Windows程序设计 学习笔记 第五章 GDI（绘图基础）

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一，GDI 简介

1. GDI 函数

GDI 包含几百个函数，可分为以下几大类：

• 获取（或建立）和释放（或销毁）设备环境的函数
• 获取设备环境信息的函数
• 绘图函数
• 设置和获取设备环境属性的函数
• 使用GDI “对象” 的函数

2. GDI 基本图形

• 线条和曲线
• 可被填充的封闭区域
• 位图
• 文本

3.其他概念

• 映射模式（mapping mode）和转换（transform）
• 图元文件（metafile）
  图元文件是以二进制形式编码的GDI函数调用的集合
• 区域（region）
• 路径（path）
• 剪裁（clipping）
• 调色板（patettes）
• 打印（printing）

二，设备环境

设备环境句柄（HDC）（32位无符号整数）

• 是程序使用 GDI 函数的“通行证”
• 设备环境的属性决定绘制的一些特性，如颜色
• 当程序完成对客户区的绘制后，必须释放设备环境句柄（释放之后就无效了）
• 必须在处理同一条消息时，获取HDC并释放HDC，不能在两条消息中传递一个HDC（唯一例外是CreateDC 创建的设备环境）。

1. 获取设备环境

1.1 ：方法一：BeginPaint() 和 EndPaint()

处理 WM_PAINT 时使用。

case WM_PAINT:
	hdc=BeginPaint(hwnd,&ps);
		(using GDI functions)
	EndPaint(hwnd,&ps);
	return 0;

BeginPaint() 函数：擦去无效区域，填充ps结构，返回设备环境句柄。
EndPaint() 函数：释放设备环境句柄。

注意：
处理 WM_PAINT 消息时，使用无效矩形以避免不必要的GDI 函数调用（否则绘制时，需要GDI函数自己恢复无效区域，影响程序运行效率）

1.2 方法二： GetDC() 和 ReleaseDC()

hdc = GetDC(hwnd);
(使用 GDI 函数)
ReleaseDC(hwnd,hdc);

GetDC 返回设备环境句柄中的“裁剪”区是整个客户区，与无效矩形没有任何关系。也不会使无效区域有效化。

GetDC(NULL);获取整个屏幕设备环境

注意：
即使程序再处理非 WM_PAINT 消息时进行了绘制，他仍然必须收集足够的信息以便在收到 WM_PAINT 时能更新显示。

1.3 方法三：GetWindowDC() 和 ReleaseDC()

获取整个窗口的设备环境句柄

意味着可以在窗口的标题栏,菜单，滚动条和客户区外框输出，同样程序必须要处理 WM_NCPAINT（非客户区绘制）消息

hdc = GetWindowDC(hwnd);
	...
ReleaseDC(hwnd,hdc);

1.4 方法四：CreateDC() 和 DeleteDC()

hdc = CreateDC(pszDriver,pszDevice,pszOutput,pData);
	...
DeleteDC(hdc);

例如，获取整个屏幕的设备环境句柄：

hdc = CreateDC(TEXT("DISPLAY"),NULL,NULL,NULL);

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1.5 只用于获取信息，不绘制——CreateIC()

获取一个“信息上下文”句柄，其参数与CreateDC相同

！！！不能用于绘制！！！

hdc = CreateIC(TEXT("DISPLAY"),NULL,NULL,NULL);

1.6 内存设备环境（处理位图时）

hdcMem = CreateConpatibleDC(hdc);
	...
DeleteDC(hdcMem);

将一个位图选入内存设备环境，并且调用GDI函数绘制这个位图

图元文件是以二进制形式编码的GDI函数调用的集合，可通过获取一个图元文件的设备环境来创建

hdcMeta = CreateMetaFile(pszFilename);
	...
hmf = CloseMetaFile(hdcMeta);

在图元文件设备环境有效时，使用hdcMeta 所做的任何GDI调用都不会被直接显示出来，它们都会变成图元文件的一部分，当调用 CloseMetaFile 时，图元文件设备环境句柄变为无效，，该函数返回一个图元文件的句柄（hmf），18章将详细讨论图元文件。

2. 获取设备环境的信息

iValue = GetDeviceCaps(hdc,iIndex);

2.1 设备的尺寸

本书中，“分辨率”被严格定义为 每度量单位（通常是英寸）中含有的像素数。
“像素规模”或“像素尺寸”表示设备在水平和垂直方向上显示的总的像素数。
“度量规模”或“度量尺寸”表示以英寸或毫米为单位的客户区域的大小。
像素尺寸/度量尺寸=分辨率

2.1.1 获取像素规模

可以调用 GetSystemMetrics()（使用SM_CXSCREEN和SM_CYSCREEN）参数来获取显示器的像素规模
还可以调用 GetDeviceCaps()（使用HORZRES 和 VEERTRES）获取同样的值。

2.1.2 获取逻辑像素

可以用 GetDeviceCaps()（使用 LOGPIXELSX 和 LOGPIXELSY）
获取“逻辑像素”，即“以每英寸的像素数计算的非实际分辨率”

2.1.3 获取逻辑尺寸

可以用 GetDeviceCaps()（使用 HORZSIZE 和 VERTSIZE）
获取“逻辑宽度”，“逻辑高度”，即“以毫米为单位的物理屏幕宽/高度”，其实是用HORZRES，VERTRES，LOGPIXELSX，LOGPIXELSY的值计算出来的，公式：

其实是标准显示器的尺寸，并不能反映当前显示器的尺寸
（像素规模是可以改的）

GetDeviceCaps 函数获得值与视频尺寸相关，
ASPECTX（每个像素点的相对宽度）
ASPECTY（每个像素点的相对高度）
ASPECTXY（每个像素点的相对对角线长度）（前两个平方和开根）

程序需要视频显示器的实际物理尺寸，最好的解决办法是让用户输入。

2.1.4 字符尺寸

字体字符大小又“点值”（也叫磅值point size），一点为1/72英寸。
10点值的字读起来舒服，行间距为13磅或12磅。

3.色彩ABC

3.1 获取视频适配器板卡上的内存组织形式

各个像素的多个色彩位可以在显卡内存中以顺序方式存储，也可以不同的色彩位被存放在内存的不同平面（plane）上

每个像素颜色需要的内存：

iBitsPixel = GetDeviceCaps(hdc,BITSPIXEL);

获取色彩平面的数目：

iPlanes = GetDeviceCaps(hdc,PLANES);

上面两个函数肯定有一个的返回值为1.
视频适配器支持的色彩数：iColor = 1<<(iPlanes*iBitPixel);

对于使用 NUMCOLORS 参数的 GetDeviceCaps 获取的颜色，只是Windows保留的色彩数，或对高彩和真彩返回-1。总之，其结果不准确，建议用上面的公式算

3.2 表示颜色

COLORREF（32位无符号长整型）来表示特定颜色，按 红，蓝，绿（各8位，最高8位为0）的顺序指定。
可以用 RGB 宏组合该值：

#define RGB(r,g,b)          ((COLORREF)(((BYTE)(r)|((WORD)((BYTE)(g))<<8))|(((DWORD)(BYTE)(b))<<16)))

例：

RGB(255,255,0);

可利用“抖动”仿真更多颜色。
抖动就是用不同的色彩的相邻像素形成一个小的图案，可调用 GetNearestColor 确定与某种特殊颜色值最接近的非合成颜色:

crPureColor = GetNearestColor(hdc,crColor);

4，设备环境属性

设备环境属性	默认值	修改该值的函数	取得该值的函数
Mapping Mode	MM_TEXT	SetMapMode	GetMapMode
Window Origin	(0, 0)	SetWindowOrgEx OffsetWindowOrgEx	GetWindowOrgEx
Viewport Origin	(0, 0)	SetViewportOrgEx OffsetViewportOrgEx	GetViewportOrgEx
Window Extents	(1, 1)	SetWindowExtEx， SetMapMode， ScaleWindowExtEx	GetWindowExtEx
Viewport Extents	(1, 1)	SetViewportExtEx，SetMapMode，ScaleViewportExtEx	GetViewportExtEx
Pen	BLACK_PEN	SelectObject	SelectObject
Brush	WHITE_BRUSH	SelectObject\SelectObject
Font	SYSTEM_FONT	SelectObject	SelectObject
Bitmap	None	SelectObject	SelectObject
Current Position	(0, 0)	MoveToEx，LineTo，PolylineTo，PolyBezierTo	GetCurrentPositionEx
Background Mode	OPAQUE	SetBkMode	GetBkMode
Background Color	White	SetBkColor	GetBkColor
Text Color	Black	SetTextColor	GetTextColor
Drawing Mode	R2_COPYPEN	SetROP2	GetROP2
Stretching Mode	BLACKONWHITE	SetStretchBltMode	GetStretchBltMode
Polygon Fill Mode	ALTERNATE	SetPolyFillMode	GetPolyFillMode
Intercharacter Spacing	0	SetTextCharacterExtra	GetTextCharacterExtra
Brush Origin	(0, 0)	SetBrushOrgEx	GetBrushOrgEx
Clipping Region	None	SelectObject，SelectClipRgn，IntersectClipRgn，OffsetClipRgn，ExcludeClipRect，SelectClipPath	GetClipBox

5.保存设备环境

情况一：释放设备环境时保存对属性的改变（默认释放HDC改变不被保存）
注册窗口类时 CS_OWNDC ，基于这个窗口类创建的窗口都有它的私有的设备环境，即使窗口被销毁，设备环境仍然存在。使用该样式只需初始化设备环境属性一次。（在处理WM_CREATE时），之后再再次改变这些值时，值保持不变。

CS_OWNDC 样式仅影响 GetDC 和 BeginPaint 获得的设备环境。

情况二：临时改变设备环境属性，绘制后再恢复原来的属性

idSaved = SaveDC(hdc);
...（改变属性，并绘制）
RestoreDC(hdc,idSaved);

还可以不保存返回值（类似于 栈）：

SaveDC(hdc);
...（改变属性，并绘制）
RestoreDC(hdc,-1);//恢复最近一次SaveDC保存的状态

三，点和线的绘制

1. 设定像素

SetPixel ：将某像素点设定为某个特定的颜色

SetPixel(hdc,x,y,crColor);

GetPixel：返回指定坐标像素点的颜色：

crColor = GetPixel(hdc,x,y);

2. 画线

Windows 可以绘制直线，椭圆弧线 和 贝塞尔样条曲线

Window98 支持的7中画线函数：

• LineTo —— 画直线
• Polyline 和 PolylineTo —— 画一条由多条首尾相连的直线构成的折线。
• PolyPolyline —— 画多条折线
• Arc —— 画椭圆弧线
• PolyBezier 和 PolyBezierTo —— 画贝塞尔样条曲线

Windows NT 还支持：

• ArcTo 和 AngleArc —— 画椭圆弧线
• PolyDraw —— 画多条贝塞尔样条曲线 或 一条由多条首尾相连直线构成的折线

既画线又填充 的函数：

• Rectangle —— 画矩形
• Ellipse —— 画椭圆
• RoundRect —— 画圆角矩形
• Pie —— 画椭圆的一部分，使其看起来像一个扇形
• Chord —— 画出由弦分割出的部分椭圆，形状呈弓形

设备环境有 5 个属性会影响这些函数绘制的线条外观：

• ① 当前画笔位置（仅适于 LineTo，PolylineTo，PolyBezierTo，ArcTo ）
• ② 画笔
• ③ 背景模式
• ④ 背景颜色
• ⑤ 绘制模式

画一条直线：

MoveToEx(hdc,xBeg,yBeg,NULL);//指定起点
LineTo(hdc,xEnd,yEnd);//指定终点

MoveToEx 实际上啥都没画，只是设置设备环境“当前位置”属性。默认（0,0）是最初的当期位置
MoveToEx 的最后一个参数是一个指向 POINT 结构的指针，表示运行该函数之前的当前位置，不需要就 NULL

获取当期位置：

GetCurrentPositionEx(hdc,&pt);//pt -- a pointer to POINT

多点连线

将数组的点连接成线：

POINT apt[5] ={100,100,100,200,200,200,200,100,100,100};
Polyline(hdc,apt,5);

Polyline 不使用和改变当前位置（从数组的第一个点开始）

PolyTo 使用当前位置作起点，最后终点为最后的终点

3. 边框绘制

（其实会填充该边框，但是默认填充白色）

绘制矩形：

Rectangle(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom);

绘制椭圆：

Ellipse(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom);

绘制圆角矩形：

RoundRect(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom,xCornerEllipse,yCornerEllipse);

//椭圆弧线
Arc(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom,xStart,yStart,xEnd,yEnd);

//弓形
Chord(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom,xStart,yStart,xEnd,yEnd);

//扇形
Pie(hdc,xLeft,yTop,xRight,yBottom,xStart,yStart,xEnd,yEnd);

4. 贝塞尔样条曲线

…待学习…

5. 使用现有画笔

画笔决定：线条的颜色，宽度，样式（实线，点线，虚线）

Windows 提供的三种“备用画笔”（stock pen）：

• 画笔的默认设备环境是 BLACK_BEN （实线，宽度为1，黑色）
• WHITE_PEN
• NULL_PEN（不绘制任何图形）

也可创建自己的画笔

5.0. 使用句柄来操作画笔 —— HPEN

5.1. 调用 GetStockObject 获取备用画笔的句柄

hPen = GetStockObject(WHITE_PEN);

5.2. 将画笔选入设备环境：

SelectObject(hdc,hPen);

返回先前环境句柄中的画笔

直到选入另一画笔或释放该句柄

可组合使用：

SelectObject(hdc,GetStockObject(WHITE_PEN));

5.3. 创建画笔

CreatePen 或 CreatePenIndirect 创建一个 “逻辑画笔”（六个GDI对象之一）。
（GDI对象：画刷，画笔，位图，区域，字体，调色板，除调色板外其余都是由SelectObject 选入设备环境）
需用 DeleteObject 删除创建的逻辑画笔。

对画笔等GDI对象的注意事项：

• 最终应当删除创建的所有GDI对象。
• 当 GDI 对象被选入一个有效的设备环境时，不要删除它
• 不要删除备用对象

（一）CreatePen

hPen = CreatePen(iPenStyle,iWidth,crColor);

iPenStyle 为画笔样式：

对于 PS_SOLID，PS_NULL，PS_INSIDEFRAME 样式，iWidth表示画笔的宽度，iWidth = 0 时，Windows 把画笔宽度设为1像素。如果虚线或点线样式的画笔宽度大于1，Windows就会用实线来代替

PS_INSIDEFRAME 在画笔宽度大于1时，可以使用抖动色（是唯一能使用抖动色的画笔样式）

（二）CreatePenIndirect

LOGPEN（“逻辑画笔”）结构
字段：

• lopnStyle
• lopnWidth
• lopnColor

hPen = CreatePenIndirect(&logpen);

获取画笔信息：

GetObject(hPen,sizeof(LOGPEN),(LPVOID)&logpen);

获取当前设备环境中的画笔句柄：

hPen = GetCurrentObject(hdc,OBJ_PEN);

5.4. 填充空隙

点和虚线的空隙填充 由设备环境的两个属性（背景模式和背景颜色决定）。
默认的背景模式是 OPAQUE（不透明），即使用背景颜色填充空隙，背景颜色默认为白色。

改变 Windows 填充空隙的背景颜色：

SetBkColor(hdc,crColor);

获取 Windows 填充空隙的背景颜色：

GetBkColor(hdc,crColor);

改变背景模式：
TRANSPARENT （透明），不填充空隙
OPAQUE（不透明），使用背景颜色填充空隙

SetBkMode(hdc,TRANSPARENT);

获取背景模式：

SetBkMode(hdc);

5.5. 绘图模式

当 Windows 绘制时，实际上是对像素颜色按位进行布尔运算，“光栅操作”（ROP）。只涉及两种像素颜色时称为“二元光栅操作（ROP2）”，Windows 定义了 16 种 ROP2 运算码，默认是 R2_COPYPEN，将画笔像素的颜色复制到目标像素上。

画笔§:目标(D):	1 1	1 0	0 1	0 0	布尔操作	绘图模式
结果：	0	0	0	0	0	R2_BLACK
	0	0	0	1	~(P | D)	R2_NOTMERGEPEN
	0	0	1	0	~P & D	R2_MASKNOTPEN
	0	0	1	1	~P	R2_NOTCOPYPEN
	0	1	0	0	P & ~D	R2_MASKPENNOT
	0	1	0	1	~D	R2_NOT
	0	1	1	0	P ^ D	R2_XORPEN
	0	1	1	1	~(P & D)	R2_NOTMASKPEN
	1	0	0	0	P & D	R2_MASKPEN
	1	0	0	1	~(P ^ D)	R2_NOTXORPEN
	1	0	1	0	D	R2_NOP
	1	0	1	1	~P |D	R2_MERGENOTPEN
	1	1	0	0	P	R2_COPYPEN（内定）
	1	1	0	1	P | ~D	R2_MERGEPENNOT
	1	1	1	0	P | D	R2_MERGEPEN
	1	1	1	1	1	R2_WHITE

设置绘图模式：

SetROP2(hdc,iDrawMode);

获取绘图模式：

iDrawMode = GetROP2(hdc);

6. 绘制填充区域