《C# GDI+ 破境之道》：第一境 GDI+基础 —— 第一节：画直线

今天正式开一本新书，《C# GDI+ 破镜之道》，同样是破镜之道系列丛书的一分子。

关于GDI+呢，官方的解释是这样的：

GDI+ 是 Microsoft Windows 操作系统的窗体子系统应用程序编程接口 (API)。 GDI+ 是负责在屏幕和打印机上显示的信息。 顾名思义，GDI+ 是包含 GDI 与早期版本的 Windows 图形设备接口的后续版本。

 好，两个关键信息：

1. 窗体子系统应用的编程接口
2. 图形设备接口

充分说明了GDI+的应用场景与用途。需要了解更多呢，就去查阅一下吧。

本书的开始，不打算去解释一些枯燥的概念，比如什么是Graphics、Brush、Pen甚至是Color；第一境毕竟是基础，我打算先带大家玩儿，等玩儿开了、玩儿嗨了，咱们再来总结这些概念，就会相当好理解了。咱们就先从最基本的画元素开始吧：）

本节，主要是说道一下如何使用GDI+画直线。体育老师说了，两点确定一条直线，那么，画直线的关键呢，就是确定两个点了。音乐老师也说了，直线呢，是向两边无限延长的，木有尽头。那我们还是别挑战无极限了，所以，咱们在这里说的画直线呢，其实是画线段。

这是我建立的一个简单的WinForm窗体（FormDrawLines）。 摆了几个按钮，用来绘制各种不同的线条以及展示不同线条的特性。

两个辅助按钮，用来切换线条的颜色和窗体是否使用双缓冲。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Drawing2D;
using System.Windows.Forms;

public partial class FormDrawLines : Form
{
    private Random random = null;
    private Color penColor = Color.Transparent;
    private Point lastMouseDownLocation = Point.Empty;
    private bool startDrawPointToPointLine = false;
    private bool startDrawFollowMouseLine = false;

    public FormDrawLines()
    {
        InitializeComponent();
        random = new Random(DateTime.Now.Millisecond);
        penColor = Color.White;
    }

……

}

几个辅助方法，不是本节重点，这里简单说明一下用途，一笔带过：P

1、获取画布中的一个随机点

private Point GetRandomPoint()
{
    return new Point(random.Next(0, ClientRectangle.Width), random.Next(0, ClientRectangle.Height - pnlToolbox.Height));
}

2、显示信息，其中，lblInformation为一个Label控件。

private void ShowInformation(string message)
{
    lblInformation.Text = message;
}

3、切换线条颜色，其中，colors为ColorDialog组件。

private void btnChangePenColor_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (colors.ShowDialog(this) == DialogResult.OK)
    {
        penColor = colors.Color;
    }
}

4、切换是否使用双缓冲

private void btnSwitchDoubleBuffered_Click(object sender, EventArgs e)
{
    DoubleBuffered = !DoubleBuffered;

    ShowInformation($"二级缓冲：{DoubleBuffered}。");
}

下面是本节的重点：

1、随机画线

private void btnDrawRandomLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var pointA = GetRandomPoint();
    var pointB = GetRandomPoint();

    using (var g = CreateGraphics())
    using (var pen = new Pen(penColor, 2f))
    {
        g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
        g.DrawLine(pen, pointA, pointB);
    }

    ShowInformation($"画随机线，{pointA}->{pointB}。");
}

g.Clear(SystemColors.AppWorkspace); 是用来清屏的。

关键方法是

//
// Summary:
//     Draws a line connecting two System.Drawing.Point structures.
//
// Parameters:
//   pen:
//     System.Drawing.Pen that determines the color, width, and style of the line.
//
//   pt1:
//     System.Drawing.Point structure that represents the first point to connect.
//
//   pt2:
//     System.Drawing.Point structure that represents the second point to connect.
//
// Exceptions:
//   T:System.ArgumentNullException:
//     pen is null.
public void DrawLine(Pen pen, Point pt1, Point pt2);

这是画线的最基础方法，给一根笔、两个点，就可以在画布上作画了：）

• 笔，决定了线的颜色及粗细；
• 两点，决定了线的位置及长度；

应该不难理解。

2、消除锯齿

通过“随机画线”，我们发现，画出的线边缘锯齿状严重，垂直和水平线还好，带点角度就惨不忍睹了。还好，GDI+为我们提供了一系列消除锯齿的选项，虽然有时也很难差强人意，不过总的来说还是可以接受的。

private void btnDrawSmoothLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var pointA = GetRandomPoint();
    var pointB = GetRandomPoint();
    var mode = (SmoothingMode)(random.Next(0, 5));

    using (var g = CreateGraphics())
    using (var pen = new Pen(penColor, 2f))
    {
        g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
        g.SmoothingMode = mode;
        g.DrawLine(pen, pointA, pointB);
    }

    ShowInformation($"消除锯齿，{pointA}->{pointB}，模式：{mode.ToString()}。");
}

关键点在于g.SmoothingMode = mode；为了尽量多的展示平滑模式带来的效果，mode来自于System.Drawing.Drawing2D.SmoothingMode的随机取值；

//
// Summary:
//     Specifies whether smoothing (antialiasing) is applied to lines and curves and
//     the edges of filled areas.
public enum SmoothingMode
{
    //
    // Summary:
    //     Specifies an invalid mode.
    Invalid = -1,
    //
    // Summary:
    //     Specifies no antialiasing.
    Default = 0,
    //
    // Summary:
    //     Specifies no antialiasing.
    HighSpeed = 1,
    //
    // Summary:
    //     Specifies antialiased rendering.
    HighQuality = 2,
    //
    // Summary:
    //     Specifies no antialiasing.
    None = 3,
    //
    // Summary:
    //     Specifies antialiased rendering.
    AntiAlias = 4
}

严格来讲，消除锯齿并不属于画线的范畴，在画其他图形元素时同样有效，他归属于GDI+的2D渲染质量，指定是否将平滑（抗锯齿）应用于直线和曲线以及填充区域的边缘。这一点，需要明确。

 3、画虚线

private void btnDrawDashLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var pointA = GetRandomPoint();
    var pointB = GetRandomPoint();
    var style = (DashStyle)(random.Next(1, 5));

    using (var g = CreateGraphics())
    using (var pen = new Pen(penColor, 2f))
    {
        g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
        g.SmoothingMode = SmoothingMode.HighQuality;
        pen.DashStyle = style;
        g.DrawLine(pen, pointA, pointB);
    }

    ShowInformation($"画虚线，{pointA}->{pointB}，样式：{style.ToString()}。");
}

画虚线的关键点在于制定笔的样式：pen.DashStyle = style；同样，为了多展示集中样式，style取了枚举的随机值；

//
// Summary:
//     Specifies the style of dashed lines drawn with a System.Drawing.Pen object.
public enum DashStyle
{
    //
    // Summary:
    //     Specifies a solid line.
    Solid = 0,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a line consisting of dashes.
    Dash = 1,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a line consisting of dots.
    Dot = 2,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a line consisting of a repeating pattern of dash-dot.
    DashDot = 3,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a line consisting of a repeating pattern of dash-dot-dot.
    DashDotDot = 4,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a user-defined custom dash style.
    Custom = 5
}

没有取0和5，Solid = 0为实线，Custom = 5为自定义样式，我们在第一境里先不介绍这类自定义的用法，容易玩儿不嗨……

4、画线冒

这是一个很朴实的需求，比如我想画一个连接线，一头带箭头，或者两头都带箭头，又或者一头是圆点另一头是箭头等。经常被问到，其实在GDI+中，非常容易实现，甚至还可以指定虚线的线冒，可爱：）

private void btnDrawLineCap_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var pointA = GetRandomPoint();
    var pointB = GetRandomPoint();
    var style = (DashStyle)(random.Next(0, 6));
    var lineCaps = new List<int> { 0, 1, 2, 3, 16, 17, 18, 19, 20, 240 };
    var dashCaps = new List<int> { 0, 2, 3 };
    var startCap = (LineCap)lineCaps[random.Next(0, 10)];
    var endCap = (LineCap)lineCaps[random.Next(0, 10)];
    var dashCap = (DashCap)dashCaps[random.Next(0, 3)];

    using (var g = CreateGraphics())
    using (var pen = new Pen(penColor, 4f))
    {
        g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
        g.SmoothingMode = SmoothingMode.HighQuality;
        pen.DashStyle = style;
        pen.SetLineCap(startCap, endCap, dashCap);
        g.DrawLine(pen, pointA, pointB);
    }

    ShowInformation($"画线冒，{pointA}->{pointB}，起点线冒：{startCap.ToString()}，终点线冒：{endCap.ToString()}，虚线冒：{dashCap.ToString()}，线条样式：{style.ToString()}。");
}

关键点在于pen.SetLineCap(startCap, endCap, dashCap)；同样，startCap, endCap分别取了System.Drawing.Drawing2D.LineCap的随机值；dashCap取了System.Drawing.Drawing2D.DashCap的随机值；

//
// Summary:
//     Specifies the available cap styles with which a System.Drawing.Pen object can
//     end a line.
public enum LineCap
{
    //
    // Summary:
    //     Specifies a flat line cap.
    Flat = 0,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a square line cap.
    Square = 1,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a round line cap.
    Round = 2,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a triangular line cap.
    Triangle = 3,
    //
    // Summary:
    //     Specifies no anchor.
    NoAnchor = 16,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a square anchor line cap.
    SquareAnchor = 17,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a round anchor cap.
    RoundAnchor = 18,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a diamond anchor cap.
    DiamondAnchor = 19,
    //
    // Summary:
    //     Specifies an arrow-shaped anchor cap.
    ArrowAnchor = 20,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a mask used to check whether a line cap is an anchor cap.
    AnchorMask = 240,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a custom line cap.
    Custom = 255
}

//
// Summary:
//     Specifies the type of graphic shape to use on both ends of each dash in a dashed
//     line.
public enum DashCap
{
    //
    // Summary:
    //     Specifies a square cap that squares off both ends of each dash.
    Flat = 0,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a circular cap that rounds off both ends of each dash.
    Round = 2,
    //
    // Summary:
    //     Specifies a triangular cap that points both ends of each dash.
    Triangle = 3
}

同样，我们也可以通过分别设置pen的StartCap、EndCap、DashCap属性来达到相同目的；

 

好了，到这里呢，关于线的基本画法就已经全部介绍完了，感觉有点EZ？ BORED？那么我们就来利用现有的知识，耍个花活？

5、点点连线

这里比简单的画线，稍微复杂一点点，需要两个事件配合：

private void btnDrawPointToPointLine_Click(object sender, EventArgs e)
{
    startDrawPointToPointLine = true;
    lastMouseDownLocation = Point.Empty;

    using (var g = CreateGraphics())
    {
        g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
    }

    ShowInformation($"点点连线，等待起点(鼠标单击画布内任意位置)。");
}

private void FormDrawLines_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (startDrawPointToPointLine)
    {
        if (Point.Empty.Equals(lastMouseDownLocation))
        {
            lastMouseDownLocation = e.Location;
            ShowInformation($"点点连线，起点：{lastMouseDownLocation}，等待终点(鼠标单击画布内任意位置)。");
        }
        else
        {
            using (var g = CreateGraphics())
            using (var pen = new Pen(penColor, 2f))
            {
                g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
                g.SmoothingMode = SmoothingMode.HighQuality;
                g.DrawLine(pen, lastMouseDownLocation, e.Location);
            }

            ShowInformation($"点点连线，{lastMouseDownLocation}->{e.Location}。");

            startDrawPointToPointLine = false;
            lastMouseDownLocation = Point.Empty;
        }
    }
}

原理很简单，当我们点击“点点连线”按钮的时候，激活标记位startDrawPointToPointLine、归位lastMouseDownLocation，并提示需要鼠标操作，选择一个起始点；

 

当我们在画布区域内单击一个下，就触发了FormDrawLines_MouseDown事件， 它会判断，当startDrawPointToPointLine处于激活状态并且lastMouseDownLocation处于原位时，它就把鼠标的当前位置赋值给lastMouseDownLocation，作为线段的起始点位置，并提示需要鼠标操作，选择一个终点；

当我们再次在画布区域内单击一个下，就又触发了FormDrawLines_MouseDown事件， 它会判断，当startDrawPointToPointLine处于激活状态并且lastMouseDownLocation不处于原位时，它就把鼠标的当前位置作为线段的终点位置，并画出线段；然后就是恢复startDrawPointToPointLine为未激活状态，并归位 lastMouseDownLocation；

恐怕要非常适应这种多事件配合的方式了，因为鼠标跟随也是多事件配合一起玩儿的：P

6、鼠标跟随

在点点连线的基础上，我们把标记位换成了startDrawFollowMouseLine；同时，增加了FormDrawLines_MouseMove事件；

private void FormDrawLines_MouseMove(object sender, MouseEventArgs e)
{
    if (startDrawFollowMouseLine && !Point.Empty.Equals(lastMouseDownLocation))
    {
        using (var g = CreateGraphics())
        using (var pen = new Pen(penColor, 2f))
        {
            g.Clear(SystemColors.AppWorkspace);
            g.SmoothingMode = SmoothingMode.HighQuality;
            g.DrawLine(pen, lastMouseDownLocation, e.Location);
        }

        ShowInformation($"鼠标跟随，{lastMouseDownLocation}->{e.Location}。");
    }
}

原理也不难，就是在选了起点以后，鼠标的移动事件会把鼠标的当前位置作为终点，重绘线段，以达到跟随的效果；由于截图也看不出动态效果，就不上图了，有兴趣的童鞋可以Run代码看看效果：）

Okay，关于GDI+画线的部分，我们就到此告一段落了。

篇外话

这里涉及了坐标系，美术老师说：

横坐标，坐标原点左为负，坐标原点右为正，从左到右越来越大；

纵坐标，坐标原点下为负，坐标原点上为正，从下到上越来越大；

但是在GDI+的世界坐标系里，纵坐标的描述正好相反；并且坐标原点初始时在画布的左上角，而不是画布的中央； 用心体会一下：）

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