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第14章GDI+编程基础

GDI+（GraphicsDeviceInterfacePlus，图形设备接口加）是WindowsXP及以上版本操作系统的图形子系统，也是传统.NET框架的重要组成部分和窗体绘图的主要工具，负责在屏幕和打印机上绘制图形图像和显示信息。

顾名思义，GDI+是Windows早期版本所提供的图形设备接口GDI的后续版本，是建立在GDI之上的一个高层图形子系统。

GDI+是一种API，分别通过一套C++类和一套部署为托管代码的类来展现，这两套类分别被称为GDI+的“C++封装”和“托管类接口”。

GDI+不但在功能上比GDI要强大很多，而且在代码编写方面也更简单，因此会成为Windows图形图像程序开发的主要工具之一。

由于篇幅所限，本书只简单介绍利用MFC进行GDI+编程的一些基本内容，也不讲GDI+的API编程。

基于GDI+托管封装的.NET窗体绘图，将在第18章中再介绍。

对GDI+编程有兴趣的读者，可以参考如下图书：

●周鸣杨、赵景亮.精通GDI+编程.清华大学出版社，2004年2月（C++/MFC）。

●MaheshChand（韩江等译）.GDI+图形程序设计.电子工业出版社，2005年3月（C#/.NET）。

本章将介绍GDI+的结构和组成，讨论GDI+的几个主要新增特性与功能，说明GDI+给Windows图形图像程序的开发模式带来的变化。

介绍C++封装的GDI+API的具体使用方法，主要讲解二维矢量图形绘制和文字显示等基本内容。

GDI+的路径、区域、变换、图像处理和图元文件等高级编程内容，安排在下一章介绍。

14.1GDI+的结构与组成

本节先介绍GDI+的体系结构，再列出C++封装的GDI+API的具体组成。

14.1.1GDI+的结构

GDI+是建立在GDI之上的一种高层图形子系统，基础是GDI+平面API，有C++和托管两种封装。

注意，虽然GDI+是GDI的发展，但是GDI+并非设计来替代GDI的，它不能独立工作，底层还得靠GDI实现。

1．GDI+的体系结构

GDI+与GDI一样，都具有设备无关性。

而且GDI+是建立在GDI之上的一种高层接口，供WindowsAPI和.NET框架调用。

与GDI类似，GDI+主要提供了二维矢量图形、图像处理和文字显示版式三类功能（参见图14-1），只是GDI+比GDI的功能更强大，且编程模式发生了改变。

图14-1GDI+的体系结构

2．GDI+平面API与封装

GDI+提供（expose）了一个平面（flat）API，它包含大约600个函数，被实现在Gdiplus.dll中，声明在Gdiplusflat.h内。

这些函数被包装到了前面讨论过的GDI+API的54个C++类的集合之中。

作为C++封装的替代方案，微软.NET框架提供了GDI+的一个托管代码封装类集，包含大约60个类、50个枚举和8个结构。

它们分属于下列命名空间：

System.Drawing、System.Drawing.Drawing2D、System.Drawing.Imaging、System.Drawing.Text和System.Drawing.Printing。

GDI+的平面API与其C++及托管封装的关系如图14-2所示。

图14-2GDI+的封装与使用

14.1.2GDI+的组成

GDI+的C++封装，包含了54个类、12个全局函数、（6类）226个图像常量、55种枚举和19种结构。

GDI+的.NET托管封装，则包含了大约60个类、50个枚举和8个结构。

这两种封装都是基于GDI+平面API的。

本小节只介绍GDI+的C++封装，GDI+的托管封装将在第18章的.NET窗体绘图中有所涉及。

1．类

GDI+的C++封装中共有54个类，核心类是Graphics，它是实际绘制直线、曲线、图形、图像和文本的类。

许多其它GDI+类是与Graphics类一起使用的。

例如，DrawLine方法接收Pen对象，该对象中存有所要绘制的线条的属性（颜色、宽度、虚线线型等）。

FillRectangle方法可以接收指向LinearGradientBrush对象的指针，该对象与Graphics对象配合工作来用一种渐变色填充矩形。

Font和StringFormat对象影响Graphics对象绘制文本的方式。

Matrix对象存储并操作Graphics对象的仿射变换——旋转、缩放和翻转图像。

GDI+还提供了用于组织图形数据的几种结构类（例如Rect、Point和Size）。

而且，某些类的主要作用是结构化数据类型。

例如，BitmapData类是Bitmap类的帮助器，PathData类是GraphicsPath类的帮助器。

图14-3是GDI+API类的层次结构图。

注意：

在GDI+、.NET、C#、Java和VB中，都把类的成员函数称为方法。

当我们在C++中，使用GDI+和.NET框架类库中的类和功能时，也常常将其函数改称为方法。

图14-3GDI+类的层次结构

2．全局函数

GDI+命名空间中的全局函数有12个，常用的有如下两个（其余的大多数与图像相关）：

●关闭GDI+：

GdiplusShutdown（清除GDI+所使用的资源）。

●启动GDI+：

GdiplusStartup（初始化GDI+）。

3．常量、枚举和结构

GDI+中有6类共计226个图像常量（都被定义在头文件GdiplusImaging.h中），包括图像文件格式常量11个（如ImageFormatBMP、ImageFormatGIF、ImageFormatJPEG、ImageFormatPNG、ImageFormatTIFF等）、图像帧维常量2个、图像编码器常量13个、图像像素格式常量14个、图像特性标志类型9个、图像特性标志217个。

GDI+定义了55种枚举类型，它们都是相关常数的集合。

例如：

PenType、BrushType、DashStyle、ImageType、LineCap、FillMode、ImageFlags等。

GDI+API中还定义了19种结构，用于GDI+的各种方法调用中。

例如：

ColorMap、ColorMatrix、ColorPalette、GdiplusAbort、GdiplusStartupInput、GdiplusStartupOutput等。

14.2GDI+的特色

本节介绍GDI+的几个主要新增特性与功能，说明GDI+在编程模式上的改变。

14.2.1GDI+新增特性

与GDI相比，GDI+新增的特性主要有渐变画刷、样条和贝塞尔曲线、持久路径、矩阵变换、伸缩区域、α混色和对多种图像格式的支持。

1．渐变画刷

GDI+中新增加的渐变画刷（gradientbrush，梯度刷），通过提供用于填充图形、路径和区域的颜色线性渐变和路径渐变的画刷，扩展了GDI的功能。

渐变画刷可用于绘制直线、曲线和路径，参见图14-4。

a）（水平）线性渐变b）（贝塞尔）路径渐变

图14-4渐变画刷图14-5基样条曲线与折线

2．曲线方法

GDI+支持基样条（cardinalsplines）和贝塞尔（Bezier）方法，可以由若干控制点生成光滑的曲线，参见图14-5。

3．持久路径对象

GDI中的路径（path）属于设备上下文，并且会在绘制时被毁坏。

而GDI+则可以创建并维护多个与Graphics对象分开的持久（persistent）路径对象——GraphicsPath对象，在绘图操作时也不会破坏，因此可多次使用同一个GraphicsPath对象来绘制路径。

4．变换和矩阵对象

GDI+提供了Matrix（矩阵）对象，它是一种可以使（缩放、旋转和平移等）变换（transformation）简易灵活的强大工具，矩阵对象一般与变换对象联合使用。

例如，GraphicsPath对象具有Transform方法，此方法接收Matrix对象作为参数。

参见图14-6。

5．可伸缩区域

GDI+通过对可伸缩区域（scalableregion）的支持极大地扩展了GDI。

在GDI中，区域被存储在设备坐标中，而且，可应用于区域的惟一变换是平移。

而GDI+在全局坐标中存储区域，并且允许区域发生任何可存储在变换矩阵中的变换（如缩放和旋转）。

图14-7显示一个区域在执行三种变换（缩放、旋转和平移）前后的情况。

图14-6路径变换图14-7区域变换图14-8不同透明度

6．α混色

在图14-7中，可以在变换区域（用蓝色阴影画笔填充）中看到未变换区域（用红色填充），这是由GDI+支持的α混色（alphablending，透明混合）实现的。

使用α混色，可以指定填充颜色的透明度。

透明色与背景色相混合———填充色越透明，透出的背景色就越多。

图14-8显示四个用相同颜色（红色）填充、但透明层次不同的椭圆。

7．丰富的图像格式支持

GDI+提供Image、Bitmap和Metafile类，可以用不同的格式加载、保存和操作图像。

GDI+支持BMP、GIF、JPEG、EXIF、PNG、TIFF、ICON、WMF、EMF共9种常见的图像格式。

这些已经被ATL/MFC中的基于GDI+的CImage类所体现。

8．GDI+的不足

虽然，相对于GDI来说，GDI+确实增加了许多新特性，而且功能更强大，使用也更方便。

但是，这并不等于GDI+就能够完全代替GDI。

因为GDI+实际上是GDI的高层封装和功能扩展，GDI+的执行效率一般要低于GDI的。

另外，GDI+不支持图形的位运算，那么就不能进行异或绘图等操作。

而且在VisualC++中，GDI+还不直接支持双缓存机制（如内存DC和显示DC），这将大大影响GDI+在高速图形、图像、动画和视频等方面的应用。

14.2.2编程模式的改变

GDI+的出现，也使基于GDI的编程模式产生了很大变化：

GDI+用一个“无状态模式”，取代了GDI中（需要先将各种工具和项目选入DC对象后，才能进行绘图的）“状态模式”。

主要体现在以下几个方面：

1．DC句柄和图形对象

设备上下文（DC）是GDI中使用的一种结构，用于存储与特定显示设备相关的的绘制工具及属性的信息，用于屏幕显示的DC还与特定窗口相关联。

为了使用GDIAPI进行绘图，必须首先获得一个DC的句柄（HDC），然后将该句柄作为参数，传递给实际进行绘图的GDI函数。

在MFC中，DC及其绘图功能被封装在CDC类中，DC句柄成为了成员变量，绘图函数变成了方法，不再需要显式传递HDC参数。

使用GDI+，不需要再（直接）使用句柄或设备上下文，而是只需（通过HDC）创建一个Graphics对象，然后用熟悉的面向对象方式来调用其中的各种绘图方法，例如：

myGraphicsObject.DrawLine（&pen,x1,y1,x2,y2）;

正如DC是GDI的核心，Graphics对象也位于GDI+的核心。

DC和Graphics对象的作用相似，但在使用设备上下文（GDI）的基于句柄的编程模式和使用Graphics对象（GDI+）的面向对象的编程模型之间，存在一些基本的差异。

Graphics对象（像DC一样）与屏幕上的特定窗口关联，并具有指定如何绘制项目的属性（如SmoothingMode和TextRenderingHint）。

但是，Graphics对象不受笔、刷、路径、图像或字体的约束，这与设备上下文不同。

例如，使用设备上下文绘制线条之前，必须先调用SelectObject将笔选入DC中，以使笔对象和DC关联。

在设备上下文中绘制的所有线条均使用该笔，直到选择另一支不同的笔为止。

在GDI+中，将Pen对象作为参数传递给Graphics类的DrawLine等画线方法。

可以在一系列的DrawLine调用的每个调用中，使用不同的Pen对象，而不必将给定的Pen对象与Graphics对象关联。

2．画线的两种方法

下面每个示例都从点（20,10）到点（200,100）绘制一条宽为3的红色线条。

第一个示例调用GDI，第二个示例则通过托管类接口调用GDI+，这里都使用MFC。

也可以不使用MFC，而直接用API来进行GDI+绘图（由于篇幅有限，这里就不介绍了）。

1）用GDI画线

利用MFC进行GDI绘图，步骤与API的差不多，只是MFC将各种GDI功能封装到了不同的类中。

例如，笔的类为CPen、点的类为CPoint、设备上下文的类为CDC。

而且所有的绘图函数都被封在CDC类中，所以只能作为其对象的方法才能被使用，当然也就不用再带HDC句柄作为输入参数了。

CDC*pDC=GetDC（）;//获取DC对象

CPenpen（PS_SOLID,3,RGB（255,0,0））;//创建笔

pDC->SelectObject（&pen）;//选笔入DC

pDC->MoveTo（20,10）;//将当前点移到直线的起点

pDC->LineTo（200,100）;//从当前点画线到直线的终点

2）用GDI+画线

利用MFC进行GDI+绘图，步骤与API的差不多。

只是代码改在OnDraw函数中，而且获取DC句柄的方法不同。

CDC*pDC=GetDC（）;//获取DC对象

GraphicsmyGraphics（pDC->m_hDC）;//利用DC句柄创建图形对象

PenmyPen（Color（255,0,0）,3）;//创建笔

myGraphics.DrawLine（&myPen,20,10,200,100）;//画直线

3．作为参数的绘图工具

前面的示例显示：

在GDI+中，创建和维护Pen对象，可以与提供绘制方法的Graphics对象分开。

同样，创建和维护Brush、GraphicsPath、Image和Font对象也可以与Graphics对象分开，Graphics类提供的许多绘制方法，都将笔、刷、路径、图像和字体等对象，作为参数接收。

例如，Brush对象作为参数传递至FillRectangle方法，GraphicPath对象作为参数传递至DrawPath方法。

同样，Image和Font对象传递至DrawImage和DrawString方法。

这与GDI不同，在GDI中，需要先将笔、刷、路径、图像或字体等GDI工具对象选入DC，然后（API）将DC的句柄作为参数传递至绘制函数或（MFC）采用CDC类对象的函数使用DC中当前的笔、刷、路径、图像或字体来绘图。

4．无当前位置

GDI+从总体上已经放弃了当前位置的概念，如在前面所述的DrawLine方法中线条的起点和终点均被作为参数接收。

这与GDI方案不同，在GDI中，调用MoveToEx（hdc,x1,y1,NULL）或pDC->MoveTo（x1,y1）来设置当前笔位置之后，再调用LineTo（hdc,x2,y2）或pDC->LineTo（x2,y2）来绘制一条从（x1,y1）到（x2,y2）的线条。

5．绘制和填充的不同方法

GDI的Rectangle和Ellipse等函数，可一步完成绘制轮廓和填充内部的功能。

轮廓由当前选定的笔绘制，而内部则由当前选定的刷来填充。

GDI+则必须分别调用绘制轮廓和填充内部的两个不同方法来做到这一点。

例如，Graphics类的DrawRectangle方法将Pen对象作为其参数之一，而FillRectangle方法将Brush对象作为其参数之一。

所以在绘制轮廓和填充图形内部时，GDI+要比GDI更灵活，但也更麻烦。

6．构造区域

GDI提供几种用于创建区域的函数（在MFC中，它们被封装在CRng类里）：

CreateRectRgn、CreateEllpticRgn、CreateRoundRectRgn、CreatePolygonRgn和CreatePolyPolygonRgn。

您或许希望GDI+中的Region类也有类似的构造函数，将矩形、椭圆、圆角矩形和多边形作为参数接收，但事实并非如此。

GDI+中的Region类提供一个接收Rectangle对象的构造函数和另一个接收GraphicsPath对象的构造函数。

如果想基于椭圆、圆角矩形或多边形构造区域，可以通过创建一个GraphicsPath对象（可包含椭圆的对象等），然后将其传递至Region构造函数来轻松实现。

GDI+通过组合图形和路径，使得构成复杂区域十分简单。

Region类具有Union和Intersect方法，可用于扩展具有路径的现有区域或其它区域。

GDI+方案一个很好的功能就是GraphicsPath对象在作为参数传递至Region构造函数时不会被破坏（在GDI中，可以使用PathToRegion方法将路径转换为区域，但在此过程中，路径将被破坏）。

另外，GraphicsPath对象在作为参数传递给Union或Intersect方法时也不会被破坏，因此，在一些单独的区域中，可以将给定的路径作为构造块使用。

例如：

Regionregion1（rect1）;Regionregion2（rect2）;

region1.Union（onePath）;region2.Intersect（onePath）;

14.3GDI+的MFC编程

本节介绍利用MFC进行GDI+编程的必要的准备，并通过例子说明GDI+编程的具体步骤，最后给出如何解决存在的new操作符问题的方法。

C++封装的GDI+的（英文）帮助内容，位于VS08的“目录/Win32和COM开发/GraphicsandMultimedia/GDI+”，主要的参考资料位于其子目录“GDI+Reference”中。

14.3.1设置与初始化

封装了GDI+API的各种C++类、函数、常量、枚举和结构，都被定义在Gdiplus.h头文件所包含的一系列头文件中。

所以，采用MFC进行GDI+编程，必须包含Gdiplus.h头文件。

从14.1.2的有关GDI+平面API的讨论可知，封装在GDI+类中方法，最后都需要调用GDI+平面API中的相关底层函数，才能完成实际的操作。

所以，为了运行GDI+应用程序，在操作系统平台中，必须安装动态链接库Gdiplus.dll。

对WindowsXP及以上版本，该DLL已经自动被操作系统包含。

该动态链接库所对应的静态库文件为GdiPlus.lib，而且它在VC08及之前的早期版本中不是C++和MFC的默认链接库。

所以，对早期的VC版本必须在项目设置，添加该库作为链接器输入的附加依赖项。

但是对VC08SP1及VC10，该库已经成为标准链接库之一，不必再为链接器输入的附加依赖项添加此库。

因为在Gdiplus.h头文件中，将所有的GDI+的类、函数、常量、枚举和结构等都定义在了命名空间Gdiplus中。

所以，一般在GDI+程序中，都应该使用如下的命名空间声明：

usingnamespaceGdiplus;

1．VC中的设置

为了在MFC应用程序中能使用GDI+，必须包含GDI+头文件、使用GDI+命名空间。

对VC08及之前的版本，还要为项目添加GDI+链接库。

1）包含头文件、使用命名空间——在要使用GDI+的文件（如视图类的头文件或代码文件）头部包含GDI+的头文件：

#include

并加上使用GDI+命名空间的using指令（区分大小写，注意首字母大写）：

usingnamespaceGdiplus;

2）添加链接库（对VC08SP1及VC10不必添加）——在VS08及其早期版本中，选“项目/*属性”菜单项，打开项目的属性页窗口，先选“所有配置”，再选“配置属性/链接器/输入”项，在右边上部的“附加依赖项”栏的右边，键入GdiPlus.lib（参见图14-9）后按“应用”钮，最后按“确定”钮关闭对话框。

2．GDI+的初始化与清除

为了在MFC应用程序中使用采用C++封装的GDI+API，必须在MFC项目的应用程序类中，调用GDI+命名空间中的GDI+启动函数GdiplusStartup和GDI+关闭函数GdiplusShutdown，来对GDI+进行初始化（装入动态链接库Gdiplus.dll，或锁定标志+1）和清除（卸载动态链接库Gdiplus.dll，或锁定标志-1）工作。

它们一般分别在应用程序类的InitInstance和ExitInstance重载方法中调用。

图14-9在项目属性对话框中添加静态链接库

函数GdiplusStartup和GdiplusShutdown，都被定义在GdiplusInit.h头文件中：

StatusWINAPIGdiplusStartup（OUTULONG_PTR*token,

constGdiplusStartupInput*input,OUTGdiplusStartupOutput*output）;

voidGdiplusShutdown（ULONG_PTRtoken）;

其中：

●类型ULONG_PTR，是用无符号长整数表示的指针，被定义在basetsd.h头文件中：

typedef_W64unsignedlongULONG_PTR;

输出参数token（权标），供关闭GDI+的函数使用，所以必须设置为应用程序类的成员变量（或全局变量，不提倡）。

●结构GdiplusStartupInput和GdiplusStartupOutput，都被定义在GdiplusInit.h头文件中。

⏹GDI+启动输入结构指针参数input，一般取默认构造值即可，即（设：

无调试事件回调过程、不抑制背景线程、不抑制外部编解码）：

input=GdiplusStartupInput（NULL,FALSE,FALSE）;

⏹GDI+启动输出结构指针参数output，一般不需要，取为NULL即可。

注意，采用MFC进行GDI+API编程时，在使用任何GDI+的功能调用之前，必须先调用GDI+启动函数GdiplusStartup来进行初始化GDI+的工作；在完成所有的GDI+功能调用之后，必须调用GDI+关闭函数GdiplusShutdown来进行清除GDI+的工作。

3．过程框图

图14-10是使用MFC进行GDI+编程的设置、准备与初始化过程的逻辑框图。

图14-10GDI+的设置、准备与初始化

14.3.2编程例子

下面通过一个简单的例子，来说明如何使用GDI+进行应用程序开发。

1．创建和设置

创建一个名为Gdip的传统界面MFC单文档应用程序项目，在应用程序类和视图类的CPP代码文件中，包含头文件并使用命名空间：

#include

usingnamespaceGdiplus;

对VC08及之前的版本还需在项目属性中添加链接库GdiPlus.lib。

2．初始化与清除

然后再进行GDI+系统的初始化，这需要在应用程序类CGdipApp中声明一个成员变量：

ULONG_PTRm_gdiplusToken;//ULONGPTR为int64类型

并在该类的初始化函数CGdipApp:

:

InitInstance（）中加入以下代码来对GDI+进行初始化：

GdiplusStartupInputgdiplusStartupInput;

GdiplusStartup（&m_gdiplusToken,&gdiplusStartupInput,NULL）;

注意：

这两个语句必须加在应用程序类的InitInstance函数中的