給ocr_http_server使用
去掉jni的支援
增加ocr.h，匯出c風格函式

3.匯出c函式

ocr.h

/** @file ocr.h
  * @brief  封裝給GO呼叫
  * @author teng.qing
  * @date 8/13/21
  */
#ifndef ONLINE_BASE_OCRLITEONNX_OCR_H
#define ONLINE_BASE_OCRLITEONNX_OCR_H
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#else
    // c
    typedef enum{
        false, true
    }bool;
#endif

const int kOcrError = 0;
const int kOcrSuccess = 1;
const int kDefaultPadding = 50;
const int kDefaultMaxSideLen = 1024;
const float kDefaultBoxScoreThresh = 0.6f;
const float kDefaultBoxThresh = 0.3f;
const float kDefaultUnClipRatio = 2.0f;
const bool kDefaultDoAngle = true;
const bool kDefaultMostAngle = true;

/**@fn ocr_init
  *@brief 初始化OCR
  *@param numThread: 執行緒數量，不超過CPU數量
  *@param dbNetPath: dbnet模型路徑
  *@param anglePath: 角度識別模型路徑
  *@param crnnPath: crnn推理模型路徑
  *@param keyPath: keys.txt樣本路徑
  *@return <0: error, >0: instance
  */
int ocr_init(int numThread, const char *dbNetPath, const char *anglePath, const char *crnnPath, const char *keyPath);

/**@fn ocr_cleanup
  *@brief 清理，退出程式前執行
  */
void ocr_cleanup();

/**@fn ocr_detect
  *@brief 識別圖片
  *@param image_path: 圖片完整路徑，會在同路徑下生成圖片識別框選效果，便於除錯
  *@param out_json_result: 識別結果輸出，json格式。
  *@param buffer_len: 輸出緩衝區大小
  *@param padding: 50
  *@param maxSideLen: 1024
  *@param boxScoreThresh: 0.6f
  *@param boxThresh: 0.3f
  *@param unClipRatio: 2.0f
  *@param doAngle: true
  *@param mostAngle: true
  *@return 成功與否
  */
int ocr_detect(const char *image_path, char *out_buffer, int *buffer_len, int padding, int maxSideLen,
                float boxScoreThresh, float boxThresh, float unClipRatio, bool doAngle, bool mostAngle);
                
/**@fn ocr_detect
  *@brief 使用預設引數，識別圖片
  *@param image_path: 圖片完整路徑
  *@param out_buffer: 識別結果，json格式。
  *@param buffer_len: 輸出緩衝區大小
  *@return 成功與否
  */
int ocr_detect2(const char *image_path, char *out_buffer, int *buffer_len);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif //ONLINE_BASE_OCRLITEONNX_OCR_H

ocr.cpp

/** @file ocr.h
  * @brief 
  * @author teng.qing
  * @date 8/13/21
  */
#include "ocr.h"
#include "OcrLite.h"
#include "omp.h"
#include "json.hpp"
#include <iostream>
#include <sys/stat.h>
using json = nlohmann::json;
static OcrLite *g_ocrLite = nullptr;
inline bool isFileExists(const char *name) {
    struct stat buffer{};
    return (stat(name, &buffer) == 0);
}
int ocr_init(int numThread, const char *dbNetPath, const char *anglePath, const char *crnnPath, const char *keyPath) {
    omp_set_num_threads(numThread); // 平行計算
    if (g_ocrLite == nullptr) {
        g_ocrLite = new OcrLite();
    }
    g_ocrLite->setNumThread(numThread);
    g_ocrLite->initLogger(
            true,//isOutputConsole
            false,//isOutputPartImg
            true);//isOutputResultImg
    g_ocrLite->Logger(
            "ocr_init numThread=%d, dbNetPath=%s,anglePath=%s,crnnPath=%s,keyPath=%s \n",
            numThread, dbNetPath, anglePath, crnnPath, keyPath);
    if (!isFileExists(dbNetPath) || !isFileExists(anglePath) || !isFileExists(crnnPath) || !isFileExists(keyPath)) {
        g_ocrLite->Logger("invalid file path.\n");
        return kOcrError;
    }
    g_ocrLite->initModels(dbNetPath, anglePath, crnnPath, keyPath);
    return kOcrSuccess;
}
void ocr_cleanup() {
    if (g_ocrLite != nullptr) {
        delete g_ocrLite;
        g_ocrLite = nullptr;
    }
}
int ocr_detect(const char *image_path, char *out_buffer, int *buffer_len, int padding, int maxSideLen,
               float boxScoreThresh, float boxThresh, float unClipRatio, bool doAngle, bool mostAngle) {
    if (g_ocrLite == nullptr) {
        return kOcrError;
    }
    if (!isFileExists(image_path)) {
        return kOcrError;
    }
    g_ocrLite->Logger(
            "padding(%d),maxSideLen(%d),boxScoreThresh(%f),boxThresh(%f),unClipRatio(%f),doAngle(%d),mostAngle(%d)\n",
            padding, maxSideLen, boxScoreThresh, boxThresh, unClipRatio, doAngle, mostAngle);
    OcrResult result = g_ocrLite->detect("", image_path, padding, maxSideLen,
                                         boxScoreThresh, boxThresh, unClipRatio, doAngle, mostAngle);
    json root;
    root["dbNetTime"] = result.dbNetTime;
    root["detectTime"] = result.detectTime;
    for (const auto &item : result.textBlocks) {
        json textBlock;
        for (const auto &boxPoint : item.boxPoint) {
            json point;
            point["x"] = boxPoint.x;
            point["y"] = boxPoint.y;
            textBlock["boxPoint"].push_back(point);
        }
        for (const auto &score : item.charScores) {
            textBlock["charScores"].push_back(score);
        }
        textBlock["text"] = item.text;
        textBlock["boxScore"] = item.boxScore;
        textBlock["angleIndex"] = item.angleIndex;
        textBlock["angleScore"] = item.angleScore;
        textBlock["angleTime"] = item.angleTime;
        textBlock["crnnTime"] = item.crnnTime;
        textBlock["blockTime"] = item.blockTime;
        root["textBlocks"].push_back(textBlock);
        root["texts"].push_back(item.text);
    }
    std::string tempJsonStr = root.dump();
    if (static_cast<int>(tempJsonStr.length()) > *buffer_len) {
        g_ocrLite->Logger("buff_len is too small \n");
        return kOcrError;
    }
    *buffer_len = static_cast<int>(tempJsonStr.length());
    ::memcpy(out_buffer, tempJsonStr.c_str(), tempJsonStr.length());
    return kOcrSuccess;
}
int ocr_detect2(const char *image_path, char *out_buffer, int *buffer_len) {
    return ocr_detect(image_path, out_buffer, buffer_len, kDefaultPadding, kDefaultMaxSideLen, kDefaultBoxScoreThresh,
                      kDefaultBoxThresh, kDefaultUnClipRatio, kDefaultDoAngle, kDefaultMostAngle);
}

ocr_wrapper.go

package ocr

// -I: 配置編譯選項
// -L: 依賴庫路徑

/*
#cgo CFLAGS: -I ../../../OcrLiteOnnx/include
#cgo LDFLAGS: -L ../../../OcrLiteOnnx/lib -lOcrLiteOnnx -lstdc++

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "ocr.h"
*/
import "C"
import (
        "runtime"
        "unsafe"
)

//const kModelDbNet = "dbnet.onnx"
//const kModelAngle = "angle_net.onnx"
//const kModelCRNN = "crnn_lite_lstm.onnx"
//const kModelKeys = "keys.txt"

const kDefaultBufferLen = 10 * 1024

var (
        buffer [kDefaultBufferLen]byte
)

func Init(dbNet, angle, crnn, keys string) int {
        threadNum := runtime.NumCPU()

        cDbNet := C.CString(dbNet) // to c char*
        cAngle := C.CString(angle) // to c char*
        cCRNN := C.CString(crnn)   // to c char*
        cKeys := C.CString(keys)   // to c char*

        ret := C.ocr_init(C.int(threadNum), cDbNet, cAngle, cCRNN, cKeys)

        C.free(unsafe.Pointer(cDbNet))
        C.free(unsafe.Pointer(cAngle))
        C.free(unsafe.Pointer(cCRNN))
        C.free(unsafe.Pointer(cKeys))
        return int(ret)
}

func Detect(imagePath string) (bool, string) {
        resultLen := C.int(kDefaultBufferLen)

        // 構造C的緩衝區
        cTempBuffer := (*C.char)(unsafe.Pointer(&buffer[0]))
        cImagePath := C.CString(imagePath)
        defer C.free(unsafe.Pointer(cImagePath))

        isSuccess := C.ocr_detect2(cImagePath, cTempBuffer, &resultLen)
        return int(isSuccess) == 1, C.GoStringN(cTempBuffer, resultLen)
}

func CleanUp() {
        C.ocr_cleanup()
}

3.環境變數設定

路徑包含庫所在目錄，或者直接把動態庫拷貝到/usr/lib中，推薦後者：

export LD_LIBRARY_PATH=../mylib

4.執行

效果如下

參考

excel表格文字識別-ocr表格文字提取api介面整合
2024-10-31
ExcelAPI
通用辦公文件識別-免費通用文字識別API-OCR
2024-10-14
API
如何精準實現OCR文字識別？
2018-10-25
ocr文字識別技術
2019-12-30
OCR技術-文字影像識別
2019-11-05
C#呼叫DLL實現影像文字識別(OCR)
2010-05-21
C#
Java 實現OCR掃描/識別圖片文字
2024-04-01
Java
中安OCR文字識別系統
2020-02-06
TH-OCR文字識別技術
2019-11-19
Text Scanner for Mac ocr文字識別工具
2021-08-22
Mac
OCR文字識別工具：OCRKit Pro中文
2022-10-20
OCRKit Pro for mac (OCR文字識別工具)
2021-11-12
Mac
OCR文字識別工具:OCRKit Pro mac
2022-03-09
Mac
成品直播原始碼推薦，實現文字載入效果文字跳動
2023-11-30
原始碼
Python3呼叫百度OCR圖片文字識別API
2020-08-20
PythonAPI
ocr文字識別軟體怎麼識別手機上的照片文字？
2022-01-05
有了 iText，你截圖，騰訊、Google OCR 幫你識別文字
2017-11-30
Go
OCR文字識別軟體線上如何操作？
2019-07-23
Python實戰：截圖識別文字，過萬使用量版本！（附原始碼！！）
2021-11-27
Python原始碼
通用文字識別API-通用文字識別介面可以識別哪些場景文字
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文字識別解決方案-OCR識別應用場景解析
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【實戰】基於OpenCV的水錶字元識別（OCR）
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2019-04-29
Node.js文字識別介面、文字錄入、線上免費文字識別介面
2024-06-21
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你要的全拿走-ocr文字識別智慧化解決方案
2020-02-21