【MFC编程（四）】图形图像：CDC类与GDI绘图

文章目录

绘图引擎简介
GDI绘图
DC设备上下文
CDC类
HDC和CDC的区别与转换
屏幕绘图成员函数

绘图引擎简介

Windows环境下二维绘图引擎有多种选择：GDI、GDI+、DirectDraw、Qt/QPainter、Agg、Cairo、skia、Direct2D、Direct3D、OpenGL、Vulkan等。

GDI：微软原生的二维绘图引擎。
优点：微软的全力支持，作为操作系统核心层效率方面不用担心，支持多种开发框架（含语言）：WinSDK、MFC、Delphi等。
缺点：不是面向C++对象组织的，使用起来较为繁琐；不支持反锯齿，不支持复杂的绘图效果（这个相对于GDI+而言）。
GDI+/GdiPlus：微软后来推出的二维绘图引擎。
优点：微软的全力支持，支持多种开发框架（含语言）：WinSDK、MFC、Delphi等，可以实现复杂的绘图效果，如反锯齿、路径画刷等；面向对象的架构，使用起来比较方便。
缺点：绘图效率较GDI稍低，绘图交互性不如GDI（缺少GDI的支持位运算的绘图模式），开启反锯齿后效率不如Qt。如果不考虑绘图的效果，使用Win32 GDI函数直接绘图的效率大约是同样的GDI+的10倍以上。
DirectDraw：从GDI、GDI+到Direct 2D的一个过渡产品，微软已明确表示不推荐使用。
Direct2D：微软在WindowsVista及之后的Windows版本推出的意在取代GDI、GDI+的二维绘图引擎，支持硬件加速。Direct 2D是微软在后XP时代开发的开发二维绘图引擎。微软出于兼容性的考虑还会继续对GDI、GDI+进行支持，但毫无疑问微软的策略是要Direct 2D取代GDI和GDI+的，因此在WindowsVista及其之后的Windows上进行二维绘图开发，建议是直接使用Direct2D。Direct 2D支持硬件加速，在绘图效率应有一定程度的提升。
Direct3D：微软开发的3D绘图引擎。

DirectX（Direct eXtension，简称DX）是由微软公司创建的多媒体编程接口，也是一种应用程序接口（API）。它可以让以Windows为平台的游戏或多媒体程序获得更高的执行效率，加强3D图形和声音效果，并提供设计人员一个共同的硬件驱动标准。这样，游戏开发者不必为每一品牌的硬件来写不同的驱动程序，同时也降低了用户安装及设置硬件的复杂度。
DirectX已被广泛使用于Microsoft Windows、Microsoft XBOX、Microsoft XBOX 360和Microsoft XBOX ONE电子游戏开发。其主要包括多个组件，如Direct3D（3D图形渲染）、DirectSound（音频处理）、DirectInput（输入设备管理）等，以满足不同的多媒体应用需求。
OpenGL：SGI开发的3D绘图引擎。OpenGL的优势是三维绘图，不建议用来二维绘图，因为OpenGL在二维一些操作并不合适，如二维中的点、线捕捉、自定义图例的添加、打印的支持等等。
作为图形渲染API，OpenGL和Direct3D的全方位对比
Vulkan：Vulkan是一个跨平台的2D和3D绘图应用程序接口。同 OpenGL一样，Vulkan也由 Khronos 集团开发。它是 AMD Mantle 的后续版本，继承了前者强大的低开销架构，使软件开发人员能够全面获取 RadeonGPU 与多核 CPU 的性能、效率和功能。Linux上Vulkan是OpenGL的指定接班人。
Qt：Qt的二维图形引擎是基于QPainter类的,绘图的效果取决于QPainter的设置。面向对象的方式组织，使用起来较为方便。
Cairo：C编写的开源绘图引擎（基于LGPL协议），大名鼎鼎的FireFox就是用这个绘图引擎的。Cairo是非常流行的开源2D图形渲染引擎库，它支持包括X-Windos，Win32，图像，pdf在内的各种输出设备。目前，Cairo已被广泛的使用在多个平台上来渲染图形界面，包括Firefox/Webkit-EFL/GTK+/Poppler/Qt等等。GTK+底层的绘图引擎就是使用Cairo。Qt的QPainter提供的抗锯齿效果没有cairo的好，在理想情况下，cairo的用户可以在打印机和屏幕上获得非常接近的输出效果。cairo 是用 C 编写的，但是为大多数常用的语言提供了绑定。选用 C 语言有助于创建新的绑定，同时在进行 C 语言调用时可以提供高性能。应该特别注意 Python 绑定，它支持快速原型开发，而且降低了学习 cairo 绘图 API 的门槛。 Cairo的绘图效率是接近GDI/GDIPlus的。经过优化算法，可以做到完全忽略绘图效率上的差别。此外，gtk不如qt流行，Qt支持cairo。
Skia：Google的Android的绘图引擎。它是一个C++的开源2D向量图形处理函数库，包括字型、坐标转换、位图等等，相当于轻量级的Cairo(Cairo是矢量图形库)。
angle：Google宣布了新的开源项目 ANGLE （全称 Almost Native Graphics Layer Engine），这个项目的目标是在 Direct X 9.0c API 的基础上实现一层 OpenGL ES 2.0 API中的 Web GL 子集接口。在开发的早期，ANGLE 项目将使用 BSD 授权发布，而最终完成后，类似 Google Chrome 之类的浏览器在 Windows 平台上运行 WebGL 内容将不再依赖于任何的 OpenGL 驱动程序。

GDI绘图

GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口）
Windows API的一个库。 其相关的函数接口、数据类型等都在WinGDI.h中声明（已经由Windows.h引入），在程序开发时，需要链接到Gdi32.lib。

它的主要任务是负责系统与绘图程序之间的信息交换，处理所有Windows程序的图形输出。当Windows应用程序需要显示点、线、图像、文字等内容，在显示器或打印输入这些内容时，就需要用到GDI。Windows应用程序不能直接操作系统的硬件（比如显卡），GDI就为应用程序提供了相关的接口。

GDI是如何实现输出的
要想在屏幕或者其它输出设备上输出图形或者文字，那么我们就必须先获得一个称为设备描述表DC的对象的句柄，以它为参数，调用各种GDI函数实现各种文字或图形的输出。设备描述表DC是GDI内部保存数据的一种数据结构，此结构中的属性内容与特定的输出设备（显示器，打印机等）相关，属性定义了GDI函数的工作细节。

DC设备上下文

GDI库中最基本也是最重要的概念。

DC（Device Contexts）设备上下文又称为设备描述表，或者设备环境。是一个定义一组图形对象及其属性、影响输出的图形方式(数据)结构。Windows提供设备描述表，用于应用程序和物理设备之间进行交互，从而提供了应用程序设计的平台无关性。

设备描述表是一种数据结构，它包括了一个设备（如显示器和打印机）的绘制属性相关的信息。所有的绘制操作通过设备描述表进行。设备描述表与大多 WIN32结构不同，应用程序不能直接访问设备描述表，只能由各种相关API函数通过设备描述表的句柄间接访问该结构。

设备描述表总是与某种系统硬件设备相关。比如屏幕设备描述表与显示设备相关，打印机设备描述表与打印设备相关等等。

屏幕设备描述表，一般我们简单地称其为设备描述表。它与显示设备具有一定的对应关系，在windows GDI界面下，它总是相关与某个窗口或这窗口上的某个显示区域。通常意义上窗口的设备描述表，一般指的是窗口的客户区，不包括标题栏、菜单栏所占有的区域，而对于整个窗口来说，其设备描述表严格意义上来讲应该称为窗口设备描述表，它包含窗口的全部显示区域。二者的操作方法完全一致，所不同的仅仅是可操作的范围不同而已。

Windows窗口一旦创建，它就自动地产生了与之相对应的设备描述表数据结构，用户可运用该结构，实现对窗口显示区域的GDI操作，如划线、写文本、绘制位图、填充等，并且所有这些操作均要通过设备描述表句柄了进行。

系统中可以有多个DC，每一个DC都必须关联到一个特定的图像输出设备。这些设备可以是真实存在的物理设备（显示器、打印机、绘图仪等），也可以使虚拟设备。这些反应在DC的类型上， DC具有4种类型：“显示”、“打印机”、“内存”、“信息”。
其中显示类型DC是最常用的，它被关联到了显示设备上，所有的图像输出操作将直接反映在显示器上。
注：DC也可以只是设备全部输出范围的一部分。比如界面上某个窗口的客户区也可以有DC与之对应，对这样的DC进行操作只会影响到窗口客户区。

Common设备描述表通过::GetDC，::GetDCEx，::BeginPaint来获得一个设备描述表，用毕，用::ReleaseDC或::EndPaint释放设备描述表；
Printer设备描述表通过::CreateDC创建设备描述表，用::DeleteDC删除设备描述表。
Memory设备描述表通过::CreateCompatibleDC创建设备描述表，用::DeleteDC删除。
Information设备描述表通过::CreateDC创建设备描述表，用::DeleteDC删除

要使用设备描述表，一般有如下步骤：

获取或者创建设备描述表；
必要的话，改变设备描述表的属性；
使用设备描述表完成绘制操作；
释放或删除设备描述表。

CDC类

CDC类提供了用来处理显示器或打印机等设备上下文的成员函数，还有处理与窗口客户区关联的显示上下文的成员函数。使用CDC的成员函数可以进行所有的绘图操作，包括处理绘图工具、GDI对象的选择、颜色和调色板的处理、获取和设置绘图属性、映射、窗口范围、坐标转换、剪切以及绘制直线、简单图形、椭圆和多边形等，另外它还为文本输出、处理字体、使用打印机跳转和滚动等提供了成员函数。

如上所述，CDC类几乎封装了所有的Windows GDI函数，另外，MFC中还有几个由CDC类派生的子类，包括CWindowDC、CPaintDC、CClientDC、CMetaFileDC，它们用来进行一些特定的绘图操作。
在这里插入图片描述
很多情况下我们可以调用CWnd::GetDC()函数来获取设备上下文指针，即CDC指针，这个时候记得用完后调用CWnd::ReleaseDC()函数释放设备上下文。

CCientDC
代表窗口客户区的设备描述表。其构造函数CClientDC(CWnd *pWin)通过::GetDC获取指定窗口的客户区的设备描述表HDC，并且使用成员函数Attach把它和CClientDC对象捆绑在一起；其析构函数使用成员函数Detach把设备描述表句柄HDC分离出来，并调用::ReleaseDC释放设备描述表HDC。

CPaintDC
仅仅用于响应WM_PAINT消息时绘制窗口，因为它的构造函数调用了::BeginPaint获取设备描述表HDC，并且使用成员函数Attach把它和CPaintDC对象捆绑在一起；析构函数使用成员函数Detach把设备描述表句柄HDC分离出来，并调用::EndPaint释放设备描述表HDC，而::BeginPaint和::EndPaint仅仅在响应WM_PAINT时使用。

CMetaFileDC
用于生成元文件。

CWindowDC
代表整个窗口区(包括非客户区)的设备描述表。其构造函数CWindowDC(CWnd *pWin)通过::GetWindowDC获取指定窗口的客户区的设备描述表HDC，并使用Attach把它和CWindowDC对象捆绑在一起；其析构函数使用Detach把设备描述表HDC分离出来，调用::ReleaseDC释放设备描述表HDC。

HDC和CDC的区别与转换

HDC是WINDOWS的一种数据类型，是设备描述句柄。
HDC定义的变量指向一块内存，这块内存用来描述一个设备的相关的内容，所以也可以认为HDC定义的是一个指针
CDC是MFC里的一个类，它封装了几乎所有的关于HDC的操作。
CDC类定义一个对象，这个对象拥有HDC定义的一个设备描述表，同时也包含与HDC相关的操作的函数。

CDC *pDC和HDC hdc 类似 CWnd *pWnd和HWnd hWnd

获得CDC

CDC *pDC=new CDC; 
pDC=GetDC();	//1
pDC->Attach(hdc);	//2 hdc转换

获得HDC

HDC hDC;
hDC = ::GetDC(HWND handle); //1
	
hDc = pDC->GetSafeHdc(); //2
	
hDC = pDC->m_hDC;	//3

屏幕绘图成员函数

CDC类有很多成员函数，比较常用的绘图函数包括绘制点、直线、矩形、椭圆、多边形、文本以及位图等的成员函数。

绘制点

	COLORREF SetPixel(int x,int y, COLORREF crColor);
	COLORREF SetPixel(POINT point, COLORREF crColor);

上面两个成员函数用来将指定坐标点的像素设置为指定的颜色，这样就实现了画点功能。

参数x为点的逻辑x坐标；
参数y为点的逻辑y坐标；
参数crColor为要为点设置的颜色；
参数point指定点的逻辑x坐标和逻辑y坐标，可以为其传入POINT结构体变量或者CPoint对象。

	CPoint MoveTo(int x,int y);
	CPoint MoveTo(POINT point);

将当前点移动到指定位置。

参数x指定新位置的逻辑x坐标；
参数y指定新位置的逻辑y坐标；
参数point指定新位置的逻辑x坐标和逻辑y坐标，可以为其传入POINT结构体变量或者CPoint对象。

绘制直线

 	BOOL LineTo(int x,int y);
 	BOOL LineTo(POINT point);

绘制一条从当前点到指定点（不包括指定点）的直线。

参数x为指定点的逻辑x坐标；
参数y为指定点的逻辑y坐标；
参数point为指定点的逻辑x坐标和逻辑y坐标。一般我们绘制直线时就可以先调用MoveTo函数移动当前点到某个位置，然后调用LineTo画直线。

绘制矩形

	BOOL Rectangle(int x1,int y1,int x2,int y2);
	BOOL Rectangle(LPCRECT lpRect);

使用当前画笔绘制矩形。

参数x1指定矩形左上角的x坐标；
参数y1指定矩形左上角的y坐标；
参数x2指定矩形右下角的x坐标；
参数y2指定矩形右下角的y坐标；以上坐标均为逻辑单位。
参数lpRect为矩形对象的指针，可以为其传入CRect对象或RECT结构体变量的指针。

绘制椭圆

	BOOL Ellipse(int x1,int y1,int x2,int y2);
	BOOL Ellipse(LPCRECT lpRect);

绘制椭圆。

参数x1指定椭圆的包围矩形左上角的x坐标；
参数y1指定椭圆的包围矩形左上角的y坐标；
参数x2指定椭圆的包围矩形右下角的x坐标；
参数y2指定椭圆的包围矩形右下角的y坐标；以上坐标均为逻辑单位。
参数lpRect指定椭圆的包围矩形，可以传入CRect对象或RECT结构体变量的指针。

绘制多边形

	BOOL Polyline(LPPOINT lpPoints,int nCount);

由指定的多边形顶点绘制多边形。

参数lpPoints为指向一个POINT结构体变量数组或CPoint对象数组的指针，其中的POINT结构体变量或CPoint对象代表了多边形顶点的坐标；
参数nCount为数组中点的个数，至少为2。

绘制文本

	virtual BOOL TextOut(int x,int y,LPCTSTR lpszString,int nCount);
	BOOL TextOut(int x,int y,const CString& str);

使用当前选择的字体在指定位置输出文本。

参数x指定文本起始点的x坐标；
参数y指定文本起始点的y坐标；
参数lpszString为要输出的文本字符串；
参数nCount指定字符串中的字节个数；
参数str为包含要输出的字符的CString对象。这两个函数在上一节中其实已经讲到了。

绘制位图

   BOOL BitBlt(
          int x,
          int y,
          int nWidth,
          int nHeight,
          CDC* pSrcDC,
          int xSrc,
          int ySrc,
          DWORD dwRop
   );

从源设备上下文拷贝一幅位图到当前设备上下文。

参数x指定目标矩形区域左上角的逻辑x坐标；
参数y指定目标矩形区域左上角的逻辑y坐标；
参数nWidth指定目标矩形区域和源位图的宽度（逻辑单位）；
参数nHeight指定目标矩形区域和源位图的高度（逻辑单位）；
参数pSrcDC为指向源设备上下文的CDC对象的指针，如果dwRop指定了一个不包含源的光栅操作，那么pSrcDC可以为NULL；
参数xSrc指定源位图左上角的逻辑x坐标；
参数ySrc指定源位图左上角的逻辑y坐标；
参数dwRop指定要执行的光栅操作，光栅操作码定义了GDI如何将当前画刷颜色、源位图颜色和目标位图颜色组合形成新的颜色，下面是一些常用的光栅操作码及含义：
- BLACKNESS：表示使用与物理调色板的索引0相关的色彩来填充目标矩形区域，（对缺省的物理调色板而言，该颜色为黑色）。
- DSTINVERT：表示使目标矩形区域颜色取反。
- MERGECOPY：表示使用布尔型的AND（与）操作符将源矩形区域的颜色与特定模式组合一起。
- MERGEPAINT：通过使用布尔型的OR（或）操作符将反向的源矩形区域的颜色与目标矩形区域的颜色合并。
- NOTSRCCOPY：将源矩形区域颜色取反，于拷贝到目标矩形区域。
- NOTSRCERASE：使用布尔类型的OR（或）操作符组合源和目标矩形区域的颜色值，然后将合成的颜色取反。
- PATCOPY：将特定的模式拷贝到目标位图上。
- PATPAINT：通过使用布尔OR（或）操作符将源矩形区域取反后的颜色值与特定模式的颜色合并。然后使用OR（或）操作符将该操作的结果与目标矩形区域内的颜色合并。
- PATINVERT：通过使用XOR（异或）操作符将源和目标矩形区域内的颜色合并。
- SRCAND：通过使用AND（与）操作符来将源和目标矩形区域内的颜色合并。
- SRCCOPY：将源矩形区域直接拷贝到目标矩形区域。
- SRCERASE：通过使用AND（与）操作符将目标矩形区域颜色取反后与源矩形区域的颜色值合并。
- SRCINVERT：通过使用布尔型的XOR（异或）操作符将源和目标矩形区域的颜色合并。
- SRCPAINT：通过使用布尔型的OR（或）操作符将源和目标矩形区域的颜色合并。
- WHITENESS：使用与物理调色板中索引1有关的颜色填充目标矩形区域。（对于缺省物理调色板来说，这个颜色就是白色）。

标签：MFC,CDC,int,图形图像,绘图,坐标,GDI,矩形,设备描述
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