Just-DataInspector/Utilities/Src/CsvLoader.cpp

#include "CsvLoader.hpp"

#include "Utf8Util.hpp"

#include <windows.h>

#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <limits>

namespace jdi
{

	namespace
	{
		/** @brief 单个字段在原始缓冲中的位置区间。 */
		struct FieldSpan
		{
			const char* begin = nullptr;	/**< 字段起始指针。 */
			const char* end = nullptr;		/**< 字段结束指针（不包含）。 */
		};

		const double kMissingValue = std::numeric_limits<double>::quiet_NaN();	/**< 缺失值占位。 */
		const std::size_t kReadChunkBytes = 4u * 1024u * 1024u;	/**< 流式读取块大小。 */

		/**
		 * @brief 按比例预留的初始行容量。
		 *
		 * 先按文件体积估算一个行数，既能避免边解析边扩容（百万行时复制代价可观），
		 * 又不会因为估得过大而浪费内存（超估时 vector 只是容量偏大，数据本身不变）。
		 */
		std::size_t EstimateRowCapacity(unsigned long long fileBytes)
		{
			// 典型 CSV 每行约 40-200 字节；取下界 64 字节估算行数，宁可小估也不要多占。
			const unsigned long long estimate = fileBytes / 64ull;
			if (estimate > 4096ull * 1024ull)
			{
				return static_cast<std::size_t>(4096ull * 1024ull);
			}
			return static_cast<std::size_t>(estimate);
		}

		/**
		 * @brief 打开文件并查询其体积。
		 * @param [IN] filePath 文件路径。
		 * @param [OUT] file 文件句柄输出（需调用方关闭）。
		 * @param [OUT] fileSize 文件字节数输出。
		 * @param [OUT] error 失败原因描述。
		 * @return 打开成功返回 true。
		 */
		bool OpenFile(const std::wstring& filePath, FILE*& file, unsigned long long& fileSize,
		              std::wstring& error)
		{
			file = _wfopen(filePath.c_str(), L"rb");
			if (file == nullptr)
			{
				error = L"无法打开文件，请确认路径与访问权限。";
				return false;
			}

			// 使用 64 位定位接口，避免 long 在部分平台下只有 32 位而无法处理大文件。
			if (_fseeki64(file, 0, SEEK_END) != 0)
			{
				std::fclose(file);
				file = nullptr;
				error = L"无法定位文件末尾。";
				return false;
			}

			const long long size = _ftelli64(file);
			if (size < 0)
			{
				std::fclose(file);
				file = nullptr;
				error = L"无法获取文件长度。";
				return false;
			}
			if (size == 0)
			{
				std::fclose(file);
				file = nullptr;
				error = L"文件内容为空。";
				return false;
			}
			if (_fseeki64(file, 0, SEEK_SET) != 0)
			{
				std::fclose(file);
				file = nullptr;
				error = L"无法回到文件开头。";
				return false;
			}

			fileSize = static_cast<unsigned long long>(size);
			return true;
		}

		/**
		 * @brief 统计一行中某个候选分隔符出现的次数。
		 * @param [IN] begin 行起始指针。
		 * @param [IN] end 行结束指针（不包含）。
		 * @param [IN] candidate 候选分隔符。
		 * @return 出现次数。
		 */
		int CountDelimiter(const char* begin, const char* end, char candidate)
		{
			int count = 0;
			bool inQuote = false;
			for (const char* p = begin; p < end; ++p)
			{
				if (*p == '"')
				{
					inQuote = !inQuote;
				}
				else if (*p == candidate && !inQuote)
				{
					++count;
				}
			}
			return count;
		}

		/**
		 * @brief 依据表头行推断分隔符。
		 * @param [IN] begin 表头行起始指针。
		 * @param [IN] end 表头行结束指针（不包含）。
		 * @return 推断出的分隔符。
		 */
		char DetectDelimiter(const char* begin, const char* end)
		{
			static const char kCandidates[] = {',', ';', '\t', '|'};

			char best = ',';
			int bestCount = 0;
			for (const char candidate : kCandidates)
			{
				const int count = CountDelimiter(begin, end, candidate);
				if (count > bestCount)
				{
					bestCount = count;
					best = candidate;
				}
			}
			return best;
		}

		/**
		 * @brief 将一行文本按分隔符拆分为多个字段（支持双引号包裹与转义）。
		 * @param [IN] begin 行起始指针。
		 * @param [IN] end 行结束指针（不包含）。
		 * @param [IN] delimiter 分隔符。
		 * @param [OUT] fields 字段区间输出。
		 */
		void SplitFields(const char* begin, const char* end, char delimiter, std::vector<FieldSpan>& fields)
		{
			fields.clear();

			const char* fieldBegin = begin;
			bool inQuote = false;
			for (const char* p = begin; p < end; ++p)
			{
				const char c = *p;
				if (c == '"')
				{
					if (inQuote && (p + 1) < end && p[1] == '"')
					{
						++p;
						continue;
					}
					inQuote = !inQuote;
				}
				else if (c == delimiter && !inQuote)
				{
					FieldSpan span;
					span.begin = fieldBegin;
					span.end = p;
					fields.push_back(span);
					fieldBegin = p + 1;
				}
			}

			FieldSpan span;
			span.begin = fieldBegin;
			span.end = end;
			fields.push_back(span);
		}

		/**
		 * @brief 将字段区间转换为字符串并去除引号与空白。
		 * @param [IN] span 字段区间。
		 * @return 规范化后的字段文本。
		 */
		std::wstring FieldToText(const FieldSpan& span)
		{
			std::wstring text = Utf8ToWide(span.begin, static_cast<int>(span.end - span.begin));
			return StripQuotes(text);
		}

		/**
		 * @brief 判断字段是否应当被整行跳过（空行或注释行）。
		 * @param [IN] span 首字段区间。
		 * @param [IN] lineIsEmpty 该行是否为纯空白行。
		 * @return 需要跳过返回 true。
		 */
		bool ShouldSkipLine(const FieldSpan& span, bool lineIsEmpty)
		{
			if (lineIsEmpty)
			{
				return true;
			}
			if (span.begin == nullptr || span.begin >= span.end)
			{
				return false;
			}
			const char first = span.begin[0];
			return first == '#' || first == '%';
		}

		/**
		 * @brief 解析状态：跨读取块保存进度。
		 */
		struct ParseState
		{
			std::string pending;						/**< 尚未处理完的尾部字节（不完整行）。 */
			std::vector<FieldSpan> fields;				/**< 字段区间复用缓冲。 */
			std::vector<double> rowValues;			/**< 行数值复用缓冲（列优先存储时的中转）。 */
			bool headerReady = false;					/**< 是否已解析表头。 */
			unsigned long long bytesConsumed = 0;	/**< 已处理字节数（用于进度）。 */
		};

		/**
		 * @brief 处理一块完整行文本（不含换行符）。
		 * @param [IN,OUT] table 解析结果。
		 * @param [IN,OUT] state 解析状态。
		 * @param [IN] begin 行起始指针。
		 * @param [IN] end 行结束指针（不包含）。
		 * @return 解析可以继续返回 true；表头非法需要中止时返回 false。
		 */
		bool HandleLine(DataTable& table, ParseState& state, const char* begin, const char* end)
		{
			const char* lineEnd = end;
			while (lineEnd > begin && lineEnd[-1] == '\r')
			{
				--lineEnd;
			}

			// 跳过纯空白行，但不产生数据行。
			const char* scan = begin;
			while (scan < lineEnd && (*scan == ' ' || *scan == '\t'))
			{
				++scan;
			}
			const bool lineIsEmpty = (scan >= lineEnd);

			if (!state.headerReady)
			{
				if (lineIsEmpty)
				{
					return true;
				}

				table.delimiter = DetectDelimiter(begin, lineEnd);
				SplitFields(begin, lineEnd, static_cast<char>(table.delimiter), state.fields);

				table.headers.clear();
				table.headers.reserve(state.fields.size());
				for (const FieldSpan& span : state.fields)
				{
					std::wstring text = FieldToText(span);
					if (text.empty())
					{
						text = L"Column" + std::to_wstring(table.headers.size() + 1);
					}
					table.headers.push_back(text);
				}

				if (table.headers.empty())
				{
					return false;
				}

				// 列优先存储：一次性为每列预留容量，避免逐行扩容（百万行时复制代价可观）。
				const std::size_t capacity = EstimateRowCapacity(table.sourceBytes);
				table.columns.assign(table.headers.size(), std::vector<double>());
				for (std::vector<double>& column : table.columns)
				{
					if (capacity > 0)
					{
						column.reserve(capacity);
					}
				}
				state.rowValues.assign(table.headers.size(), kMissingValue);

				state.headerReady = true;
				return true;
			}

			SplitFields(begin, lineEnd, static_cast<char>(table.delimiter), state.fields);

			// 空行与注释行（以 # 或 % 开头）不参与数据统计。
			if (ShouldSkipLine(state.fields.empty() ? FieldSpan() : state.fields.front(), lineIsEmpty))
			{
				return true;
			}

			bool rowHasValue = false;
			for (std::size_t column = 0; column < state.rowValues.size(); ++column)
			{
				double value = kMissingValue;
				if (column < state.fields.size() &&
				    TryParseDouble(state.fields[column].begin, state.fields[column].end, value))
				{
					rowHasValue = true;
				}
				state.rowValues[column] = value;
			}

			// 整行都没有有效数值时该行直接丢弃（与旧行为一致）：
			// 列优先存储要求每列等长，因此必须整行一起跳过，不能只补某一列。
			if (!rowHasValue)
			{
				return true;
			}

			for (std::size_t column = 0; column < state.rowValues.size(); ++column)
			{
				table.columns[column].push_back(state.rowValues[column]);
			}
			++table.rowCount;
			return true;
		}

		/**
		 * @brief 判断列名是否为一个时间轴的列名。
		 *
		 * 应用的约定：**只有名为 `time`（以及少量等价写法）的列是特殊的时间轴列**，
		 * 其余列一律视为数据信号（不做单位/量纲推断等元数据解析）。
		 *
		 * @param [IN] header 原始列名。
		 * @return 该列是时间轴列返回 true。
		 */
		bool LooksLikeTimeHeader(const std::wstring& header)
		{
			const std::wstring text = ToLowerAscii(Trim(header));
			if (text.empty())
			{
				return false;
			}
			return text == L"t" || text == L"time" || text == L"timestamp" ||
			       text == L"simulation time" || text == L"时间" || text == L"时间轴";
		}

		/**
		 * @brief 把整表按「时间列」切分为若干时间轴块。
		 *
		 * 每遇到一个时间列就开启新块；它之后直到下一个时间列之前的非时间列都属于该块。
		 * 首个时间列之前若存在数据列（例如表中根本没有任何名为 `time` 的列、或数据列出现在
		 * 第一个时间列之前），这些列并入**第一个块**，并把第一列当作该块的时间轴
		 *（保持旧版「回退到第一列」的行为）。
		 *
		 * ⚠️ 每个块会按**自己**的时间列截断：较短的时间轴在其数据区提前结束（其余位置为空），
		 * 因此各块的行数可以不同，列向量会收缩到本块真正有时间的那些行。
		 *
		 * @param [IN,OUT] table 整表（列会被移动到各个块中）。
		 * @param [OUT] blocks 切分结果。
		 */
		void SplitIntoBlocks(DataTable& table, std::vector<TableBlock>& blocks)
		{
			const std::size_t columnCount = table.headers.size();

			// 找出所有时间列下标（按出现顺序）。
			std::vector<std::size_t> timeColumns;
			for (std::size_t column = 0; column < columnCount; ++column)
			{
				if (LooksLikeTimeHeader(table.headers[column]))
				{
					timeColumns.push_back(column);
				}
			}

			// 一个时间列都没有：整表当作单块，并把第一列当作时间轴（旧版回退行为）。
			if (timeColumns.empty())
			{
				if (columnCount < 2)
				{
					return;		// 只有一列又没有时间列：没有可用的数据
				}
				timeColumns.push_back(0);
			}

			// 每个时间列开启一个块；块的成员 = [时间列, 下一个时间列)。
			for (std::size_t index = 0; index < timeColumns.size(); ++index)
			{
				const std::size_t timeColumn = timeColumns[index];
				const std::size_t blockEnd = (index + 1 < timeColumns.size()) ? timeColumns[index + 1]
				                                                             : columnCount;
				if (timeColumn >= columnCount || blockEnd <= timeColumn + 1)
				{
					continue;	// 该时间列之后没有任何数据列
				}

				TableBlock block;
				block.timeHeader = table.headers[timeColumn];
				block.table.delimiter = table.delimiter;
				block.table.sourceBytes = table.sourceBytes;

				block.table.headers.reserve(blockEnd - timeColumn);
				for (std::size_t column = timeColumn; column < blockEnd; ++column)
				{
					block.table.headers.push_back(table.headers[column]);
					block.table.columns.push_back(std::move(table.columns[column]));
				}
				block.table.rowCount = table.rowCount;
				blocks.push_back(std::move(block));
			}

			// 首个时间列之前若还有数据列（非时间列），并入第一个块，并让第一列充当时间轴。
			if (!blocks.empty() && timeColumns.front() > 0 && blocks.size() >= 1)
			{
				TableBlock& first = blocks.front();
				std::vector<std::size_t> prepended;
				for (std::size_t column = 0; column < timeColumns.front(); ++column)
				{
					first.table.headers.push_back(table.headers[column]);
					first.table.columns.push_back(std::move(table.columns[column]));
					prepended.push_back(column);
				}
				if (!prepended.empty())
				{
					// 把原时间列移到 block.table 的最前面（保持 `columns[0]` = 时间列 的约定）。
					std::rotate(first.table.headers.begin(),
					            first.table.headers.begin() + static_cast<std::ptrdiff_t>(prepended.size()),
					            first.table.headers.end());
					std::rotate(first.table.columns.begin(),
					            first.table.columns.begin() + static_cast<std::ptrdiff_t>(prepended.size()),
					            first.table.columns.end());
					first.timeHeader = first.table.headers.front();
				}
			}
		}

		/**
		 * @brief 按本块自己的时间列截断（丢掉尾部没有时间的行），并计算有效时间点数量。
		 *
		 * 多时间轴文件里各块长度不同：较短的时间轴在数据区提前结束，其余行的时间是空的。
		 * 这里把列向量收缩到最后一行「时间列有效」的位置，既省内存，也让后续的
		 * `lower_bound`（依赖时间单调）建立在干净的数据上。
		 *
		 * @param [IN,OUT] block 目标块。
		 * @return 有效时间点数量。
		 */
		std::size_t TrimBlockRows(TableBlock& block)
		{
			if (block.table.columns.empty())
			{
				return 0;
			}
			const std::vector<double>& time = block.table.columns.front();
			std::size_t lastValid = 0;
			std::size_t finiteCount = 0;
			for (std::size_t row = 0; row < time.size(); ++row)
			{
				if (std::isfinite(time[row]))
				{
					lastValid = row + 1;
					++finiteCount;
				}
			}
			if (lastValid == 0)
			{
				return 0;
			}
			if (lastValid < block.table.rowCount)
			{
				for (std::vector<double>& column : block.table.columns)
				{
					if (column.size() > lastValid)
					{
						column.resize(lastValid);
					}
				}
				block.table.rowCount = lastValid;
			}
			return finiteCount;
		}
	} // namespace

	bool LoadCsvSource(const std::wstring& filePath, LoadedSource& source, std::wstring& error,
	                   const LoadProgress& progress)
	{
		source = LoadedSource();
		error.clear();

		FILE* file = nullptr;
		unsigned long long fileSize = 0;
		if (!OpenFile(filePath, file, fileSize, error))
		{
			return false;
		}

		const std::size_t slashPos = filePath.find_last_of(L"\\/");
		source.sourceName = (slashPos == std::wstring::npos) ? filePath : filePath.substr(slashPos + 1);

		DataTable table;
		table.sourceBytes = fileSize;

		ParseState state;
		std::string staging;
		staging.resize(kReadChunkBytes);

		bool cancelled = false;
		bool fatal = false;

		while (!cancelled && !fatal)
		{
			const size_t readCount = std::fread(&staging[0], 1, staging.size(), file);
			if (readCount == 0)
			{
				break;
			}
			state.bytesConsumed += readCount;

			state.pending.append(staging.data(), readCount);

			// 首个块处理前剥离 UTF-8 BOM，避免首列名被污染（BOM 必然落在第一块内）。
			if (!state.headerReady && state.pending.size() >= 3 &&
			    static_cast<unsigned char>(state.pending[0]) == 0xEF &&
			    static_cast<unsigned char>(state.pending[1]) == 0xBB &&
			    static_cast<unsigned char>(state.pending[2]) == 0xBF)
			{
				state.pending.erase(0, 3);
			}

			// 处理 pending 中所有以换行结束的完整行。
			std::size_t lineStart = 0;
			while (true)
			{
				const std::size_t newline = state.pending.find('\n', lineStart);
				if (newline == std::string::npos)
				{
					break;
				}
				if (!HandleLine(table, state, state.pending.data() + lineStart,
				                state.pending.data() + newline))
				{
					fatal = true;
					break;
				}
				lineStart = newline + 1;
			}
			if (fatal)
			{
				break;
			}
			state.pending.erase(0, lineStart);

			if (progress)
			{
				LoadProgressInfo info;
				info.bytesRead = state.bytesConsumed;
				info.totalBytes = fileSize;
				info.hasBytes = true;
				info.ratio = (fileSize > 0) ? (static_cast<double>(state.bytesConsumed) /
				                               static_cast<double>(fileSize))
				                            : 0.0;
				if (info.ratio > 1.0)
				{
					info.ratio = 1.0;
				}
				if (!progress(info))
				{
					cancelled = true;
				}
			}
		}

		// 处理文件末尾没有换行的最后一行。
		if (!cancelled && !fatal && !state.pending.empty())
		{
			if (!HandleLine(table, state, state.pending.data(), state.pending.data() + state.pending.size()))
			{
				fatal = true;
			}
			state.pending.clear();
		}

		std::fclose(file);

		if (cancelled)
		{
			error = L"已取消加载。";
			return false;
		}
		if (fatal || !table.HasData())
		{
			error = L"未能从文件中解析出有效数据表。";
			return false;
		}

		// 按时间列切分为多个时间轴块，并各自按自己的时间列截断。
		SplitIntoBlocks(table, source.blocks);
		if (source.blocks.empty())
		{
			error = L"未发现任何时间轴列与数据列的组合。";
			return false;
		}

		// 丢弃没有任何有效时间点的块；若全部无效则报错。
		std::vector<TableBlock> kept;
		kept.reserve(source.blocks.size());
		for (TableBlock& block : source.blocks)
		{
			if (TrimBlockRows(block) >= 2)
			{
				kept.push_back(std::move(block));
			}
		}
		if (kept.empty())
		{
			error = L"时间轴列的有效数值不足（至少需要 2 个）。";
			return false;
		}
		source.blocks = std::move(kept);

		if (progress)
		{
			LoadProgressInfo info;
			info.ratio = 1.0;
			progress(info);
		}
		return true;
	}

} // namespace jdi