Reverse - CS50x 2023

请编写程序，按如下方式反转 WAV 文件：

./reverse input.wav output.wav

背景

在 Electric Light Orchestra 的 “Fire on High” 中，音乐的开头一分钟左右听起来有点不对劲。如果你仔细听，它听起来几乎像音频被反向播放。事实证明，如果你倒放这首歌的开头部分，你会听到以下内容：

“The music is reversible. Time is not. Turn back, turn back!”

是不是有点吓人？这是一种叫做“反向掩蔽”的技术，或者说是将信息隐藏在音乐中，只有在倒放歌曲时才能听到。许多艺术家都使用（或被怀疑使用）了这种技术在他们的歌曲中。为了方便我们进行反向掩蔽的研究，请你编写一个 WAV 文件反转程序！

与 MP3 音频文件不同，WAV 文件未经过压缩。这使得文件编辑和操作更加方便，对当前任务很有帮助。为了更多地了解 WAV 文件，我们需要仔细研究 WAV 文件格式。

开始

打开 VS Code。

首先单击终端窗口内部，然后单独执行 cd。你会看到类似如下的“提示符”。

单击该终端窗口内部，然后执行

wget https://cdn.cs50.net/2022/fall/psets/4/reverse.zip

然后按 Enter 键，即可在你的 codespace 中下载名为 reverse.zip 的 ZIP 文件。请注意 wget 和 URL 之间的空格，以及其他任何字符。

现在执行

创建一个名为 reverse 的文件夹。你现在可以执行...，并在提示符后输入“y”，然后按 Enter 键删除已下载的 ZIP 文件。

现在输入

然后按 Enter 键进入该目录。你的提示符现在应该类似于下面。

如果一切正常，执行...后，你应该能看到名为 reverse.c 的文件。执行 code reverse.c 应该会打开该文件，你将在其中键入此问题集的代码。如果没有，请回顾你的步骤，看看你是否可以确定你哪里出错了！

第一个块包含有关文件类型的信息。特别注意，第一个块中的“文件格式”区域，在第 8-11 字节处拼写为 'W' 'A' 'V' 'E'，表明这是一个 WAV 文件。第二个数据块包含了关于接下来音频数据的信息，包括音频“通道”的数量以及每个音频“采样”的位数。单声道音频文件有1个通道；如果您戴上耳机，左右耳听到的声音是完全一样的。立体声音频文件则有2个通道。戴上耳机时，左右耳会听到略微不同的声音，从而产生一种空间感。采样是构成您所听到音频的最小单位，可以理解为一个个的“位块”。每个采样包含的位数越多，音频文件的清晰度就越高（但会占用更多的内存！）。

最后，第三个数据块包含音频数据本身——就是我们上面提到的那些采样。

音频数据之前的所有内容都被视为WAV文件的“头部”信息。请记住，文件头部信息仅仅是关于文件的一些元数据。在这种情况下，头部信息长度为 44 字节。

WAV 标头

有关 WAV 标头的更技术性的解释可以在此处找到，该资源是此视觉效果的灵感来源。请注意，我们包含了一个文件 wav.h，它在一个名为 WAVHEADER 的结构中为您实现了所有这些细节。

规范

让我们编写一个名为 reverse 的程序，它可以反转用户指定的WAV文件，并生成包含反向音频的新WAV文件。为了简单起见，我们将把处理的文件限制为 WAV 格式。用户在执行程序时，需要通过两个命令行参数分别指定：要读取并反转的输入文件名，以及用于保存反转后音频的输出文件名。成功执行的程序不应输出任何文本，而应创建一个用户指定名称的WAV文件，该文件会以相反的顺序播放输入WAV文件的音频。例如：

$ ./reverse input.wav output.wav

在 reverse.c 中，您会注意到包含了一些有用的库以及一个头文件 wav.h。在实现程序时，您可能会发现这些很有用。我们为您预留了八个 TODO 任务和两个辅助函数需要完成。建议您按照从1到8的顺序逐一解决。

在第一个 TODO 中，你需要确保程序能接收两个命令行参数：输入 WAV 文件名和输出 WAV 文件名。如果程序未能满足这些条件，你应该打印相应的错误信息并返回 1，结束程序。
- 提示
  - 请记住，argc 变量（在程序执行时传递给 main 函数）存储了命令行参数的数量。
  - 记住 argv[0] 存储的是程序名，它是第一个命令行参数。
在第二个 TODO 中，你需要打开输入文件。我们需要以“只读”模式打开输入文件，因为程序只会从该文件读取数据。最好检查文件是否成功打开。否则，你应该打印相应的错误信息并返回 1，并退出程序。不过，在确认输入文件有效之前，我们应该暂缓打开输出文件，以避免提前创建新的 WAV 文件。
- 提示
  - 如果第一个 TODO 已正确实现，可以安全地使用 argv[1] 来引用输入文件名。
  - 请记住，任何打开的文件都必须在使用完毕后关闭。
在第三个 TODO 中，你需要从输入文件中读取文件头。回想一下，在 wav.h 中，我们已经实现了一个可以存储 WAV 文件头的结构体。因为 reverse.c 文件顶部包含了 #include "wav.h"，所以你也可以使用 WAVHEADER 结构体。
在第四个 TODO 中，你需要完成 check_format 函数。该函数接收一个 WAVHEADER 类型的参数 header，它代表了输入文件的文件头。如果 header 表明文件是 WAV 格式，check_format 函数应返回 true；否则，返回 false。要检查文件是否是 WAV 格式，可以将输入文件的文件头信息与标准的 WAV 文件头信息进行比较。只需检查 WAVHEADER 结构体中 format 成员是否包含 “WAVE” 标识符即可（更多关于 WAV 文件头的细节请参考背景部分）。
在第五个 TODO 中，你现在可以安全地打开输出文件以进行写入操作。仍然建议检查文件是否成功打开。
- 提示
  - 如果第一个 TODO 已正确实现，可以安全地使用 argv[2] 来引用输出文件名。
  - 请记住，任何打开的文件都必须在使用完毕后关闭。

这可能是停止并测试你的程序是否按预期运行的好地方。如果实现正确，当使用正确的命令行参数执行程序时，应该会创建一个新文件。

如果需要删除文件，请在当前工作目录下执行以下命令。

如果不想在删除时收到确认提示，请执行以下命令。

请谨慎使用 -f 参数，因为它会强制删除文件且不会进行提示。

接下来，既然文件类型已经验证完毕，第六个 TODO 指出我们需要将文件头写入输出文件。由于反转后的 WAV 文件与输入文件具有相同的底层文件结构（例如大小、声道数和每样本位数），因此只需将第三个 TODO 中从输入文件读取的文件头复制到输出文件。
在第七个 TODO 中，您应该实现 get_block_size 函数。类似于 check_format，get_block_size 函数接收一个参数：类型为 WAVHEADER，名称为 header，它代表包含输入文件头信息的结构体。get_block_size 应该返回一个整数，表示给定 WAV 文件的块大小，以字节为单位。我们可以将一个块理解为一个音频数据单元。对于音频数据，每个块的大小通过以下公式计算：声道数 x 每样本字节数。请务必参考 Background 部分，以深入了解这些值的含义和存储方式。另请参阅 wav.h，以确定 WAVHEADER 的哪些成员可能有用。
提示
- 请注意，WAVHEADER 的一个成员是 bitsPerSample。但是要计算块大小，您需要每样本的字节数！
第八个也是最后一个 TODO 负责实际的音频反转操作。为此，我们需要从输入文件末尾开始，逆序读取每个音频数据块，并将它们按相反的顺序写入输出文件。首先，我们应该声明一个数组来存储我们读取的每个块。接下来，你需要遍历输入文件的音频数据。您需要确保读取所有音频，但要避免错误地复制文件头数据！此外，为了便于测试，我们需要保持每个音频块的声道顺序不变。例如，对于双声道（立体声）WAV 文件，要确保输入文件最后一个音频块的第一个声道，对应于输出文件第一个音频块的第一个声道。
提示
- 以下几个函数（以及对它们用法的透彻理解）在完成本节时可能特别有用 - CS50 的参考手册可能会对你有所帮助：
  - fread：从文件读取到缓冲区。在确定每次读取的数据大小和数量时，get_block_size 函数的返回值会很有帮助。
  - fwrite：从缓冲区写入到文件。
  - fseek：将文件指针设置为给定的偏移量。尝试使用负偏移值向后移动文件指针可能很有用。
  - ftell：返回文件指针的当前位置。除了读取音频数据时 ftell 的返回值，检查在第三个 TODO 读取输入文件头后 ftell 的返回值也可能很有用。
需要注意的是，当使用 fread 读取一个数据块后，input 指针将指向读取结束的位置。也就是说，每次 fread 之后，可能需要将 input 指针向后移动两倍的块大小，一次是为了回到 fread 开始的位置，另一次是为了指向前一个未读取的块。
最后，切记关闭所有已打开的文件！

用法

以下是一些程序运行示例。例如，如果用户省略了一个命令行参数：

$ ./reverse input.wav
Usage: ./reverse input.wav output.wav

或者，如果用户省略了所有命令行参数：

$ ./reverse
Usage: ./reverse input.wav output.wav

以下是用户提供的输入文件不是WAV文件时的程序运行示例：

$ ./reverse image.jpg output.wav
Input is not a WAV file.

可以假设用户会输入有效的输出文件名，例如 output.wav。

成功执行的程序不应输出任何文本，并会创建一个用户指定名称的WAV文件，该文件会以相反顺序播放输入的WAV音频。例如：

$ ./reverse input.wav output.wav

测试

执行以下命令以使用 check50 评估代码的正确性。请务必自行编译并测试！

check50 cs50/problems/2023/x/reverse

执行以下命令以使用 style50 评估代码的风格。

如何提交

请在终端中执行以下命令来提交你的代码。

submit50 cs50/problems/2023/x/reverse

Reverse - CS50x 2023

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如何提交​

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