windows gdi+ Bitmap 总结

windows gdi+ 是对 windows gdi 的一个c++封装，同时增加了一些扩展功能，如反走样，样条曲线，变换矩阵，图像编解码等。

gdi+ 相对于 gdi 也存在一些不足之处，如 执行效率较低，不支持位运算(gdi可通过位运算实现局部透明)等。

在实际应用中，由于主要做位图相关操作，我比较倾向选择使用 gdi 进行绘图，这样可以得到较高的绘制速度，以及更多的灵活性。

对于 gdi+，我主要关注点在于 Bitmap 类，下面只讨论 Bitmap 类相关内容。

1 使用 gdi+ 的安全考虑

首先，Microsoft 给出了使用 gdi+ 的 Security Considerations，我将其记录下来，以提醒自己。

1）检查构造函数是否成功

通过 Image::GetLastStatus() 函数检查是否成功构造位图，示例代码如下：

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）某些函数调用前需要分配足够内存，代码如下：

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）错误检查，检查函数返回值以确保函数执行成功。

4）线程同步

当一个gdi+对象在多个线程中使用时，gdi+没有提供自动同步机制，需要程序员确保线程同步；

官网同时解释到，某些gdi+函数可能返回ObjectBusy，但不要仅指望该机制实现线程同步，程序员需要使用如互斥量等方式以确保线程同步。

2 Bitmap类所支持文件格式

windows gdi+ 提供了 Image 类处理光栅图像与矢量图像，该类提供一些共有的处理函数，如图像打开，图像保存，图像尺寸等。

对于更多不同的处理函数，Image 分别派生出 Bitmap 与 Metafile l类，Bitmap 负责光栅图像相关处理，Metafile 负责矢量图像相关处理。

Bitmap 包含了基本图像编解码功能，支持特定图像格式，如果需要支持更多其他图像格式，windows 提供了 WIC(windows image component)可进行扩展。

一般情况下，Bitmap 所提供的几种图像格式已经可以满足需求，主要图像文件格式包括：

1）BMP

这是一个标准的非压缩图像文件格式，用于存储设备无关位图，支持位深包括 1，2，4，8，15（16），24，32，64。

2）GIF(Graphics Interchange Format)

该图像格式常用于网络传输中，采用无损压缩，支持透明，支持多帧（动画），其最大位深为 8 位。

3）PNG(Portable Network Graphics)

PNG与GIF类似，采用无损压缩，但支持更大位深，彩色图像位深可以为 8， 24，48，黑白图像位深可以为 1，2，4，8，16，同时支持渐进显示，以及存储gamma曲线等功能。

4）JPEG(Joint Photographic Experts Group)

JPEG采用有损压缩，通过调整压缩比例可以控制图像文件大小。

5）Exif(Exchangeable Image File)

Exif 专为数码相机使用，使用 JPEG 压缩，同时增加了一些相机拍照时相关信息。

6）TIFF(Tag Image File Format)

TIFF是一个灵活可扩展的图像文件格式，支持任意位深，可采用多种压缩算法。

3 使用Bitmap类

1）创建Bitmap对象

可以通过构造函数创建一个Bitmap对象，也可以使用对应的静态创建一个Bitmap对象，当使用静态函数创建对象时，在对象使用完成后需要手动删除。

创建Bitmap对象的数据源可以为：文件，文件流，内存DIB，内存DDB等，这里只关心文件与内存DIB。

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

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

filename 为文件名，注意需要使用 unicode 编码，参数 useEmbeddedColorManagement 为色彩校正相关内容，一般使用默认值即可。

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

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

gdiBitmapInfo 为DIB位图结构体信息，gdiBitmapData 为DIB位图数据信息。

2）访问Bitmap对象数据

可以通过 LockBits 与 UnlockBits 函数访问 Bitmap对象数据，首先调用 LockBits 获得 BitmapData 结构体，然后通过结构体访问图像数据，完成后调用 UnlockBits。

BitmapData  结构体定义如下：

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

Width，Height 表示图像宽度与高度，PixelFormat 为图像格式定义，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

根据格式可以确定每个像素所占用的位数，如：

PixelFormat1bppIndexed，PixelFormat4bppIndexed，PixelFormat8bppIndexed 每个像素分别占用1位，4位，8位内存，需要使用查找表以映射到真实颜色；

PixelFormat16bppGrayScale 是每个像素占用16位（2字节）的黑白图像；

PixelFormat16bppRGB555 是每个像素占用16位的彩色图像，其中，每个RGB分量占用5位，剩下1位内存未使用；

PixelFormat16bppRGB565 是每个像素占用16位的彩色图像，其中，RB分量占用5位，G分量占用6位；

PixelFormat24bppRGB 是每个像素占用24位的真彩色图像，其中，每个RGB分量占用8位，这是目前很常用的图像格式；

PixelFormat32bppARGB 是每个像素占用32位的真彩色图像，增加了 alpha 通道描述透明色；

PixelFormat32bppPARGB 是每个像素占用32位的真彩色图像，P表示RBG分量被预乘以alpha透明分量，这用在半透明图像融合中；

.......

Stride 表示图像每行字节数，Scan0 位图像数据指针，这两个参数需要特别注意：

当 Stride > 0 时，Scan0 指向图像内存区域的起始位置；当 Stride < 0 时，Scan0 指向图像最后一行所在的内存地址；

之所以如此，我以为是坐标原点差异所引起（仅是猜测）。

gdi+位图使用左上角点作为坐标原点，设备无关位图（DIB）使用左下角作为坐标原点；

当从DIB构造gdi+位图时，Scan0 指向DIB图像最后一行，Stride 小于 0；

当从文件构造gdi+位图时，gdi+并不知道该文件所存储的图像是有什么数据形成，所以默认以左上角为坐标原点，Scan0 指向数据起始点，Stride 大于0；

以下示例代码从文件中构造gdi+位图，拷贝gdi+数据，再使用拷贝数据从内存DIB中构造位图：

void GdiPlusBitmapTest()
{

    /*
        假定3*3图像如下：
        i_00 i_01 i_02
        i_10 i_11 i_12
        i_20 i_21 i_22
        当从文件中构造Bitmap时，bit_data.Scan0指向i_00
        当从内存中构造Bitmap时，bit_data.Scan0指向i_20
    */

    // 从文件中构造Bitmap, bit_data.Stride 为正数，bit_data.Scan0指向图像数据第一行
    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); // 拷贝图像，用于内存构造GDI+位图
    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;

    // 从内存构造Bitmap，bit_data.Stride 为负数，bit_data.Scan0指向图像数据最后一行
    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);
    // !!!拷贝数据越界!!!
    //memcpy(data, bit_data.Scan0, bit_data.Height * (-bit_data.Stride));
    // 需要将 Scan0 移动到图像第一行位置再拷贝
    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;

}

参考资料 GDI+ - Win32 apps | Microsoft Docs