windows gdi+ Bitmap 總結

windows gdi+ 是對 windows gdi 的一個c++封裝，同時增加了一些擴展功能，如反走樣，樣條曲線，變換矩陣，圖像編解碼等。

gdi+ 相對於 gdi 也存在一些不足之處，如 執行效率較低，不支持位運算(gdi可通過位運算實現局部透明)等。

在實際應用中，由於主要做位圖相關操作，我比較傾向選擇使用 gdi 進行繪圖，這樣可以得到較高的繪制速度，以及更多的靈活性。

對於 gdi+，我主要關注點在於 Bitmap 類，下面只討論 Bitmap 類相關內容。

 

1 使用 gdi+ 的安全考慮

首先，Microsoft 給出了使用 gdi+ 的 Security Considerations，我將其記錄下來，以提醒自己。

    1）檢查構造函數是否成功

     通過 Image::GetLastStatus() 函數檢查是否成功構造位圖，示例代碼如下：

     

Image myImage(L"Climber.jpg");
Status st = myImage.GetLastStatus();
if(Ok == st)
// The constructor was successful. Use myImage.
else if(InvalidParameter == st)
// The constructor failed because of an invalid parameter.
else
// Compare st to other elements of the Status
// enumeration or do general error processing.

    2）某些函數調用前需要分配足夠內存，代碼如下：

 

GraphicsPath path;
path.AddEllipse(10, 10, 200, 100);
INT count = path.GetPointCount(); // get the size
Point* pointArray = new Point[count]; // allocate the buffer
if(pointArray) // Check for successful allocation.
{
path.GetPathPoints(pointArray, count); // get the data
... // use pointArray
delete[] pointArray; // release the buffer
pointArray = NULL;
}

    3）錯誤檢查，檢查函數返回值以確保函數執行成功。

    4）線程同步

         當一個gdi+對象在多個線程中使用時，gdi+沒有提供自動同步機制，需要程序員確保線程同步；

         官網同時解釋到，某些gdi+函數可能返回ObjectBusy，但不要僅指望該機制實現線程同步，程序員需要使用如互斥量等方式以確保線程同步。

 

2 Bitmap類所支持文件格式

   windows gdi+ 提供了 Image 類處理光柵圖像與矢量圖像，該類提供一些共有的處理函數，如圖像打開，圖像保存，圖像尺寸等。

   對於更多不同的處理函數，Image 分別派生出 Bitmap 與 Metafile l類，Bitmap 負責光柵圖像相關處理，Metafile 負責矢量圖像相關處理。

   Bitmap 包含了基本圖像編解碼功能，支持特定圖像格式，如果需要支持更多其他圖像格式，windows 提供了 WIC(windows image component)可進行擴展。

   一般情況下，Bitmap 所提供的幾種圖像格式已經可以滿足需求，主要圖像文件格式包括：

  1）BMP

      這是一個標准的非壓縮圖像文件格式，用於存儲設備無關位圖，支持位深包括 1，2，4，8，15（16），24，32，64。

  2）GIF(Graphics Interchange Format)

      該圖像格式常用於網絡傳輸中，采用無損壓縮，支持透明，支持多幀（動畫），其最大位深為 8 位。

  3）PNG(Portable Network Graphics)

     PNG與GIF類似，采用無損壓縮，但支持更大位深，彩色圖像位深可以為 8， 24，48，黑白圖像位深可以為 1，2，4，8，16，同時支持漸進顯示，以及存儲gamma曲線等功能。

  4）JPEG(Joint Photographic Experts Group)

     JPEG采用有損壓縮，通過調整壓縮比例可以控制圖像文件大小。

  5）Exif(Exchangeable Image File)

    Exif 專為數碼相機使用，使用 JPEG 壓縮，同時增加了一些相機拍照時相關信息。

  6）TIFF(Tag Image File Format)

    TIFF是一個靈活可擴展的圖像文件格式，支持任意位深，可采用多種壓縮算法。

 

3 使用Bitmap類

    1）創建Bitmap對象

    可以通過構造函數創建一個Bitmap對象，也可以使用對應的靜態創建一個Bitmap對象，當使用靜態函數創建對象時，在對象使用完成后需要手動刪除。

    創建Bitmap對象的數據源可以為：文件，文件流，內存DIB，內存DDB等，這里只關心文件與內存DIB。

    Bitmap(IN const WCHAR *filename, IN BOOL useEmbeddedColorManagement = FALSE);

    static Bitmap* FromFile(IN const WCHAR *filename, IN BOOL useEmbeddedColorManagement = FALSE);

    filename 為文件名，注意需要使用 unicode 編碼，參數 useEmbeddedColorManagement 為色彩校正相關內容，一般使用默認值即可。

    Bitmap(IN const BITMAPINFO* gdiBitmapInfo, IN VOID* gdiBitmapData);

    static Bitmap* FromBITMAPINFO(IN const BITMAPINFO* gdiBitmapInfo, IN VOID* gdiBitmapData);

    gdiBitmapInfo 為DIB位圖結構體信息，gdiBitmapData 為DIB位圖數據信息。

   2）訪問Bitmap對象數據

    可以通過 LockBits 與 UnlockBits 函數訪問 Bitmap對象數據，首先調用 LockBits 獲得 BitmapData 結構體，然后通過結構體訪問圖像數據，完成后調用 UnlockBits。

    BitmapData  結構體定義如下：

    class BitmapData
   {
       public:
       UINT Width;
       UINT Height;
       INT Stride;
       PixelFormat PixelFormat;
       VOID* Scan0;
       UINT_PTR Reserved;
   };

   Width，Height 表示圖像寬度與高度，PixelFormat 為圖像格式定義，包括：

   #define PixelFormat1bppIndexed (1 | ( 1 << 8) | PixelFormatIndexed | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat4bppIndexed (2 | ( 4 << 8) | PixelFormatIndexed | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat8bppIndexed (3 | ( 8 << 8) | PixelFormatIndexed | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat16bppGrayScale (4 | (16 << 8) | PixelFormatExtended)
   #define PixelFormat16bppRGB555 (5 | (16 << 8) | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat16bppRGB565 (6 | (16 << 8) | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat16bppARGB1555 (7 | (16 << 8) | PixelFormatAlpha | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat24bppRGB (8 | (24 << 8) | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat32bppRGB (9 | (32 << 8) | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat32bppARGB (10 | (32 << 8) | PixelFormatAlpha | PixelFormatGDI | PixelFormatCanonical)
   #define PixelFormat32bppPARGB (11 | (32 << 8) | PixelFormatAlpha | PixelFormatPAlpha | PixelFormatGDI)
   #define PixelFormat48bppRGB (12 | (48 << 8) | PixelFormatExtended)
   #define PixelFormat64bppARGB (13 | (64 << 8) | PixelFormatAlpha | PixelFormatCanonical | PixelFormatExtended)
   #define PixelFormat64bppPARGB (14 | (64 << 8) | PixelFormatAlpha | PixelFormatPAlpha | PixelFormatExtended)
   #define PixelFormat32bppCMYK (15 | (32 << 8))
   #define PixelFormatMax 16

   根據格式可以確定每個像素所占用的位數，如：

   PixelFormat1bppIndexed，PixelFormat4bppIndexed，PixelFormat8bppIndexed 每個像素分別占用1位，4位，8位內存，需要使用查找表以映射到真實顏色；

   PixelFormat16bppGrayScale 是每個像素占用16位（2字節）的黑白圖像；

   PixelFormat16bppRGB555 是每個像素占用16位的彩色圖像，其中，每個RGB分量占用5位，剩下1位內存未使用；

   PixelFormat16bppRGB565 是每個像素占用16位的彩色圖像，其中，RB分量占用5位，G分量占用6位；

   PixelFormat24bppRGB 是每個像素占用24位的真彩色圖像，其中，每個RGB分量占用8位，這是目前很常用的圖像格式；

   PixelFormat32bppARGB 是每個像素占用32位的真彩色圖像，增加了 alpha 通道描述透明色；

   PixelFormat32bppPARGB 是每個像素占用32位的真彩色圖像，P表示RBG分量被預乘以alpha透明分量，這用在半透明圖像融合中；

   .......

   Stride 表示圖像每行字節數，Scan0 位圖像數據指針，這兩個參數需要特別注意：

   當 Stride > 0 時，Scan0 指向圖像內存區域的起始位置；當 Stride < 0 時，Scan0 指向圖像最后一行所在的內存地址；

   之所以如此，我以為是坐標原點差異所引起（僅是猜測）。

   gdi+位圖使用左上角點作為坐標原點，設備無關位圖（DIB）使用左下角作為坐標原點；

   當從DIB構造gdi+位圖時，Scan0 指向DIB圖像最后一行，Stride 小於 0；

   當從文件構造gdi+位圖時，gdi+並不知道該文件所存儲的圖像是有什么數據形成，所以默認以左上角為坐標原點，Scan0 指向數據起始點，Stride 大於0；

   以下示例代碼從文件中構造gdi+位圖，拷貝gdi+數據，再使用拷貝數據從內存DIB中構造位圖：

  

void GdiPlusBitmapTest()
{

    /*
        假定3*3圖像如下：
        i_00 i_01 i_02
        i_10 i_11 i_12
        i_20 i_21 i_22
        當從文件中構造Bitmap時，bit_data.Scan0指向i_00
        當從內存中構造Bitmap時，bit_data.Scan0指向i_20
    */

    // 從文件中構造Bitmap, bit_data.Stride 為正數，bit_data.Scan0指向圖像數據第一行
    Bitmap* bm_f = Bitmap::FromFile(L"1.bmp");

    Gdiplus::BitmapData bit_data;
    Gdiplus::Rect rc(0, 0, bm_f->GetWidth(), bm_f->GetHeight());
    bm_f->LockBits(&rc, ImageLockModeRead, bm_f->GetPixelFormat(), &bit_data);
    BYTE* data = (BYTE*)malloc(bit_data.Height * bit_data.Stride);
    memcpy(data, bit_data.Scan0, bit_data.Height * bit_data.Stride); // 拷貝圖像，用於內存構造GDI+位圖
    bm_f->UnlockBits(&bit_data);

    BYTE buffer[1024];
    memset(buffer, 0, 1024);
    LPBITMAPINFOHEADER  lpBmpInfoHead = (LPBITMAPINFOHEADER)buffer;
    lpBmpInfoHead->biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
    lpBmpInfoHead->biBitCount = bit_data.Stride / bit_data.Width * 8;
    lpBmpInfoHead->biWidth = bit_data.Width;
    lpBmpInfoHead->biHeight = bit_data.Height;
    lpBmpInfoHead->biPlanes = 1;
    lpBmpInfoHead->biCompression = BI_RGB;


    // 從內存構造Bitmap，bit_data.Stride 為負數，bit_data.Scan0指向圖像數據最后一行
    Bitmap* bm_mem = Bitmap::FromBITMAPINFO((LPBITMAPINFO)lpBmpInfoHead, data);
    
    Gdiplus::Rect rc_u(0, 0, bm_mem->GetWidth(), bm_mem->GetHeight());
    bm_mem->LockBits(&rc_u, ImageLockModeRead, bm_mem->GetPixelFormat(), &bit_data);
    // !!!拷貝數據越界!!!
    //memcpy(data, bit_data.Scan0, bit_data.Height * (-bit_data.Stride)); 
    // 需要將 Scan0 移動到圖像第一行位置再拷貝
    memcpy(data, (BYTE*)bit_data.Scan0 + bit_data.Stride * (bit_data.Height - 1), bit_data.Height * (-bit_data.Stride));
    bm_mem->UnlockBits(&bit_data);

    if (!data)
        free(data);

        if(bm_f)
                delete bm_f;

}

     

    參考資料 GDI+ - Win32 apps | Microsoft Docs