【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計越來越以來于自包含和自描述功能包形式的軟件組件。這種組件的關(guān)鍵在于它們提供了使用屬性、方法、和事件的程序設(shè)計模型：它們具有提供關(guān)于組件的聲明信息的特性；同時，它們還加入了自己的文檔。 C提供了語言構(gòu)件來直接支持這 些概念，從而使C在創(chuàng)建和使用軟件組件方面非常自然。 C的一些特性有助與創(chuàng)建健壯和穩(wěn)定的應(yīng)用程序：垃圾回收可以自動回收無用對象所占用的內(nèi)存；異常處理提供了一種結(jié)構(gòu)化和可擴(kuò)展的錯誤檢測及恢復(fù)方式；語言的類型安全設(shè)計可以防止引用末初始化變量、數(shù)組下標(biāo)越界，以及執(zhí)行未檢查的類型轉(zhuǎn)換等情形的發(fā)生。 8 C具有一個統(tǒng)一的類型系統(tǒng)。所有的 C類型都繼承自單個根類型 object。因此，所有類型都共有一組通用操作，并且任何類型的值都能夠以一致的方式進(jìn)行存儲、傳遞和操作。此外， C還支持用戶自定義的引用類型和值類型，既允許對 象的動態(tài)分配，也允許輕量結(jié)構(gòu)的內(nèi)聯(lián)存儲。 為了保證 C程序和類庫總能以兼容的方式升級，在 C的設(shè)計中十分強(qiáng)調(diào)版本控制。許多程序設(shè)計語言不太重視這個問題，這導(dǎo)致了使用那些語言編寫的程序常常因為其所依賴的類庫的更新而無法工作。對版本控制的考慮直接影響了 C的設(shè)計，受影響的方面包括分開的 virtual 和 override 修飾符、方法重載的規(guī)則，以及對顯示接口成員聲明的支持等。 C的特點(diǎn) 簡單 C語言設(shè)計的首要目標(biāo)就是簡單，這也正是 C++的致命缺點(diǎn)。通過舍棄一小部分處理控制能力，增加諸如類型安全、 自動垃圾收集等新特點(diǎn)，來最大限度地使語言最簡單。 面向?qū)ο? C是一種完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，所有的元素都要被封裝在類中，它支持所有面向?qū)ο笳Z言的關(guān)鍵概念，包括封裝、繼承和多態(tài)，但它不再支持類的多繼承，只允許但繼承，即一個類只能有一個父親。這是因為在多數(shù)情況下，只需要從一個類的多繼承，從多個基類派生的會帶來很多的問題。整個 C的類模型是建立在 .NET 虛擬對象系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，其對象模型是 .NET 框架的一個組成部分，而不再是語言本身的組成部分。因此，用 C編寫的程序能夠最大程度的與 .NET 支持的其他語言相互操 作，能夠?qū)崿F(xiàn)跨語言的繼承。 類型安全 類型對于編程語言是非常重要的， C實施了最嚴(yán)格類型安全機(jī)制，有效地增強(qiáng)了程序的可靠性。 C借鑒了很多 Visual Basic 語言中增強(qiáng)代碼執(zhí)行可靠性的特點(diǎn)，其中包括：所有動態(tài)分配的對象和數(shù)組都被初始化為 0；雖然局部變量不會被自動初始化，但如果在程序中不初始化就使用，編譯器會發(fā)出警告；對數(shù)組的訪問，會自動進(jìn)行邊界檢查；不能夠?qū)懳捶峙涞膬?nèi)存。 版本控制 C提供了內(nèi)置的版本支持，開發(fā)者可以使用它來確保開發(fā)的組件升級時，會與已有2 開發(fā)背景 9 的系統(tǒng)保持二進(jìn)制的兼容。 靈活與兼容 盡管 C代碼在默認(rèn)時類型安全的，不能使用指針類型，但是在非安全代碼中，仍可以使用指針，并且調(diào)用這些非安全的代碼不會帶來任何問題。 C不是一個封閉的語言，它允許通過遵守 .NET 公用語言規(guī)范 CLS 訪問不同的 API。 C的語言特性 類 C中所有代碼和數(shù)據(jù)都必須包含在類中。不能在類的外部定義變量，而且在類的外部不能編寫任何代碼。類可以擁有構(gòu)造函數(shù)（ constructor）和 (destructor),前者在創(chuàng)建類的某個對象時執(zhí)行，后者在撤消類的某個對象時執(zhí)行。類支持單一繼承性，所有類最終都繼承自 稱為 object 的基類。 C支持版本技術(shù)，這有助于在維護(hù)與類前期版本代碼的可兼容性的同時改進(jìn)類的代碼。 C允許類組合到稱為名字空間的類的集合中。名字空間有它們各自的名稱。并且有助于將類的集合組合到邏輯分組中。 數(shù)據(jù)類型 C有兩種數(shù)據(jù)類型：值類型和引用類型。值類型的數(shù)據(jù)包含真正的值。引用類型的數(shù)據(jù)包含對存儲在內(nèi)存中其他地方的值的引用?；绢愋投紝儆谥殿愋?，比如字符類型（ char）、整數(shù)類型（ int）、浮點(diǎn)類型（ float）、枚舉類型和結(jié)構(gòu)類型。引用類型包含處理對象和數(shù)組的變量。 C有預(yù)定義的引用類型（對 象 object 和字符串 string），也有預(yù)定義的值類型。還可以在代碼中定義自己的值類型和引用類型。最終，所有值類型和引用類型都從稱為 object 的基類型派生而來。 C允許將一種類型的值轉(zhuǎn)換成另一種類型的值。既可以采用隱式轉(zhuǎn)換又可以采用顯示轉(zhuǎn)換。通常，隱式轉(zhuǎn)換會成功并且不會丟失任何信息，顯示轉(zhuǎn)換可能會導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。要進(jìn)行顯示轉(zhuǎn)換時，必須在代碼中寫出類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符。 函數(shù) 函數(shù)是可調(diào)用的代碼段，它可能返回也可能不返回值給最初調(diào)用它的代碼。通常，函數(shù)的代碼段會返回信息，而方法則不返回信息。 C和 CLR 結(jié)合 使用可以提供自動內(nèi)存管理。 C提供了各種運(yùn)算符用于編寫數(shù)學(xué)表達(dá)式和逐位操作表達(dá)式。 C支持很多語句，這些語句允許在代碼中定義各種執(zhí)行分支。 變量 10 變量可以被定義為常量。常量的值在整個代碼執(zhí)行過程中不可以修改。 C為定義和處理事件提供了一種內(nèi)置的機(jī)制。如果編寫了一個執(zhí)行一長串操作的類，可能會希望在操作完成時啟動某個事件。這時，客戶可以預(yù)約該事件并在代碼中捕獲該事件，這樣當(dāng)完成很長的操作時，該事件會通知客戶。 C中的事件處理機(jī)制使用了委托，它們是引用某個函數(shù)的變量。 接口 C支 持接口（ interface） ,接口是指一套功能的屬性、方法和事件的組合。 C類可以實現(xiàn)接口，從而告訴用戶類支持接口中指定的功能，可以在不與任何現(xiàn)有代碼抵觸的情況下開發(fā)接口的實現(xiàn)，這樣將最低限度地減小可兼容性的問題。 屬性 屬性向 CLR 聲明有關(guān)類的其他信息，它允許開發(fā)人員在類上綁定信息 —— 任何信息。例如，可以使用某個屬性在類中嵌入文檔編制信息。屬性還可以用于來中綁定運(yùn)行時信息，定義使用時應(yīng)該如何采取動作。 GDI+簡介 什么是 GDI+ GDI+是 Windows XP 中的一個子系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)在顯示屏幕和打印設(shè)備 輸出有關(guān)信息，它是一組通過 C++類實現(xiàn)的應(yīng)用程序編程接口（ API,Application Programming Interface） ,通過這些 API， GDI+讓程序員在設(shè)計程序時不必考慮到具體的顯示器或打印機(jī)，直接使用由 GDI+提供的類的方法便可以在顯示器或打印機(jī)等輸出設(shè)備上進(jìn)行圖形或文本的輸出，真正做到與設(shè)備無關(guān)。 顧名思義 ， GDI+是以前版本 GDI 的繼承者，出于兼容性考慮， Windows XP 仍然支持以前版本的 GDI，但是在開發(fā)新應(yīng)用程序的時候，開發(fā)人員為了滿足圖形輸出需要應(yīng)該使用 GDI+，因為 GDI+對以前的 Windows 版本中 GDI 進(jìn)行了優(yōu)化，并添加了許多新的功能。 作為圖形設(shè)備接口的 GDI+使得應(yīng)用程序開發(fā)人員在輸出屏幕和打印機(jī)信息的時候無需考慮具體顯示設(shè)備的細(xì)節(jié) ,他們只需調(diào)用 GDI+庫輸出的類的一些方法即可完成圖形操作 ,真正的繪圖工作由這些方法交給特定的設(shè)備驅(qū)動程序來完成。 GDI+使得圖形硬件和應(yīng)用程序相互隔離，從而使開發(fā)人員編寫設(shè)備無關(guān)的應(yīng)用程序變得非常容易。 2 開發(fā)背景 11 GDI+的體系結(jié)構(gòu)圖 GDI+與 GDI、 Directx 一樣，都是開發(fā)圖形應(yīng)用程序的一種方式。 GDI+實際就是GDI 的高 層次的一種封裝類，二著主要用來服務(wù)于圖形、圖象和文本的輸出。惟一不同的是， GDI+在功能上要強(qiáng)大些。另外，二者在編程應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別是， GDI+用一個“無狀態(tài)模型”取代了 GDI 中把選中項目放到設(shè)備環(huán)境（ DC， Device Context）對象上的“狀態(tài)模型”，在 GDI+中每一個繪圖操作都是相互獨(dú)立的。圖形對象（ Graphics object）是繪圖操作中惟一保留的對象。如圖 所示： 圖 GDI+體系結(jié)構(gòu) GDI+的構(gòu)成 從 GDI+所包含的內(nèi)容來看，它主要由以下幾方面構(gòu)成： 二維 幾何圖形的處理 矢量圖形由圖元（如直線、曲線和輪廓等）組成，圖元由坐標(biāo)中的一組點(diǎn)來指定。例如，一條直線可用兩個點(diǎn)來指定，一個矩形可用一個給出其左上角位置的點(diǎn)和一對給出其寬度、高度的數(shù)字來指定。一條簡單路徑可用由直線或曲線連接起來的一組點(diǎn)來指定。 GDI+的 RECT（矩形）類用與存儲矩形的位置和尺寸； PEN 類存儲線條顏色、線寬和線條風(fēng)格的信息； Graphics 類用于繪制直線、矩形及其他圖形；還有幾個 Brush 類存儲用顏色圖案來填充閉合圖形和路徑的方法。 顯示圖象 某些圖象難以或不可能使用矢量圖形技術(shù)來 表示。例如，工具欄中的按扭圖標(biāo)就 12 很難使用直線和曲線的集合來表示。一幅包含一個擁擠的棒球場的高分辨率數(shù)字圖象更難用矢量技術(shù)來創(chuàng)建。這種類型的圖象一般都存儲為位圖，位圖是代表屏幕上單個點(diǎn)的顏色的數(shù)字陣列。用于存儲位圖信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比用于存儲矢量圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。所以在 GDI+中就有幾個類用于處理這些復(fù)雜的位圖信息， CachedBitmap(緩存位圖 )類就是一個例子，該類用于在內(nèi)存中存儲位圖以便快速訪問與顯示位圖。 排版 排版與使用各種各樣的字體、尺寸和風(fēng)格顯示的文本有關(guān)。 GDI+為這一復(fù)雜任務(wù)提供了大 量的函數(shù)來完成各種不同風(fēng)格的文本輸出。 GDI+對文本的一個重要支持，就是文本的反鋸齒輸出，這也是 GDI+的一個新特色，該特色使得在 LCD 屏幕上繪制文本時文本的外觀更加光滑。 GDI+的新特色 與傳統(tǒng)的 GDI 相比， GDI+歸納起來有以下幾方面的新特色。 漸變的畫刷 (Gradient Brushes) 畫刷是用來填充控件、窗口和區(qū)域的一個 GDI 對象。原有的 GDI 僅支持單色的畫刷，如果想畫一個在陽光照耀下的矩形物體，通過 GDI 的畫刷則不能實現(xiàn)光線強(qiáng)弱的立體效果。 GDI+畫刷改變了這一點(diǎn)， GDI+允許用戶創(chuàng)建一個沿路徑或直線漸變的畫刷 ,來填充外形 (shapes),路徑 (paths),區(qū)域 (regions),漸變畫刷同樣也可以畫直線、曲線、路徑，當(dāng)你用一個線形畫刷填充一個外形 (shapes)時，顏色就能夠沿外形逐漸變化。 基數(shù)樣條函數(shù)（ Cardinal Splines） GDI＋ 支持基數(shù)樣條函數(shù)，而 GDI 不支持?；鶖?shù)樣條是一組單個曲線按照一定的順序連接而成的一條較大曲線。樣條由一系列點(diǎn)指定，并通過每一個指定的點(diǎn)。由于基數(shù)樣條平滑地穿過組中的每一個點(diǎn)（不出現(xiàn)尖角），因而它比用直線連接創(chuàng)建的路徑更 精確。 獨(dú)立的路徑對象（ Path Objects） 在 GDI 中，路徑屬于設(shè)備描述表（ DC），在 BeginPath 函數(shù)和 EndPath 后便被新的路徑信息覆蓋，也就是說 GDI 的路徑信息是唯一并且不斷改變的。在 GDI+中，繪圖工作由圖形對象（ Graphics）來完成，并且可以創(chuàng)建多個圖形對象進(jìn)行繪圖，多個圖形對象產(chǎn)生的路徑信息是相對獨(dú)立的，而且不會被新的繪圖操作所覆蓋。你可以創(chuàng)建幾個與Graphics 分開的路徑對象，繪圖操作時路徑對象不被破環(huán)，這樣你就可以多次使用同一2 開發(fā)背景 13 個路徑對象畫路徑了。 變形和矩陣對象 （ Transformations ＆ Matrix Object） GDI+提供了矩陣對象來使圖形在變形（旋轉(zhuǎn)及平移等）時做到簡單且效果平滑。矩形對象存儲了圖形在變化過程中的位置信息。使用矩形除了可以對坐標(biāo)位置信息進(jìn)行變換以外，還可以對色彩空間信息進(jìn)行變換。在 GDI+中通過矩陣運(yùn)算，可以完成包含投射變換在內(nèi)的所有仿射變換。一個矩陣對象總是和一個圖形變換對相聯(lián)系起來，比方說，路徑對象（ PATH）有一個 Transform 方法，它的一個參數(shù)能夠接受矩陣對象的地址，每次路徑繪制時，它能夠根據(jù)變換矩陣?yán)L制。 Alpha 通道合成運(yùn)算（ Alpha Blending） Alpha Blendings 是圖形處理中最常見的一種運(yùn)算方法。在 GDI+中， Alpha Blending不僅運(yùn)用在圖片的合成方面，也體現(xiàn)在畫筆、畫刷與目標(biāo)圖形區(qū)域之間的合成運(yùn)算中，可以在兩幅圖片重疊顯示時，設(shè)置顯示圖片的透明度來合成圖片，真正做到透明。 多種圖像格式支持 圖像在圖形界面程序中占有舉足輕重的地位， GDI＋ 除了支持 BMP 等 GDI 支持的圖形格式外，還支持 JPEG（ Joint Photographic Experts Group）、 GIF（ Graphics Interchange Format）、 PNG（ Exchangeable Image File）、 TIFF（ Tag Image File Format） 等圖像格式，你可以直接在程序中使用這些圖片文件，而無需考慮它們所用壓縮算法。 GDI+的所有新特色給程序員提供了一種簡潔的方法來完成在 GDI 中需要經(jīng)過繁瑣的過程才能完成的編程工作。從某種意義上來說， GDI+是對使用 GDI 編程的程序員的一種解脫。 14 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 15 3 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 《基于 GDI+》 2D 圖形軟件開發(fā)方法初探 — 2D 幾 何畫板，主要模塊包括基本圖形繪制、自定義圖形繪制、測量、 2D 函數(shù)圖形繪制、序列化及系統(tǒng)功能模塊。 繪制的主要圖形對象包括：點(diǎn)、線段、曲線、圓、矩形、正方形、菱形、任意三角