PaintBoardDemo工程到了实现填充这一步，实现算法基本选定为种子填充算法。经过较长一段时间的反复修正算法及调试（╮(╯▽╰)╭），现在基本已经定型了。是时候来记录一下这个过程中的“坎坷经历”了。
首先大致介绍一下种子填充算法，如下图，基本可以概括为选定屏幕中任意一点，由此为种子，向其四周（即上下左右）“开花”（即填充），并且将上下左右各点当成种子点，直至满足If表达式的点个数为0。
可以看到图中的算法用到了递归，这里，博主就迎来了需要对算法进行改进的第一个问题，即消除递归。也许有人会问，为什么要消除递归呢？这里就牵涉到一部分操作系统的知识了，一般编译后的程序运行时占用的内存分为几个部分，其中就包含栈，堆两个区域。栈，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。堆，一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。但是它和数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。在函数调用时，第一个进栈的是主函数中的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址（以便在函数调用结束后，程序能从正确的地址继续执行），然后是函数的各个参数，然后是函数的局部变量。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。而然在Windows操作系统下，内存中分配给栈的空间是有限制的，大小在1-2MB左右。由此可想而知，如果通过递归来实现算法，一旦填充区域较大，导致函数N次调用，很快系统分配给栈的内存空间就会耗尽，抛出stackoverflow异常。
这里，我们考虑到通过队列来消除递归，即将任意一点作为起始种子入队，出队进行填充，检测该点的上下左右四个方向，将符合填充条件的点继续入队，直至队列为空，那么目标区域就被完整填充了。
1: //私有变量，用来保存起始点的颜色 2: 3: //将作为判断是否符合填充条件的重要依据（和起始点颜色一致即认为需要填充） 4: private Color _sourcePointColor; 5: 6: private Bitmap _bitmapTemp; 7: 8: public void FloodFillMethod(Bitmap bitmap, Point seedPoint, Color fillColor) 9: 10: { 11: _bitmapTemp = bitmap; 12: 13: //记录起始点颜色 14: _sourcePointColor = _bitmapTemp.GetPixel(seedPoint.X, seedPoint.Y); 15: 16: //应某人要求，不可直接使用MS的Queue<>类 17: 18: //因此ArrayQueue为博主自己动手写的队列类，各位看官请直接无视 19: ArrayQueue myQueue = new ArrayQueue(); 20: myQueue.Enqueue(seedPoint); 21: 22: 23: while (!myQueue.IsEmpty()) 24: { 25: 26: Point seed = (Point)myQueue.Dequeue(); 27: bitmap.SetPixel(seed.X, seed.Y, fillColor); 28: 29: //判断右侧点是否符合填充条件 30: if (IsValidPoint(new Point(seed.X + 1, seed.Y))) 31: myQueue.Enqueue(new Point(seed.X + 1, seed.Y)); 32: 33: //判断左侧点是否符合填充条件 34: if (IsValidPoint(new Point(seed.X - 1, seed.Y))) 35: myQueue.Enqueue(new Point(seed.X - 1, seed.Y)); 36: 37: //判断下方点是否符合填充条件 38: if (IsValidPoint(new Point(seed.X, seed.Y + 1))) 39: myQueue.Enqueue(new Point(seed.X, seed.Y + 1)); 40: //判断上方点是否符合填充条件 41: if (IsValidPoint(new Point(seed.X, seed.Y - 1))) 42: myQueue.Enqueue(new Point(seed.X, seed.Y - 1)); 43: } 44: } 45: 46: public bool IsValidPoint(Point seedPoint) 47: { 48: Color clr = _bitmapTemp.GetPixel(seedPoint.X, seedPoint.Y); 49: if (clr.ToArgb() == this._sourcePointColor.ToArgb()) return true; 50: else return false; 51: }虽然以上代码可以实现填充，但是在运行中也暴露出一个很严重的问题，就是效率极其低下，分析代码，不难看出存在极其严重的重复入队现象。后来想到，符合条件的点入队之前，就将其进行填充，那么再下一次的遍历到来时，调用IsValidPoint()方法，会发现该点的颜色已经和起始点的颜色不一样了，那么也就不会入队，从而避免了重复入队的现象。
1: //改进代码如下 2: if(IsValidPoint(new Point(seed.X+1,seed.Y))) 3: { 4: _bitmapTemp.SetPixel(seed.X+1,seed.Y,fillColor); 5: myQueue.Enqueue(new Point(seed.X+1,seed.Y)); 6: }运行之后发现，效率确实有所提升，但是仍然达不到要求。导致这个因素最主要的原因如下：
● GetPixel()和SetPixel()方法效率低下，每次仅完成一个像素的读取和写入。并且每一次填充的完成所需完成的操作很繁杂，如CPU需要从内存中读取某一点像素值，进行计算，写入新的像素值到内存中（个人理解，若存在不严谨或错误之处望指出）。
因此如果能够直接在内存中修改像素值，即将位图数据锁定到内存，通过指针直接访问及修改各点的像素值，那势必将显著提升整个填充算法的运行效率。实现这一想法主要通过Bitmap类的LockBits方法。最终版本代码如下：
1: private Bitmap _bitmapTemp; //位图对象的引用 2: private Color _sourcePointColor; //保存起始点像素颜色，一般通过鼠标点击获得起始点坐标 3: private IntPtr _scan0; //指针，用以保存位图锁定到内存之后第一个像素的地址 4: private BitmapData _bitmapdata; //位图在内存锁定之后的数据，位图图像的特性 5: private int _stride; //位图对象的跨距宽度（也称为扫描宽度） 6: 7: //Point数组，用来表示上下左右四个方向，通过For循环实现种子点四个方向的遍历，从而减少重复代码。 8: private Point[] _fill_direction = { new Point(1, 0), new Point(-1, 0), new Point(0, 1), new Point(0, -1) }; 9: 10: public void FloodFillMethod(Bitmap bitmap, Point seedPoint, Color fillColor) 11: { 12: //初始化私有变量 13: this._bitmapTemp = bitmap; 14: this._sourcePointColor = _bitmapTemp.GetPixel(seedPoint.X, seedPoint.Y); 15: 16: //关于Scan0,Stride属性不清楚的可以查阅MSDN 17: this._bitmapdata = _bitmapTemp.LockBits(new Rectangle(0, 0, _bitmapTemp.Width, _bitmapTemp.Height), ImageLockMode.ReadWrite, _bitmapTemp.PixelFormat); 18: this._scan0 = _bitmapdata.Scan0; 19: this._stride = Math.Abs(_bitmapdata.Stride); 20: 21: //设置最大填充区间，否则超出范围时将会抛出异常 22: int MIN_X = 1; 23: int MIN_Y = 1; 24: int MAX_X = _bitmapTemp.Width - 1; 25: int MAX_Y = _bitmapTemp.Height - 1; 26: 27: ArrayQueue myQueue = new ArrayQueue(); 28: myQueue.Enqueue(seedPoint); 29: 30: while (!myQueue.IsEmpty()) 31: { 32: Point seed = (Point)myQueue.Dequeue(); 33: 34: for (int i = 0; i < 4; i++) 35: { 36: int new_point_x, new_point_y; 37: new_point_x = seed.X + _fill_direction[i].X; 38: new_point_y = seed.Y + _fill_direction[i].Y; 39: 40: if (new_point_x < MIN_X || new_point_x > MAX_X || new_point_y < MIN_Y || new_point_y > MAX_Y) continue; 41: 42: //C#含有指针操作的代码，需放在unsafe{}块中 43: unsafe 44: { 45: //计算新像素点在内存中的地址相对于第一个像素的偏移量 46: //Y轴坐标*跨距宽度+X轴坐标*4（1个int变量占4个字节） 47: //可以这样理解，一个像素的颜色由四个分量组成，分别是Alpha透明度，Red红色，Green绿色，Blue蓝色。 48: //每一个分量的范围在[0,255]，由8位二进制数表示，每个分量各占一个字节byte 49: //因此相邻两个像素，在内存中的地址相差4 50: int offset = new_point_y * _stride + new_point_x * 4; 51: 52: //获得新像素点在内存中的地址 53: IntPtr clr = _scan0 + offset; 54: 55: //比较新像素点和起始点颜色的值 56: if (*(int*)clr == _sourcePointColor.ToArgb()) 57: { 58: //修改像素颜色值，即填充，并且入队 59: *(int*)clr = fillColor.ToArgb(); 60: myQueue.Enqueue(new Point(new_point_x, new_point_y)); 61: } 62: } 63: } 64: } 65: 66: //完成填充之后，解锁数据，释放内存 67: _bitmapTemp.UnlockBits(_bitmapdata); 68: }以上代码运行效率为：填充37W个像素点的时间在50~60ms之间，嗯，效率还是让人满意的。那么最后贴一张程序运行结果图好啦。
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