Lesson 0708 图形设备接口.docx
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Lesson0708图形设备接口
Lesson07-08图形设备接口
Windows系统具有丰富的图形界面。
Windows系统提供许多函数来实现绘图的要求。
而图形设备接口（GraphicsDeviceInterface，简写为GDI）就可看作是这些函数的集合。
GDI表示的是一个抽象的接口。
通过该接口可以实现对图形的颜色、线条的粗细等属性的控制（甚至包括输出文字在内）。
应用程序可以通过调用这些GDI函数和硬件打交道，而不必知道到底是哪个厂家生产的硬件，从而实现了设备无关性。
Windows系统本身也使用GDI来绘制用户界面的各个部分。
一、设备环境
1．设备环境
Windows默认使用客户区坐标系，其原点在窗口客户区的左上角，X轴的正方向指向右边，Y轴的正方向指向下边。
当应用程序并没有设置颜色、字体等时，系统使用默认的设置。
这些默认的设置保存在设备环境中。
如果没有设备环境，则每输出一个字符串（调用一次TextOut函数），就需要把字体和颜色也作为参数传递给TextOut函数，而且这样的参数有很多。
为了避免这样的麻烦，Windows就把这些可能会重复的参数放在了设备环境中，这样每次只需要多传入一个设备环境的指针就可以了，大大减少了重复工作。
设备环境（DeviceContext，缩写为DC，有时译为设备上下文，也称设备描述表）是一种包含各种绘图属性（如字体、颜色等等）和方法（即各种绘图函数）的数据结构（或者集合）。
它不仅可以绘制各种图形，而且还可以确定在应用窗口中绘制图形的方式，即确定绘图混和模式和映射模式。
用户在绘图之前，必须获取绘图窗口区域的一个设备环境DC，才能进行GDI函数的调用，执行适合于设备环境DC的命令（就像OnDraw函数中的pDC指针）。
DC中除了提供绘图的函数（如：
TextOut）以外，还会提供给用户改变绘图属性的函数，如颜色。
Windows的设备环境是GDI的关键元素，它代表了不同的物理设备。
分为4种类型：
显示型、打印机型、内存型和信息型。
每种类型的设备环境都有各自的特定用途，见下表：
设备环境的类型和用途
设备环境
用途
显示器型
支持视频显示器上的绘图操作
打印机型
支持打印机和绘图仪上的绘图操作
内存型
支持位图上的绘图操作
信息型
支持设备数据的访问
2．MFC中的设备环境类
在MFC类库中，设备环境被CDC类封装了起来，而CDC类下面又有4个派生类，各有特点，并可以完成不同的功能，如下所示：
CMetaFileDC专门用于Windows图元文件，剩下的三种DC类之间存在差别：
CDC类的派生类
派生类名称
说明
CClientDC
说明一个客户区设备环境，提供对窗口客户区域的图形访问。
在窗口中画图时可使用这种DC，但对WM_PAINT消息除外
CWindowDC
可以提供在整个窗口（包括客户区和非客户区）中画图的设备环境
CPaintDC
这是创建响应WM_PAINT消息的设备环境，应用程序可以使用此类更新Windows显示，通常在MFC应用程序的OnPaint（）函数中使用
CMetaFileDC
这个设备环境代表Windows元文件，包含一系列命令以重新产生图像。
要创建独立于设备的文件时可使用这种DC，用户可以回放这种文件来创建图像
①CWindowDC类与CPaintDC和CClientDC类的区别
■绘图区域不同：
CWindowDC类与CPaintDC和CClientDC类的区别的一个方面就是绘图区域不同。
用CPaintDC类和CClientDC类的对象绘制图形时，绘制区只能是客户区，而不能在非客户区，而CWindowDC可以在非客户区进行图形绘制。
■绘图坐标系不同：
在CWindowDC绘图类下，坐标系是建立在整个屏幕上的，在像素坐标方式下，坐标原点在屏幕的左上角，而在CPaintDC和CClientDC绘图类下，坐标系是建立在客户区上的，在像素坐标方式下，坐标原点在客户区的左上角。
②CPaintDC类与CClientDC类的区别
■绘图机制不同：
CPaintDC类与CClientDC类都是在窗口的客户区内绘制图形，但两者在绘制机制上有着本质的区别。
CPaintDC类应用在OnPaint函数中，以响应Windows的WM_PAINT消息，而CClientDC应用在非响应WM_PAINT消息的情况下。
CPaintDC类响应WM_PAINT消息，自动完成绘制，这对维护图形的完整性有着重要的作用。
例如在一个窗口中，已经绘制了n条直线，这个窗口的完整性可能会被破坏（如被对话框覆盖），当破坏完整性的程序结束时，即覆盖取消，这个窗口就会接收到一个WM_PAINT消息，得到此消息后，激活消息处理函数（如OnPaint）进行窗口绘制。
CPaintDC类对象就担负着此时的绘制工作。
如果现在想在屏幕上再绘制一条直线（如用鼠标实时绘制，当第二次单击鼠标左键时完成绘制），就要用到CClinetDC类，这个类可以实时的将图形绘制在屏幕上。
如果用CPaintDC完成同样的工作，只能发出指令让包含要绘制这条直线的屏幕部分重画，把这条直线绘制到屏幕上。
当然，这个重画区域内的其他图形元素同时也会重画。
■适用范围不同：
CPaintDC类只能支持屏幕显示，而CClientDC类除了支持屏幕显示以外，还支持打印。
`CDC类中的函数除了绘制图形的函数以外，还有以Get开头的获取绘图属性的函数，以Set开头的设置绘图属性的函数。
3．常用绘图函数示例
CDC类中封装了一大批用来绘图的函数，除了文本输出函数TextOut以外，介绍几个常用的绘图函数，函数的原型以及更多的绘图函数用法查阅MSDN。
①画点
//绘制一个彩色点
pDC->TextOut（20,20,"点"）;
pDC->SetPixel（100,40,RGB（255,0,0））;
上面的代码表示用红色画一个点。
RGB是一个宏，可以将颜色的三个R（Red）、G（Green）、B（Blue）分量值转换为Windows的颜色数据类型COLORREF（格式为0x00bbggrr），三个分量分别表示红、绿、蓝颜色的多少，取值范围为0～255。
常用的8种颜色如下表所示：
常用的8种纯色
RGB
颜色
RGB值
颜色
RGB（0，0，0）
黑色
RGB（255，255，255）
白色
RGB（255，0，0）
红色
RGB（0，255，0）
绿色
RGB（0，0，255）
蓝色
RGB（255，255，0）
黄色
RGB（0，255，255）
青色
RGB（255，0，255）
品红
②画线段
//绘制线段
pDC->TextOut（320,20,"线段"）;
pDC->MoveTo（400,40）;
pDC->LineTo（500,40）;
上面的代码画线，MoveTo函数移动画笔到一点，LineTo函数画线。
③画折线（多义线）
//绘制折线
pDC->TextOut（20,170,"折线"）;
POINTpolyline[4]={{240,240},{80,120},{240,120},{80,240}};
pDC->Polyline（polyline,4）;
上面的代码将给定的4个点顺序连成折线，函数中第一个参数为折线顶点数组名，第二个参数表示一共有几个点构成折线（最小必须为2）。
POINT是Windows的一种结构，用来标识一个点，它有两个成员变量，分别用来表示点的X和Y坐标；在MFC类库中，CPoint封装了这种结构。
④画矩形
//绘制矩形
pDC->TextOut（320,170,"矩形"）;
pDC->Rectangle（390,110,600,230）;
此函数只能画平行于屏幕的矩形，前两个参数分别为矩形的左上角点的X和Y坐标，第三、四个参数分别为矩形的右下角点的X和Y坐标。
⑤画椭圆
//绘制椭圆
pDC->TextOut（20,320,"椭圆"）;
pDC->Ellipse（80,260,280,380）;
此函数画一个由4个参数表示的矩形的内切椭圆。
CDC里没专门画圆的函数，画圆仍然使用Ellipse函数。
使X和Y方向的长度相等，这时画出来的就是一个圆。
⑥画多边形
//绘制多边形
pDC->TextOut（320,320,"多边形"）;
POINTpolygon[3]={{380,330},{530,260},{500,360}};
pDC->Polygon（polygon,3）;
上面的代码将给定三个点顺序首尾连成封闭的多边形，函数中第一个参数为多边形顶点数组名，第二个参数表示多边形顶点的数目。
新建一个Graph单文档工程，并在CGraphView类的OnDraw函数中加入上述代码：
编译并运行程序，可见输出的图形。
4．获取设备环境
在窗口中绘图，必须首先取得窗口的设备环境，如果不在CDC类中进行绘制，就必须首先想办法获取对应的设备环境（或者一个指向设备环境的指针）。
①使用GetDC函数
GetDC函数用于获取指定窗口工作区的显示器设备环境，其原型声明如下：
CDC*CWnd:
:
GetDC（）;
函数不带任何参数,如果函数调用成功，则返回标识CWnd客户区的设备环境，否则返回NULL。
返回指针可能是临时性的，所以应该把它保存下来供以后使用。
对于公用的设备环境，GetDC成员函数为每一次被获取的设备环境指定默认属性。
对于私有的设备环境GetDC成员函数保持它先前所具有的属性不变。
设备环境可以用于图形设备接口（GDI）函数在客户区中绘图。
一般完成作图之后，用GetDC成员函数获取的设备环境必须通过调用ReleaseDC成员函数来释放。
因为在一个给定的时刻，系统只有五个公共的设备环境是可用的，如果使用了设备环境后不释放，有可能会妨碍其他的应用程序访问设备环境。
ReleaseDC用于释放一个设备环境，以便该设备环境可以被其他应用程序申请使用。
其原型声明如下：
intReleaseDC（CDC*pDC）;
其中pDC为待释放的设备环境的指针。
如果释放成功，函数返回非零值，否则，函数返回零。
下面的代码表示在单击某个菜单时画一个椭圆：
voidCGraphView:
:
OnDrawEllipse（）
{
CDC*pDC;
//调用CGraphView:
:
GetDC（）获取设备环境
pDC=GetDC（）;
pDC->Ellipse（0,0,100,100）;
//使用完后调用CGraphView:
:
ReleaseDC（）释放设备环境
ReleaseDC（pDC）;
}
②直接构造CDC对象
声明一个CDC类或者其派生类对象,获取设备环境,方法如下：
CClientDCdc（CWnd*）;
构造一个对象，间接使用了GetDC成员函数。
当用一个C++的类声明一个对象时，系统会自动调用该类的构造函数，而在CClientDC类的构造函数中就调用GetDC函数。
当对象被释放时，又会自动调用该类的析构函数，而在其析构函数中，则调用了ReleaseDC函数来释放设备环境。
因此，前面的代码可以改为：
voidCGraphView:
:
OnDrawEllipse（）
{
CClientDCdc（this）;
dc.Ellipse（0,0,100,100）;
}
这样不用用户自己去释放设备环境，在CClinetDC对象被折构时会自动释放。
二、GDI对象
Windows的GDI对象类型是通过MFC库中的类来表示的，其中CGdiObject类是所有GDI对象的抽象基类，其派生类包括CBitmap类、CBrush类、CFont类、CPen类、CRgn类和CPalette类，继承关系如下图所示。
这些派生类对于绘制图形和图像都是非常重要的，经常要使用这些类来创建绘图工具，而很少直接使用基类CGdiObject。
设备环境和图形设备接口是实现计算机绘图的两个重要的组成部分，设备环境主要定义了绘图的状态和方式，而图形设备接口则主要定义了用来绘图的工具。
设备环境中包含有默认的GDI对象。
■CBitmap：
位图是一种位矩阵，每一个显示像素都对应于其中的一个或多个位。
用户可以利用位图来表示图像，也可以利用它来创建画刷。
■CBrush：
画刷定义了一种位图形式的像素，利用它可对区域内部填充颜色。
■CFont：
字体是一种具有某种风格和尺寸的所有字符的完整集合，它常常被当作资源存于磁盘中，其中有一些还依赖于某种设备。
■CPen：
画笔是一种用来画线及绘制有形边框的工具，用户可以指定它的颜色及厚度，并且可以指定它画实线、点线和虚线。
■CRgn：
区域是由多边形、椭圆或二者组合形成的一种范围，可以利用它来进行填充、裁剪以及鼠标点中测试。
■CPalette：
调色板是一种颜色映射接口，它允许应用程序在不干扰其他应用程序的前提下，充分利用输出设备的颜色描绘能力。
为了使用某种GDI对象，一般需要首先构造一个GDI对象，然后将这个GDI对象放入设备环境中，进行绘制工作。
绘制完毕后，还必须将GDI对象释放。
三、使用画笔
画笔是一种用来画线及绘制有形边框的工具。
在MFC中，用CPen类封装了GDI的画笔对象。
用户可以通过画笔来选择线条的形状、粗细和颜色三种属性。
系统默认的画笔是黑色，线宽为1个像素、并且是实线。
1．构造一支画笔
MFC中CPen类的构造函数：
CPen类一共重载了三个构造函数：
CPen（）;//没有参数；
CPen（intnPenStyle，//线条类型
IntnWidth,//线条宽度
COLORREFcrColor）;//线条颜色
CPen（intnPenStyle，//线条类型
intnWidth,//线条宽度
constLOGBRUSH*pLogBrush,//指向LOGBRUSH结构的指针
intnStyleCount=0,//如果非PS_USERSTYLE，恒为0
constDWORD*lpStyle=NULL）;//如非PS_USERSTYLE,恒为空
第一个构造函数不带任何参数，由于它所构造的只是一个未初使化的CPen对象，构造完成后还必须调用CPen类的其他成员函数初始化之后才可以使用。
另外，该构造函数总是可以被成功调用。
第二个构造函数带有三个参数，分别对画笔的线形、线宽和颜色进行了初始化：
参数nPenStyle：
指定画笔的风格（样式），也就是画笔的线形，该参数在构造函数中可以为如下所列值：
参数nPenStyle
参数值
注释
示例
PS_SOLID
创建一个实线画笔
PS_DASH
创建一个虚线画笔，该值只有当画笔宽度小于1个设备单位或更小时才有效
PS_DOT
创建一个点线画笔，该值只有当画笔宽度小于1个设备单位或更小时才有效
PS_DASHDOT
创建一个点划线画笔，该值只有当画笔宽度小于1个设备单位或更小时才有效
PS_DASHDOTDOT
创建一个双点划线画笔，该值只有当画笔宽度小于1个设备单位或更小时才有效
PS_NULL
创建一个空线画笔
PS_INSIDEFRAME
创建一个内框线画笔，该画笔可以在WindowsGDI输出函数定义的矩形边界所生成的封闭形状的边框内绘制直线
参数nWidth：
指定画笔的宽度。
对于该构造函数，如果该值为0，那么无论是什么映射模式，设备单位的宽度总1个像素。
注意：
如果nWidth大于1，则第一个参数中的PS_DSDH（虚线）、PD_DOT（点线）、PD_SASHDOT（点划线）、PS_DASHDOTDOT（双点划线）风格不可用。
参数crColor：
包含了一个画笔所具有的RGB颜色。
使用了32位的COLORREF类型值来确定图形颜色值，其结构为0x00bbggrr（十六进制），各部分的数值分别说明如下：
bb代表蓝色值，范围从00到FF（即从0到255）。
gg代表绿色值，范围从00到FF（即从0到255）
rr代表红色值，范围从00到FF（即从0到255）
在程序中还可以使用RGB宏来完成相同的功能。
第三个构造函数带有5个参数。
如果需要直接构造一支画笔，只需要一句代码就可以。
2．使用（选择）画笔
在绘图中使用画笔，要把新的画笔选入到设备环境中去。
使用CDC类的成员函数SelectObject来把新的GDI对象选入到设备环境中，同时这个函数将会把设备环境以前的GDI对象作为函数的返回值返回。
CDC类中一共重载了5个SelectObject（）函数：
CPen*SelectObject（CPen*pPen）;
CBrush*SelectObject（CBrush*pBrush）;
virtualCFont*SelectObject（CFont*pFont）;
CBitmap*SelectObject（CBitmap*pBitmap）;
intSelectObject（CRgn*pRgn）;//选择区域
函数的参数就是将要使用的新GDI对象，而函数的返回值（除最后一个函数以外）就是设备环境原来使用的GDI对象。
一般情况下，需要把旧的GDI对象保存起来，在画完图以后再把旧的GDI对象用SelectObject函数选回去，以勉资源的浪费。
3．画笔使用实例
如TestPen工程，改写视图类的OnDraw函数。
改变线宽参数，使它大于1，观察结果：
注意：
当线宽大于1的时候，虚线、点线、点划线、双点划线风格都被忽略，仍然采用实线画笔。
因此，是不可能用构造函数创建线宽为4的虚线画笔的。
可以看到，使用一支画笔绘图一般为分三步：
创建、选择、落选。
其他的GDI对象的使用方法也基本相同。
GDI对象的使用方法一般为下面3大步骤：
第1步：
创建GDI对象（可以直接构造，或者用Greate函数）；
第2步：
用CDC:
:
SelectObject函数将GDI对象选入设备环境（DC）中；
第3步：
使用完之后，再用CDC:
:
SelectObject函数将GDI对象落选（即选回来），最后释放GDI对象。
注意：
有些GDI对象可以一步由构造函数直接创建，如CPen和CBrush，而另外一些类如CFont和CRgn等则必须要两步：
首先构造对象，其次进一步调用相应的创建函数。
四、使用画刷
画刷（Brush）用来对封闭区域内部进行填充。
例如用Ellipse函数画一个封闭的圆，此圆并不是空心的，圆的中间会用设备环境中默认的画刷来填充（由于默认的画刷为白色，因此在白色背景中，这个圆仿佛就是空心了，实际上是一个白色的实心圆）。
MFC类库中，画刷被封装在CBrush类中。
通过该类构造的CBrush对象可以传递给任何一个需要画刷的CDC成员函数。
画刷可以是实线、阴影线或某种图案。
1．创建画刷
CBrush类有4个重载的构造函数：
CBrhsh（）；//无参数的构造函数
CBrhsh（COLORREFcrColor）;//构造实体画刷
CBrush（intnIndex,COLORREFcrColor）;//构造阴影线模式画刷
CBrush（CBitmap*pBitmap）;//构造位图画刷
第一个构造函数构造了一支未被初始化的画刷，如果用户使用了该构造函数，类似CPen的无参数构造函数一样，必须调用其他成员函数对所得到的CBrush对象进行初始化。
其他重载的构造函数分别使用指定的颜色、阴影线模式和颜色或位图指针来构造一支已经被初始化的画刷。
参数crColor：
以RGB颜色指定画刷的前景色。
如果是表示阴影线模式的画刷，则该参数指定的是阴影线的颜色。
参数nIndex：
指定了画刷的阴影线的风格，如下所示：
画刷阴影线的样式
阴影线参数值
注释
HS_BDIAGONAL
从左到右向下成45°的对角线
HS_CROSS
水平线和垂直线相交的十字交叉线
HS_DIAGCROSS
夹角为45°的斜十字交叉线
HS_FDIAGONAL
从左到右向上成45°的对角线
HS_HORIZONTAL
水平阴影线
HS_VERTICAL
垂直阴影线
参数pBitmap：
指向一个CBitmap对象，该对象指定了一幅用作画刷的位图。
和画笔一样，要直接构造一支画刷，只需要一句代码就可以。
2．使用（选择）画刷
使用画刷，和CPen一样，要分三步走：
创建、选择、落选。
创建名为TestBrush单文档工程，其他设置使用默认选项，修改视图类的OnDraw 函数创建并使用画刷。
五、输出文本
要使用不同的字体输出文本，需要使用到GDI对象字体。
MFC类库中，Windows的图形设备接口字体和操纵字体的函数都被封装在CFont类中。
1．用CreateFont创建字体
创建一个CFont对象相对比较复杂，在使用字体对象之前，必须调用CFont类的其他成员函数（如CreateFont、CreateFontIndirect、CreatePointFont或CreatePointFontIndirect等）对字体对象进行初始化，以便确定字体对象的参数。
调用CerateFont函数来选择一种字体时，需要很多的参数，该成员函数的原型声明如下：
BOOLCreateFont（intnHeight,//字体高度
intnWidth,//字体平均宽度
intnEscapement,//字体标注行旋转角度
intnOrientation，//字符基线角度
intnWeight,//字体粗细程度
BYTEbItalic,//是否斜体
BYTEbUnderline,//是否下划线
BYTEcStrikeOut,//是否着重号
BYTEnCharSet,//字体的字体集
BYTEnOutPrecision,//输出精度
BYTEnClipPrecision,//载剪精度
BYTEnQuality,//字体质量
BYTEnPitchAndFamily,//字体的间距和所属的族
LPCTSTRlpszFacename）;//字体的名字
很多参数一般情况下都不用（除非编写专门的排版软件），而且都有默认的设置。
其中参数nWeight：
定义了字体的浓度即字体的粗细程序（像素数/1000）。
如下列出了该参数的通用常量值：
字体的浓度值—粗细程度
常量
值
常量
值
FW_DONTCARE
0
FW_SEMIBOLD
600
FW_THIN
100
FW_DEMIBOLD
600
FW_EXTRALIGHT
200
FW_BOLD
700
FW_ULTRALIGHT
200
FW_EXTRABOLD
800
FW_LIGHT
300
FW_ULTRABOLD
800
FW_NORMAL
400
FW_BLACK
900
FW_REGUNAL
400
FW_HEAVY
900
FW_MEDIUM
500
参数cCharSet：
指出了字体的字体集。
如下列出了预定义的字符集常量的值：
预定义的字符集常量
常量
值
ANSI_CHARSET
0
DE
升级会员 