Windows 窗口以及渲染相关-Aet

Bingliaolong 2024-06-15 17:07 Aet | 隐藏边栏 | 抢沙发 | 16 0

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程序A盖着程序B上面

关于鼠标的消息响应问题

为什么点击公共区域，响应的是上面那个
1. Windows操作系统按照Z顺序处理窗口，这意味着最上层的窗口优先接收输入事件
2. 操作系统使用Hit Testing方法，根据点击坐标判断哪个窗口包含该坐标

关于未被遮盖部分的显示问题

概述

在Windows操作系统中，窗口的渲染由窗口管理器和图形设备接口（GDI）处理
当一个窗口覆盖另一个窗口时，Windows会管理这些窗口的绘制区域，并确保每个窗口都能正确地显示其可见部分

窗口重叠的处理：

剪裁区域
1. 每个窗口都有一个剪裁区域，表示该窗口当前可见的部分
2. 当一个窗口部分被另一个窗口覆盖时，Windows会计算被覆盖窗口的可见区域，并只绘制这部分内容
无效区域
1. 当窗口被移动、调整大小或被其他窗口覆盖时，系统会将需要重绘的区域标记为无效区域
2. 无效区域会在下一次WM_PAINT消息处理中被重绘
Z序（Z-order）
1. Windows窗口系统维护一个Z序列表，用于管理窗口的前后顺序
2. 最前面的窗口会首先被绘制，依次往后绘制
3. 当窗口A覆盖窗口B时，窗口A的可见部分会覆盖B的对应部分，但B未被覆盖的部分仍然会显示

渲染过程

当一个窗口被部分覆盖时，Windows会根据窗口的Z序来决定哪些部分需要重绘，步骤如下：
计算无效区域：
1. 当窗口A覆盖窗口B时，系统会计算出窗口B的无效区域，即需要重绘的部分
发送WM_PAINT消息：
1. 对于无效区域，系统会发送WM_PAINT消息给对应的窗口，通知它们进行重绘
2. 窗口B会接收到WM_PAINT消息并重绘其未被覆盖的部分
绘制窗口内容：
1. 每个窗口在处理WM_PAINT消息时，会根据其剪裁区域绘制内容
2. 窗口B只会绘制其可见的部分，即未被窗口A覆盖的部分

无效区域和裁剪区域的理解

无效区域
1. 无效区域由系统计算，解决“哪里需要更新”的问题
裁剪区域
1. 裁剪区域由程序设定，解决“允许在哪里绘制”的问题
一句话总结
1. 裁剪区域是程序定义的绘图允许范围（比如一个正方向窗口我通过代码让它显示成圆心窗口），无效区域是系统标记的重绘需求范围（比如这个圆形窗口或其他窗口被遮盖部分，或因为移动、改变大小，被系统计算出需要重绘的部分）

关于消息的传递

当你在桌面上点击程序A的界面时，输入设备（如鼠标或键盘）会生成硬件中断
这些中断被操作系统处理，然后转化为相应的输入消息（如鼠标点击消息WM_LBUTTONDOWN）
这些输入消息首先会进入操作系统维护的系统消息队列
1. 系统消息队列是全局的，用于暂时存储系统范围内的输入事件
操作系统会从系统消息队列中取出消息，并根据消息的目标窗口，将消息分发到相应的线程消息队列中
1. 操作系统根据输入事件的坐标来确定目标窗口
  会选择Z序列表里面第一个匹配的窗口
  操作系统使用Hit Testing方法，根据点击坐标判断哪个窗口包含该坐标
2. 每个窗口与创建它的线程关联
  操作系统根据目标窗口找到相应的线程
3. 操作系统将消息从系统消息队列中移出，并放入目标线程的消息队列中
每个GUI线程都有一个消息循环，它从线程的消息队列中提取消息
1. 并将消息分发到相应的窗口过程函数

关于线程的消息循环

只有当线程调用了用户界面相关的API（如CreateWindow、PeekMessage或GetMessage）时，操作系统才会为该线程创建消息队列
1. 这是为了优化资源使用，避免为不需要消息处理的线程创建不必要的消息队列
至于怎么检测到我调用了这些函数：
1. 是通过内部的函数调用和检测机制实现的
用户模式调用：
1. 当应用程序调用CreateWindow或CreateWindowEx函数时，这些函数属于User32.dll库提供的用户模式API
2. CreateWindow和CreateWindowEx实际上是高级API，它们内部会调用更多底层的API和函数来完成窗口的创建
内部API调用：
1. CreateWindow和CreateWindowEx最终会调用CreateWindowStation、CreateDesktop和NtUserCreateWindow等更低层次的API
2. 这些低层次API负责实际的窗口创建工作，并进行与窗口管理相关的各种操作
在底层API（如NtUserCreateWindow）调用之前，User32.dll会首先检查当前线程是否已经有消息队列
1. 这是通过内部的线程数据结构和状态标志来实现的
2. 每个线程都有一个线程本地存储区，用于存储线程特定的数据
3. Windows使用TLS来跟踪每个线程的消息队列状态
如果当前线程还没有消息队列，User32.dll会调用相应的内部函数来创建消息队列
1. 这些函数会与内核模式的窗口管理器组件（如Win32k.sys）交互，分配和初始化消息队列数据结构

对于窗口管理器

概述

窗口管理器是由Windows操作系统的内核和用户模式组件共同管理的
在Windows中，窗口管理器的主要职责是处理窗口的创建、销毁、移动、调整大小、层次管理以及输入事件的分发等

用户模式组件

用户模式下的窗口管理器包括User32.dll和GDI32.dll
User32.dll负责窗口管理的核心功能，如窗口的创建、消息处理、输入事件的分发等
GDI32.dll则负责图形设备接口的实现，提供绘图功能

内核模式组件

内核模式下的窗口管理器包括Win32k.sys，负责低级别的图形和窗口管理操作，如窗口的合成和渲染

窗口在创建后是怎么被窗口管理器接管的？

在创建窗口之前，应用程序需要注册一个窗口类（使用RegisterClass或RegisterClassEx）
1. 窗口类包含窗口过程的指针，用于处理窗口消息
应用程序调用CreateWindowEx（或CreateWindow）函数来创建一个窗口
1. 这是一个User32.dll提供的函数
CreateWindowEx函数调用User32.dll，User32.dll负责创建窗口并分配资源，如窗口句柄HWND
1. User32.dll会将窗口信息记录在系统的窗口数据结构中
User32.dll与内核模式组件Win32k.sys交互，将窗口信息传递给内核，确保窗口被正确地管理和渲染
在窗口创建成功后，窗口管理器接管窗口的管理
1. 它负责窗口的消息分发、Z序管理（前后顺序）、输入事件处理等

是窗口管理器调用GDI进行绘制窗口的吗？

当窗口需要绘制时（例如，窗口的无效区域需要重绘），窗口管理器会发送WM_PAINT消息给窗口
在BeginPaint和EndPaint之间，应用程序使用GDI函数进行绘制
1. GDI（图形设备接口）是Windows提供的用于绘制图形和文本的API

case WM_PAINT: {

PAINTSTRUCT ps;

HDC hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);

// 使用GDI函数进行绘制

RECT rect;

GetClientRect(hWnd, &rect);

DrawText(hdc, "This is a sample text", -1, &rect, DT_CENTER | DT_VCENTER | DT_SINGLELINE);

EndPaint(hWnd, &ps);

return 0;

}

内核模式处理：
1. GDI函数调用会通过User32.dll和GDI32.dll传递到内核模式组件Win32k.sys
2. Win32k.sys负责实际的绘制操作，将绘制指令发送到显卡驱动进行渲染

关于Z序列表

概述

Windows操作系统的Z序列表（Z-order list）是由窗口管理器维护的，保存在内核空间
1. 具体来说，这些信息由操作系统的图形子系统（Windows Graphics Subsystem）管理，尤其是Win32k.sys驱动程序
2. 这些数据结构不直接暴露给用户模式代码，但它们的管理和操作由系统提供的API间接进行

内核空间

Z序列表是由内核模式组件管理的，包括Win32k.sys驱动程序
这个驱动程序负责维护所有顶层窗口的Z序顺序

图形子系统

图形子系统（Windows Graphics Subsystem）是Windows操作系统的一部分，负责处理所有与图形和窗口管理相关的操作
这个子系统在内核模式下运行，确保对窗口的管理和渲染是高效且安全的

关于图形设备接口

概述

图形设备接口（Graphics Device Interface，GDI）是Windows操作系统的核心组件之一，负责与图形输出设备（如显示器和打印机）进行交互
GDI提供了一套API，用于绘制图形、显示文本和管理图形对象

概念

图形设备上下文（Device Context, DC）
1. 图形设备上下文是一个数据结构，包含了绘图属性和绘图状态
2. 通过设备上下文，应用程序可以绘制图形、文本，并与图形设备进行交互
3. 设备上下文通常用一个句柄（HDC）来表示

1	HDC hdc = GetDC(hWnd); // 获取设备上下文句柄

图形对象
1. GDI使用一系列图形对象来描述绘图属性，包括笔（Pen）、刷子（Brush）、字体（Font）、调色板（Palette）等
2. 这些对象需要选择到设备上下文中，才能应用于绘图操作

1 2	HPEN hPen = CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0)); // 创建红色实线笔 SelectObject(hdc, hPen); // 选择笔到设备上下文中

绘图操作
1. GDI提供了丰富的绘图函数，用于绘制直线、矩形、椭圆、多边形、位图、文本等

1 2	MoveToEx(hdc, 10, 10, NULL); // 移动到起点 LineTo(hdc, 100, 100); // 绘制直线

主要功能

绘制图形
1. GDI提供了绘制基本图形的函数，如直线、矩形、椭圆、多边形等

1 2	Rectangle(hdc, 10, 10, 200, 200); // 绘制矩形 Ellipse(hdc, 50, 50, 150, 150); // 绘制椭圆

显示文本
1. GDI支持在窗口和设备上下文中绘制文本，支持不同的字体、颜色和对齐方式

1	TextOut(hdc, 10, 10, "Hello, GDI!", 10); // 绘制文本

管理图形对象
1. GDI使用图形对象来定义绘图属性，如笔、刷子、字体、调色板等
2. 应用程序可以创建、选择和删除这些对象

1 2	HBRUSH hBrush = CreateSolidBrush(RGB(0, 255, 0)); // 创建绿色刷子 SelectObject(hdc, hBrush); // 选择刷子到设备上下文中

位图操作
1. GDI支持位图操作，可以加载、显示、操作位图图像
2. 支持的格式包括BMP、JPEG、PNG等

1 2	HBITMAP hBitmap = LoadImage(NULL, "example.bmp", IMAGE_BITMAP, 0, 0, LR_LOADFROMFILE); SelectObject(hdc, hBitmap); // 选择位图到设备上下文中

打印支持
1. GDI提供了与打印设备交互的功能，支持打印预览、分页打印和打印属性设置

每个应用程序会有一个图形设备上下文吗

在Windows操作系统中，每个应用程序可能有多个图形设备上下文（Device Context, DC），具体取决于应用程序的需要
窗口设备上下文
1. 与窗口相关联的设备上下文，用于在窗口的客户区内绘图

1	HDC hdc = GetDC(hWnd); // 获取窗口设备上下文句柄

客户区设备上下文（Client DC）
1. 仅用于窗口的客户区

1	HDC hdc = GetDCEx(hWnd, NULL, DCX_WINDOW \| DCX_CACHE);

屏幕设备上下文（Screen DC）
1. 与整个屏幕相关联的设备上下文，用于在屏幕上绘图

1	HDC hdc = GetDC(NULL); // 获取屏幕设备上下文句柄

打印机设备上下文
1. 与打印机相关联的设备上下文，用于打印操作

1	HDC hdcPrinter = CreateDC("WINSPOOL", printerName, NULL, NULL); // 创建打印机设备上下文

示例

窗口绘图
1. 当应用程序需要在窗口内绘制内容时，会获取窗口设备上下文或客户区设备上下文

HDC hdc = GetDC(hWnd); // 获取窗口设备上下文

// 绘图操作

ReleaseDC(hWnd, hdc); // 释放设备上下文

离屏绘图
1. 当应用程序需要在内存中绘制内容（如双缓冲技术），以减少屏幕闪烁时，会使用内存设备上下文

HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdc); // 创建内存设备上下文

HBITMAP hBitmap = CreateCompatibleBitmap(hdc, width, height); // 创建兼容位图

SelectObject(hdcMem, hBitmap); // 选择位图到内存设备上下文

// 在内存设备上下文中绘图

BitBlt(hdc, 0, 0, width, height, hdcMem, 0, 0, SRCCOPY); // 将内存中的内容复制到屏幕上

DeleteDC(hdcMem); // 删除内存设备上下文

DeleteObject(hBitmap); // 删除位图对象

打印
1. 当应用程序需要打印内容时，会创建打印机设备上下文

DOCINFO di = { sizeof(DOCINFO), "My Document" };

StartDoc(hdcPrinter, &di); // 开始打印文档

StartPage(hdcPrinter); // 开始打印页面

// 打印操作

EndPage(hdcPrinter); // 结束打印页面

EndDoc(hdcPrinter); // 结束打印文档

DeleteDC(hdcPrinter); // 删除打印机设备上下文

GDI和GDI+

概述

都是Windows操作系统中的图形处理API
但它们在功能、性能和编程模型上有显著区别

GDI

GDI是Windows操作系统中最早的图形处理API之一，自Windows 1.0以来一直存在
GDI直接与图形设备（如显示器和打印机）交互，主要用于绘制基本的2D图形和文本
GDI提供的图形功能相对有限，主要包括基本的形状绘制（如线条、矩形、椭圆）、位图操作和简单的文本绘制
GDI的绘图操作主要是基于像素的，缺乏高级的绘图功能（如反锯齿、透明度和复杂的变换）
由于GDI直接与硬件交互，其性能在某些情况下可能优于GDI+，特别是在处理简单的图形操作时

GDI+

GDI+是GDI的增强版，提供了更丰富的图形功能和更现代化的编程接口
GDI+采用面向对象的设计，提供了更高层次的抽象，使用起来比GDI更简洁和直观
GDI+支持高级图形功能，如反锯齿、透明度、渐变、纹理填充、复杂变换和图形路径等
GDI+提供了更强大的文本处理功能，支持复杂的文本布局和格式设置
GDI+的绘图操作主要是基于矢量的，支持更高质量的图形输出
由于GDI+提供了更多的高级功能，其性能在某些情况下可能不如GDI，特别是在需要大量绘图操作时

CPU还是GPU渲染

GDI
1. GDI主要使用CPU进行渲染
2. 虽然在某些情况下，GDI会利用显卡的硬件加速功能（例如通过DirectDraw），但大部分的绘图操作还是由CPU完成的
3. GDI的设计和实现主要是基于软件渲染
GDI+
1. GDI+主要使用CPU进行渲染

绘制异形窗口

概述

绘制异形窗口是一个涉及窗口区域（Window Region）和图形处理的任务
在Windows应用程序中，异形窗口是通过设置窗口的区域来实现的

步骤

定义窗口的形状：创建一个复杂的区域来定义窗口的形状
设置窗口区域：将该区域应用到窗口上，使其具有特定的形状

使用GDI

使用GDI的区域函数（如CreateRectRgn、CreateEllipticRgn、CreatePolygonRgn等）创建一个复杂的区域
使用SetWindowRgn函数将该区域应用到窗口，使窗口具有特定的形状

使用GDI+

使用GDI+的GraphicsPath对象创建复杂的形状
使用Region类将GraphicsPath对象转换为区域
使用SetWindowRgn函数将该区域应用到窗口

关于Skia

概述

一个开源的2D图形库
支持多种操作系统，包括Windows、macOS、Linux、Android和iOS
提供了丰富的图形功能，包括路径绘制、位图操作、反锯齿、渐变填充、图像滤镜、阴影等
利用硬件加速（如GPU）来提升绘图性能，同时也提供了软件渲染的支持
Skia使用C++进行开发，提供了面向对象的编程接口

硬件加速是怎么做的

Skia可以通过使用GPU（图形处理单元）来加速图形渲染
与传统的CPU渲染相比，GPU在处理并行计算任务（如图形渲染）时具有更高的效率
Skia支持多种GPU图形API，包括OpenGL、Vulkan和Direct3D
OpenGL：
1. Skia通过Skia's Ganesh（其GPU图形子系统）来支持OpenGL
2. Ganesh负责将Skia的绘图命令转换为OpenGL命令，从而在GPU上执行渲染操作
Vulkan:
1. 是一个现代的低开销、高性能的图形和计算API
2. Skia对Vulkan的支持允许它在支持Vulkan的设备上利用该API进行硬件加速渲染
Direct3D:
1. Skia也支持Direct3D，这是Windows平台上的一种广泛使用的图形API
2. 通过Direct3D，Skia可以在Windows设备上利用GPU进行加速渲染
硬件加速的优点
1. 并行处理
  GPU能够同时处理大量的图形计算任务，特别适合用于处理复杂的图形操作（如反锯齿、多边形填充、纹理映射等）
  这使得绘图操作可以并行进行，而不是在CPU上串行处理，从而大幅提升渲染性能
2. 专用硬件单元
  
  GPU包含专门设计用于图形渲染的硬件单元，如着色器单元、纹理单元和光栅化单元
  这些硬件单元能够高效地执行特定的图形操作，比通用处理器更快
示例：
1. 一个使用Skia和OpenGL进行硬件加速渲染的简单示例：

#include "include/core/SkCanvas.h"

#include "include/core/SkGraphics.h"

#include "include/core/SkSurface.h"

#include "include/gpu/gl/GrGLInterface.h"

#include "include/gpu/GrDirectContext.h"

void draw(SkCanvas* canvas) {

SkPaint paint;

paint.setColor(SK_ColorRED);

paint.setAntiAlias(true);

canvas->drawCircle(400, 300, 100, paint);

}

int main() {

// 初始化Skia和OpenGL

SkGraphics::Init();

auto interface = GrGLMakeNativeInterface();

auto context = GrDirectContext::MakeGL(interface);

SkImageInfo info = SkImageInfo::MakeN32Premul(800, 600);

auto surface = SkSurface::MakeRenderTarget(context.get(), SkBudgeted::kNo, info);

auto canvas = surface->getCanvas();

// 绘制内容

draw(canvas);

// 显示绘制结果

surface->flushAndSubmit();

// 清理资源

context->abandonContext();

SkGraphics::Term();