QRGen/README.md

🀫 QRGen

从零手搓的 QR 码生成/解码器 — ISO/IEC 18004 完整实现

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简介

QRGen 是 从零手写 的 QR 码（二维码）生成/解码器，完整实现 ISO/IEC 18004 国际标准。不依赖任何第三方 QR 编码/解码库，所有算法（Galois 域运算、Reed-Solomon 纠错编解码、BCH 格式编解码、掩码评分、定位检测）均从底层手搓。

支持 四种使用方式：程序库（qr-core）、命令行（qrgen）、桌面 GUI（qrgen-gui）、Web 服务（qrgen-web）。支持编码（文本→QR）和解码（QR→文本）双向闭环。

架构

graph TB
    subgraph Frontend["React 前端 (GUI)"]
        App[App.tsx 三栏布局]
        Modes[7 种模式表单]
        Preview[实时预览区]
        Export[导出面板]
        History[历史记录]
        App --> Modes
        App --> Preview
        App --> Export
        App --> History
    end

    subgraph Web["Web 服务 (axum)"]
        HTML[内嵌 HTML 页面]
        API[GET /api/qr + POST /api/decode]
    end

    subgraph CLI["CLI 命令行"]
        Clap[clap 编码 + --decode 解码]
    end

    subgraph IPC["Tauri IPC 桥接"]
        Commands[6 个 Tauri commands]
    end

    subgraph Core["Rust core 库 (qr-core)"]
        Encoder[编码层]
        Decoder[解码层]
        ECC[纠错层]
        Matrix[矩阵层]
        Render[渲染层]
        Encoder --> ECC
        Decoder --> ECC
        ECC --> Matrix
        Matrix --> Render
    end

    Modes --> Commands
    Commands --> Encoder
    Clap --> Encoder
    HTML --> API
    API --> Encoder

数据流水线

sequenceDiagram
    actor U as 用户
    participant UI as React UI / CLI / Web
    participant Q as QrCode::encode()
    participant E as 编码器
    participant RS as Reed-Solomon
    participant M as 矩阵布局
    participant R as 渲染器

    U->>UI: 输入文本
    UI->>Q: encode(text, config)
    Q->>E: 分析字符集, 自动分段
    E->>E: 模式编码
    E->>RS: 数据码字
    RS->>RS: 纠错码字生成 + 交错
    RS->>M: 最终码字序列
    M->>M: 功能图案 + 蛇形排列 + 掩码
    M->>R: QR 矩阵
    R->>UI: PNG / SVG / ASCII

    Note over U,R: --- 解码流水线 (逆向) ---

    U->>UI: 上传图片
    UI->>Q: decode_image(bytes)
    Q->>R: 图像二值化 + 定位图案检测
    R->>M: 布尔矩阵
    M->>M: 读取格式/版本信息 + 解掩码 + 蛇形提取
    M->>RS: 数据码字 + 纠错码字
    RS->>RS: 去交错 + 伴随式 + Berlekamp-Massey + Chien + Forney
    RS->>E: 纠错后数据码字
    E->>E: 模式解码(数字/字母/字节/汉字)
    E->>UI: 解码文本

功能

核心算法（全部手写）

模块	内容	说明
Galois 域	GF(2⁸) 四则运算 + 幂运算	预计算 exp/log 表，本原多项式 0x11D
Reed-Solomon	RS 纠错码生成 + 数据交错	生成多项式动态构造，多项式长除法
编码模式	数字 / 字母数字 / 字节 / 汉字	4 种模式，自动分段选最优
矩阵布局	定位/对齐/时序图案 + 蛇形排列	8 种掩码 + 四规则惩罚评分
BCH 编码	格式信息 BCH(15,5) + 版本信息 BCH(18,6)	两级纠错保护
版本容量	40 版本 × 4 纠错级别完整参数表	自动版本选择

CLI 命令行

# 终端 ASCII 预览
qrgen "Hello World"

# 生成 PNG
qrgen "https://example.com" -o qr.png -s 8

# 生成 SVG（高纠错）
qrgen "重要数据" -o qr.svg -l H

# 解码 QR 码图片
qrgen --decode qr.png

GUI 桌面应用

• 7 种编码模式：文本 / URL / WiFi / vCard(10字段) / Email / 电话 / SMS
• 解码：选择图片文件，解码 QR 码为文本
• 实时预览：200ms 防抖，PNG 即时渲染
• 多格式导出：PNG（可调模块大小）/ SVG / 复制到剪贴板
• 历史记录：最近 50 条，点击回填，支持删除和清空
• 暗色模式：跟随系统，磨砂玻璃效果
• 纠错级别可调：L (7%) / M (15%) / Q (25%) / H (30%)

Web 服务

• 内嵌 HTML 界面：复刻 GUI 三栏布局，7 种编码模式
• REST API：GET /api/qr → PNG / SVG；POST /api/decode → 上传图片返回文本
• Docker 部署：17.7MB Alpine 镜像，开箱即用

安装

从源码构建

git clone git@lhy-git.liuhangyv.top:Serendipity/QRGen.git
cd QRGen

# 安装前端依赖
cd gui/src-frontend && pnpm install && cd ../..

# CLI
cargo build --release -p qrgen

# Web 服务
cargo build --release -p qrgen-web

# GUI + NSIS 安装包
cd gui/src-frontend && pnpm build && cd ../..
cd gui && src-frontend/node_modules/.bin/tauri.cmd build

要求：Windows 10+（GUI 需 WebView2），Rust 1.95+，Node.js 22+

Docker（Web 服务）

# 拉取镜像（或本地构建）
docker build -t qrgen-web -f web/Dockerfile .

# 运行
docker run -d --name qrgen-web --restart unless-stopped -p 3000:3000 qrgen-web

# docker-compose
# 见 G:\qrgen-web\docker-compose.yaml（NAS 部署用）

开发

# 开发模式 GUI（热更新）
cd gui/src-frontend && pnpm dev    # 终端1: 前端
cargo run -p qrgen-gui             # 终端2: Rust 后端

# CLI 开发
cargo run -p qrgen -- "Hello World"

# Web 开发
cargo run -p qrgen-web              # → http://localhost:3000

# Rust 测试
cargo test --lib                    # 81 unit

# 前端测试
cd gui/src-frontend && pnpm test    # vitest

# 前端类型检查
cd gui/src-frontend && pnpm tsc --noEmit

# Rust lint
cargo clippy -- -D warnings

# 前端代码检查
cd gui/src-frontend && pnpm lint    # eslint
cd gui/src-frontend && pnpm format:check  # prettier

# Git hooks（提交前自动运行）
# pre-commit: lint-staged（prettier + eslint）
# commit-msg: commitlint（Conventional Commits）

技术栈

层	技术
桌面框架	Tauri 2.x
GUI 前端	React 18 + TypeScript (strict)
UI 样式	TailwindCSS 3
状态管理	React Context + useReducer
Web 服务	axum 0.8 + tokio
核心库	Rust (qr-core)
CLI	clap + anyhow
前端包管理	pnpm
桌面打包	NSIS
容器化	Docker (alpine, 17.7MB)

项目结构

QRGen/
├── core/                         # Rust 核心库（算法全部在此）
│   └── src/
│       ├── qr.rs                 # 顶层 API — QrCode::encode()
│       ├── version.rs            # 40 版本容量表 + 自动选择
│       ├── ecc/
│       │   ├── galois.rs         # GF(2⁸) 运算 + exp/log 表
│       │   └── reed_solomon.rs   # RS 纠错码 + 数据交错
│       ├── decoder/             # QR 解码器（从零手写）
│       │   ├── mod.rs            # 顶层 API：decode_image + decode_matrix
│       │   ├── bch.rs            # BCH(15,5)+BCH(18,6) 查表解码
│       │   ├── format.rs         # 格式信息 + 版本信息读取
│       │   ├── extract.rs        # 逆向蛇形排列提取码字
│       │   ├── deinterleave.rs   # 逆向 RS 数据交错
│       │   ├── rs_decode.rs      # RS 纠错（伴随式→BM→Chien→Forney）
│       │   ├── mode_decode.rs    # 逆向 4 种编码模式
│       │   ├── detect.rs         # 定位图案检测 + 采样网格
│       │   └── image.rs          # 图像加载 + 二值化
│       ├── encoder/
│       │   ├── mode.rs           # 4 种编码模式
│       │   ├── segment.rs        # 字符串分段
│       │   └── bitstream.rs      # 比特流拼接
│       ├── matrix/
│       │   ├── grid.rs           # 模块矩阵
│       │   ├── patterns.rs       # 定位/对齐/时序图案 + BCH 码
│       │   ├── placement.rs      # 蛇形数据排列
│       │   └── mask.rs           # 8 掩码 + 四规则评分
│       └── render/
│           ├── png.rs            # PNG 输出 (image crate)
│           ├── svg.rs            # SVG 输出
│           └── ascii.rs          # 终端 ASCII
├── cli/                          # CLI 命令行工具
│   └── src/main.rs               # clap 参数解析
├── gui/                          # Tauri 桌面应用
│   ├── capabilities/default.json # ACL 权限
│   ├── src/
│   │   ├── main.rs               # Windows 子系统入口
│   │   └── lib.rs                # 6 个 Tauri commands
│   ├── src-frontend/             # React 前端
│   │   └── src/
│   │       ├── App.tsx           # 主布局（三栏+底部输入）
│   │       ├── components/       # ModePanel / QrPreview / ExportPanel / HistoryList
│   │       ├── modes/            # 7 种模式表单
│   │       ├── hooks/            # useQrEncode（防抖+编码）
│   │       ├── store/            # Context + useReducer
│   │       ├── types/            # TypeScript 类型
│   │       └── utils/            # qrText.ts 文本构造工具
│   └── tauri.conf.json           # 窗口 + NSIS 打包配置
├── web/                          # Web 服务
│   ├── Dockerfile                # rust-alpine 多阶段构建
│   └── src/
│       ├── main.rs               # axum HTTP 服务
│       └── templates/
│           └── index.html        # 内嵌 GUI 风格页面
├── .dockerignore
└── Cargo.toml                    # Workspace: core + cli + gui + web

支持规格

维度	范围
QR 版本	1 ~ 40（21×21 ~ 177×177 模块）
纠错级别	L (7%) / M (15%) / Q (25%) / H (30%)
编码模式	数字 / 字母数字 / 字节 / 汉字 (Shift JIS)
输出格式	PNG / BMP / JPEG / WebP / SVG / 终端 ASCII
vCard 字段	姓名/电话/邮箱/公司/职位/地址/网址/生日/备注/照片 (10 字段)
使用方式	Library / CLI / GUI / Web API
解码	从图片识读 QR 码 → 文本（支持旋转矫正）
自动版本选择	根据数据长度 + 纠错级别
Docker 镜像	~18MB (alpine)

代码示例

examples/ 目录包含三个示例：

# 基础编码（默认配置）
cargo run --example basic_qr

# 高纠错级别（H 级，30% 容错）
cargo run --example high_ecc

# 自定义配置（固定版本 + 大尺寸 PNG）
cargo run --example custom_config

作为程序库使用（编码 + 解码）：

use qr_core::qr::{QrCode, QrConfig};
use qr_core::decoder;

// 编码：文本 → QR
let qr = QrCode::encode("Hello QR!", QrConfig::default())?;
qr.to_png_bytes(8)?;                     // PNG 字节
let svg = qr.to_svg();                   // SVG 字符串

// 解码：QR 图片 → 文本
let bytes = std::fs::read("qr.png")?;
let result = decoder::decode_image(&bytes)?;
println!("解码结果: {}", result.text);

发布到 crates.io

qr-core 可作为 Rust 库被其他项目引用：

cargo add qr-core

社区

• CLI 使用手册 — 命令行完整指南
• 贡献指南 — 如何参与开发
• 行为准则 — 社区规范
• 安全策略 — 漏洞报告流程
• 变更日志 — 版本历史
• Issue 模板 — Bug 报告 / 功能请求

许可证

MIT License

作者

刘航宇 — 河南理工大学人工智能协会