C# 中的无闪烁绘图

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引言

无闪烁的动画绘图曾经是 Win32 和 MFC 中一个非常热门的问题。有许多优秀的文章解释了实现无闪烁动画效果的技术。正如许多读者所知，最流行的技术是使用屏幕外 DC（设备上下文）来完成所有复杂的绘图，然后将该屏幕外 DC 直接复制到屏幕 DC。这种技术也称为双缓冲。

微软将 C# 定位为 C++ 程序员的未来。因此，像许多其他 C++ 程序员一样，我利用我的一些业余时间来玩 C#，以感受它。几天前，我正在尝试用 C# 编写一个应用程序来模拟一个模拟时钟。在建立了一个基本框架并看到我的时钟工作（当然有闪烁）后，我很高兴能够使用旧的双缓冲技术让我的时钟流畅地动画。但我的第一个困境是，我找不到像 CreateCompatibleDC、CreateCompatibleBitmap 和 SelectObject 等函数。于是我开始搜索 MSDN 并研究 Graphics 类。经过一些研究，我找到了两种实现平滑动画效果的方法，我将在下面解释这些技术。

旧式双缓冲技术

我很高兴得知 C# 中有一种方法可以使用旧的 Win32 技术来实现平滑动画。虽然找不到像 CreateCompatibleDC、CreateCompatibleBitmap 和 SelectObject 这样的函数的直接实现，但有一个间接的方法可以为您的 GDI+ 设备上下文使用这些函数。这个想法是让 C# 知道您将使用非托管 DLL 中的一些函数。您可以使用 DllImport 属性导入 DLL 导出的函数。关于 DllImport 的详细文档可以在 .NET 文档中找到。简而言之，借助 DllImport，我们可以告诉编译器我们将使用指定 DLL 中指定的函数。例如，

[DllImport("msvcrt.dll")] 
public static extern int puts(string c);

上面的声明将使用 static 和 extern 属性声明名为 puts 的函数，该函数的实际实现将从 msvcrt.dll 导入。我使用 DllImport 从 gdi32.dll 导入所有必需的函数。为了保持事物的托管性，我声明了一个单独的类来导入所有这些函数。下面的代码显示了这个类的实际实现

/// <summary>
/// Summary description for Win32Support.
/// Win32Support is a wrapper class that imports all the 
/// necessary functions that are used in old
/// double-buffering technique for smooth animation.
/// </summary>
public class Win32Support
{
    /// <summary>
    /// Enumeration to be used for those Win32 function 
    /// that return BOOL
    /// </summary>
    public enum Bool 
    {
        False = 0,
        True
    };

    /// <summary>
    /// Enumeration for the raster operations used in BitBlt.
    /// In C++ these are actually #define. But to use these
    /// constants with C#, a new enumeration type is defined.
    /// </summary>
    public enum TernaryRasterOperations
    {
        SRCCOPY = 0x00CC0020, // dest = source
        SRCPAINT = 0x00EE0086, // dest = source OR dest
        SRCAND = 0x008800C6, // dest = source AND dest
        SRCINVERT = 0x00660046, // dest = source XOR dest
        SRCERASE = 0x00440328, // dest = source AND (NOT dest)
        NOTSRCCOPY = 0x00330008, // dest = (NOT source)
        NOTSRCERASE = 0x001100A6, // dest = (NOT src) AND (NOT dest)
        MERGECOPY = 0x00C000CA, // dest = (source AND pattern)
        MERGEPAINT = 0x00BB0226, // dest = (NOT source) OR dest
        PATCOPY = 0x00F00021, // dest = pattern
        PATPAINT = 0x00FB0A09, // dest = DPSnoo
        PATINVERT = 0x005A0049, // dest = pattern XOR dest
        DSTINVERT = 0x00550009, // dest = (NOT dest)
        BLACKNESS = 0x00000042, // dest = BLACK
        WHITENESS = 0x00FF0062, // dest = WHITE
    };

    /// <summary>
    /// CreateCompatibleDC
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true, 
        SetLastError=true)]
    public static extern IntPtr CreateCompatibleDC(IntPtr hDC);

    /// <summary>
    /// DeleteDC
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true, 
        SetLastError=true)]
    public static extern Bool DeleteDC(IntPtr hdc);

    /// <summary>
    /// SelectObject
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true)]
    public static extern IntPtr SelectObject(IntPtr hDC, 
        IntPtr hObject);

    /// <summary>
    /// DeleteObject
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true, 
        SetLastError=true)]
    public static extern Bool DeleteObject(IntPtr hObject);

    /// <summary>
    /// CreateCompatibleBitmap
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true, 
        SetLastError=true)]
    public static extern IntPtr CreateCompatibleBitmap(
        IntPtr hObject, int width, int height);

    /// <summary>
    /// BitBlt
    /// </summary>
    [DllImport("gdi32.dll", ExactSpelling=true, 
        SetLastError=true)]
    public static extern Bool BitBlt(
        IntPtr hObject, 
        int nXDest, int nYDest, 
        int nWidth, int nHeight, 
        IntPtr hObjSource, int nXSrc, int nYSrc, 
        TernaryRasterOperations dwRop);
}

现在我可以使用这个 Win32Support 类来使用我旧的技术。下面的代码片段展示了如何通过 Win32Support 在您的 Form 类中创建一个内存 DC。

Graphics memDC; 
Bitmap memBmp; 
memBmp = new Bitmap(this.Width, this.Height); 

Graphics clientDC = this.CreateGraphics(); 
IntPtr hdc = clientDC.GetHdc(); 
IntPtr memdc = Win32Support.CreateCompatibleDC(hdc); 
Win32Support.SelectObject(memdc, memBmp.GetHbitmap()); 
memDC = Graphics.FromHdc(memdc); 
clientDC.ReleaseHdc(hdc);

这里有一个重要的注意事项：对某个 DC 上的 Graphics.GetHdc 函数的每次调用都必须与对 Graphics.ReleaseHdc 的调用配对。MSDN 关于此问题的说法是：“GetHdc 和 ReleaseHdc 方法的调用必须成对出现。在 GetHdc-ReleaseHdc 方法对的作用域内，通常只进行 GDI 函数的调用。在该作用域内对 Graphics 对象（生成 hdc 参数）的 GDI+ 方法的调用会因 ObjectBusy 错误而失败。此外，GDI+ 会忽略在随后的操作中对 hdc 参数的 Graphics 对象所做的任何状态更改。”

一旦您拥有了 memDC，您就可以使用它进行屏幕外绘图，然后我们将使用 BitBlt 将 memDC 的内容复制到实际的屏幕 DC。

Graphics clientDC = this.CreateGraphics(); 
// do drawing in memDC 
// do drawing in memDC 
// do drawing in memDC 
IntPtr hdc = clientDC.GetHdc(); 
IntPtr hMemdc = memDC.GetHdc(); 

// transfer the bits from memDC to clientDC 
Win32Support.BitBlt(hdc, 0, 0, this.Width, this.Height, 
    hMemdc, 0, 0, Win32Support.TernaryRasterOperations.SRCCOPY); 

clientDC.ReleaseHdc(hdc); 
memDC.ReleaseHdc(hMemdc);

这将对您一直在尝试实现的动画产生显著影响。

当您单击“屏幕外绘图使用 BitBlt”单选按钮时，示例应用程序将使用此技术。

旧式双缓冲技术（.NET 方式）

幸运的是，我们可以在没有任何 Win32 API 直接帮助的情况下实现相同的目标。与 MFC 相比，.NET 中的图像渲染非常简单高效。Graphics 类中有两个函数用于在屏幕上渲染您的 Image 对象，它们是 DrawImage 和 DrawImageUnscaled。使这些函数重要的事实是，.NET 在后台始终使用 BitBlt 将图像渲染到 DC。因此，如果我们能够在 Image 对象中进行屏幕外绘图，我们就可以使用这些函数直接将该对象渲染到 DC，并获得平滑的动画效果。

技术是相同的，但实现方式略有不同。在下面的代码片段中，我们使用 Bitmap 对象进行屏幕外绘图。要在某个 Image 对象上进行绘图，它必须附加到一个 Graphics 对象。我们可以使用 Graphics 的静态成员函数 FromImage 从 Image 对象创建一个新的 Graphics 对象。一旦我们从某个 Image 对象获取了一个 Graphics 对象，在该 Graphics 对象上进行的任何绘图实际上都会更改 Image。

Bitmap offScreenBmp; 
Graphics offScreenDC; 
offScreenBmp = new Bitmap(this.Width, this.Height); 
offScreenDC = Graphics.FromImage(offScreenBmp);

前提是我们已按照上面示例所示创建了 offScreenDC，我们可以根据下面的代码片段实现双缓冲技术。

Graphics clientDC = this.CreateGraphics(); 
// do drawing in offScreenDC 
// do drawing in offScreenDC 
// do drawing in offScreenDC 
clientDC.DrawImage(offScreenBmp, 0, 0);

我推荐这种技术，因为它不涉及任何对**非托管**代码的调用，并且本质上更简单。

当您单击“屏幕外绘图使用 Image”单选按钮时，示例应用程序将使用此技术。