C#发现之旅第五讲 图形开发基础篇
袁永福 2008-5-15
系列课程说明
为了让大家更深入的了解和使用C#，我们将开始这一系列的主题为“C#发现之旅”的技术讲座。考虑到各位大多是进行WEB数据库开发的，而所谓发现就是发现我们所不熟悉的领域，因此本系列讲座内容将是C#在WEB数据库开发以外的应用。目前规划的主要内容是图形开发和XML开发，并计划编排了多个课程。在未来的C#发现之旅中，我们按照由浅入深，循序渐进的步骤，一起探索和发现C#的其他未知的领域，更深入的理解和掌握使用C#进行软件开发，拓宽我们的视野，增强我们的软件开发综合能力。
本系列课程配套的演示代码下载地址为 http://files.cnblogs.com/xdesigner/cs_discovery.zip 。其中的EllipseButtonLib.zip 就是本课程的演示代码。
本系列课程已发布的文章有
C#发现之旅第一讲 C#－XML开发
C#发现之旅第二讲 C#－XSLT开发
C#发现之旅第三讲 使用C#开发基于XSLT的代码生成器
C#发现之旅第四讲 Windows图形开发入门
C#发现之旅第五讲 图形开发基础篇
C#发现之旅第六讲 C#图形开发中级篇
C#发现之旅第七讲 C#图形开发高级篇
C#发现之旅第八讲 ASP.NET图形开发带超链接的饼图
C#发现之旅第九讲 ASP.NET验证码技术
C#发现之旅第十讲 文档对象模型
经过上次Windows图形开发基本原理的课程，大家对Windows图形开发有着一些感性的认识，但还可能对此不甚了解，还有一些迷茫，在本次课程中，我们将用C#从零开始开发一个比较简单的椭圆形按钮的图形软件，和大家一起开始探索C#图形开发。
功能需求在本次快速软件开发中，首先是确定软件功能需求。
现有一个客户，需要一个软件，其功能要求如下
- 实现一个椭圆形的按钮。可居中显示一段单行文本。
- 鼠标离开按钮和进入这个按钮时，按钮边框和背景色需要变化。
- 鼠标点击按钮会触发一个 Click 事件。
最后生成的软件的用户界面如图所示
根据功能需求，本软件设计如下
- 椭圆形按钮是从UserControl 派生的一种自定义控件。
- 控件内部重写OnPaint事件来绘制按钮界面。
- 重写OnMouseMove，OnMouseEnter,OnMouseLeave事件来实现按钮的动态效果。
- 重写OnClick事件来触发 Click 事件。
经过简单的设计，我们开始来开发这个软件了。
新建C# WinForm.NET工程 打开VS.NET2003集成开发环境。新建立一个C#WinForm.NET程序。客户最终需要一个组件，但此处为了调试方便，开始使用WinForm.NET应用程序工程模式，开发完毕后可以设置它为DLL工程模式提交给客户。
要进行图形开发，C#工程必须引用 System.Drawing.dll，在新增WinForm.NET过程时，会自动添加该引用，而新增其他类型的工程时可能不会默认添加该引用，此时需要手动添加该引用。图形编程需要频繁引用System.Drawing名称空间中的类型，因此在代码的开头需要添加 using System.Drawing ; 不过很多时候VS.NET会自动添加这个代码，若不自动添加则需要手动添加。
新增一个名称为EllipseButton 的用户控件。
首先是定义控件的一些属性，主要有边框色，按钮背景色，鼠标悬浮时边框色和按钮背景色。
定义一个鼠标悬停标志变量。 bool bolMouseHoverFlag = false ;
绘制控件用户界面重写控件的OnPaint方法，绘制椭圆形按钮，其代码在演示程序中可以看到。在开发自定义的控件时，可以相应控件的Paint事件，也可以重写OnPaint方法，这里为了代码结构简单，此处重写了OnPaint方法，在重写该方法时一定要调用基类的 base.OnPaint 方法。
在重写的OnPaint 方法中，具有一个类型为 PaintEventArgs 的参数，该参数有若干个成员，其中最重要的就是Graphics成员和ClipRectangle成员，Graphics成员是图形绘制对象，可以看作一个空白的画布，可以任意绘制图形；ClipRectangle成员就是绘制区域剪切矩形。
在C#图形开发中，Graphics类型是最重要的类型，它表示一个画布对象，任何图形操作都是输出到这个画布上。这个类型提供了很多属性和方法，可以设置某些图形输出质量，还提供了一系列的以Draw开头的方法来绘制图形，以Fill开头的方法来填充图形。此外还提供方法和属性进行坐标转换。
ClipRectangle表示剪切矩形，一般情况下，控件重新绘制内容时是不需要重写所有的内容，而是绘制一部分内容，该参数就指明控件中那个部分是需要重新绘制的，该区域以外的界面是不需要绘制，因此该参数是优化图形界面软件性能的基础，在这里，由于椭圆形按钮绘制的内容少，界面结构简单，因此不需要优化，不需要使用ClipRectangle参数。
我们重写的OnPaint函数代码如下
| protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) { base.OnPaint (e); // 创建椭圆路径 using( System.Drawing.Drawing2D.GraphicsPath path = new System.Drawing.Drawing2D.GraphicsPath()) { path.AddEllipse( 0 , 0 , this.ClientSize.Width -1 , this.ClientSize.Height -1 ); // 填充背景色 using( SolidBrush b = new SolidBrush( bolMouseHoverFlag ? this.HoverBackColor : this.ButtonBackColor )) { e.Graphics.FillPath( b , path ); } // 绘制边框 using( Pen p = new Pen( bolMouseHoverFlag ? this.HoverBorderColor : this.BorderColor , 2 )) { e.Graphics.DrawPath( p , path ); } } if( this.Caption != null ) { // 绘制文本 using( StringFormat f = new StringFormat()) { // 水平居中对齐 f.Alignment = System.Drawing.StringAlignment.Center ; // 垂直居中对齐 f.LineAlignment = System.Drawing.StringAlignment.Center ; // 设置为单行文本 f.FormatFlags = System.Drawing.StringFormatFlags.NoWrap ; // 绘制文本 using( SolidBrush b = new SolidBrush( this.ForeColor )) { e.Graphics.DrawString( this.Caption , this.Font , b , new System.Drawing.RectangleF( 0 , 0 , this.ClientSize.Width , this.ClientSize.Height ) , f ); } } } }//protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) |
在这个方法中，我们首先创建了一个 GraphicsPath 对象，这个对象表示一个路径，所谓路径就是若干个直线和曲线的组合。我们可以向路径对象中添加各种直线段或曲线。在这里我们调用它的 AddEllipse 方法向路径中添加了一个椭圆曲线，这是一个封闭曲线。AddEllipse 方法的参数表示一个椭圆的外切矩形。在这里外切矩形就是控件的客户区域。
所谓客户区就是控件内部可以自定义绘制图形的区域。某些Windows控件具有边框，比如文本输入框，边框上面是不能绘制图形的，因此若控件有边框则它的客户区大小不等于控件大小，此时需要使用控件的 ClientSize 属性获得控件客户区大小，当然若控件没有边框，则它的客户区大小等于控件大小，为了编程方便，建议大家以后绘制控件内容时都使用 ClientSize 属性获得可绘制区域的大小。
创建了一个椭圆路径后，我们可以使用绘制椭圆形了，首先是创建一个 SolidBrush 对象，然后调用图形绘制对象的FillPath方法来填充路径。然后创建 Pen 对象，使用Graphics的DrawPath方法来绘制路径。这里要注意顺序不能搞反。若先绘制边框然后填充椭圆，则会导致后面的操作覆盖掉前面的操作成果。
图形编程有一个很明显的特点，那就是各种图形操作是要注意顺序的，因为后一个图形操作很容易覆盖掉前面的图形操作结果，这造成了图形开发中调试困难，很多时候需要对代码进行非常仔细的静态检查。
很多图形编程对象，例如SolidBrush，Pen，GraphisPath等等，都实现了System.IDisposable接口，其内部都使用了非托管资源，在不使用的时候要销毁这些对象，因此在代码中使用了 using 语法结构来处理这些对象。
这里我们使用鼠标悬停标志变量 bolMouseHoverFlag ，使得鼠标悬停和不悬停时按钮的背景色和边框色有所不同。
绘制出椭圆区域后，我们就可以绘制按钮文本。首先创建一个 StringFormat 对象，这个对象用于控制绘制文本时的样式。我们设置文本格式为水平居中对齐方式，垂直居中对齐样式，而且还不能换行，只能显示单行文本。
我们根据文本颜色创建一个SolidBrush对象，然后绘制文本，然后调用图形绘制对象的 DrawString 方法来绘制字符串。这个函数第一个参数是文本内容，第二个是字体，第三个就是绘制文本使用的画刷对象，第四个就是包含文本显示区域的矩形区域，第5个就是文本格式控制。
完成了OnPaint方法后，我们就获得了一个具有椭圆形外观的用户控件，我们编译程序，然后进入一个窗体设计器，在工具箱的“我的用户控件”栏目，上面可以看到已经有一个 EllipseButton 项目，按下这个项目就可以在窗体上放置一个椭圆形的按钮了，你可以在属性列表中设置它的文本。然后运行程序，可以看到运行的窗体上显示了一个椭圆形的按钮，但这个按钮就像图片一样，毫无生机，我们还需要改进这个控件来实现动态效果。
响应事件，实现动态效果打开这个按钮控件的代码，开始添加代码来实现鼠标悬停的动态效果。首先编写一个 CheckMouseHover 函数，该函数用于判断鼠标是否悬停到按钮上面，由于按钮是椭圆形，控件上有部分内容不属于按钮区域，因此即使鼠标在控件上面，也要判断鼠标光标是否在椭圆形区域中。CheckMouseHover函数代码如下
| /// <summary> /// 检测释放发生鼠标悬停状态发生改变,若发生改变则重写绘制控件 /// </summary> /// <param name="x">测试点X坐标</param> /// <param name="y">测试点Y坐标</param> /// <returns>测试点是否在椭圆区域中</returns> private bool CheckMouseHover( int x , int y ) { using( System.Drawing.Drawing2D.GraphicsPath path = new System.Drawing.Drawing2D.GraphicsPath()) { path.AddEllipse( 0 , 0 , this.ClientSize.Width -1 , this.ClientSize.Height -1 ); bool flag = path.IsVisible( x , y ); if( flag != bolMouseHoverFlag ) { bolMouseHoverFlag = flag ; // 控件整体无效,准备重新绘制,但不立即绘制用户界面. this.Invalidate(); //this.Refresh(); // 强制立即绘制用户界面. } return flag ; } } |
我们创建一个路径对象，向该路径添加椭圆区域，然后调用路径的 IsVisible 函数判断指定点是否包含在这个路径中，若不包含在路径中，则该点不在椭圆形按钮上面。若这次判断的结果和上次判断的结果不相同，则设置鼠标悬停状态变量，然后重新绘制按钮。
代码中重新绘制控件具有两种选择，一个是调用控件的 Invalidate 方法，另外可调用 Refresh 方法。两者都能重新绘制用户界面，但是有差别的。Invalidate方法是声明控件用户界面一部分或全部无效，但不会导致立即重新绘制用户界面，而是延迟一段时间后才真正的重新绘制用户界面，可以看作是一种异步操作；而Refresh则是立即重新绘制用户界面，绘制完毕后才结束Refresh方法，是一种同步操作。
在一般情况下Invalidate函数导致的延迟时间很短暂，人类无法察觉，此时应当调用Invalidate方法；但在少数情况下使用Invalidate会导致明显的可察觉的延迟，则需要使用 Refresh 方法。Invalidate导致的延迟时间的长短和Windows底层消息驱动机制有关，这里看出比较精细的图形编程和Windows底层是有关联的，Invalidate方法是Win32API函数InvalidateRect的.NET封装，而Refresh方法是Win32API函数UpdateWindow的封装。查阅MSND中关于这两个API函数的说明就可以理解为什么会出现这种情况。
微软提出.NET框架目的是让开发者脱离Windows底层API来进行快速软件开发，这个目标在ASP.NET中得到的相当好的实现，因此常规的Web数据库开发中是不会用到Win32API的。但在图形开发中，.NET框架仍然很大程度的依赖Win32API函数，.NET图形相关类库中有很多部分是Win32API的封装，这方面和VC的MFC框架有点类似，VC的MFC个人认为是傻大黑粗，功能是强大，可是使用很不方便，而.NET框架中包含了一个充满灵性的MFC，使用方便，功能也不弱，但仍然是基于Win32API的。因此要很深入的学习.NET图形编程，就要求对Win32API有所了解，这也加大了.NET图形编程的学习难度。当然比较简单的.NET图形编程是不需要了解Win32API的。
在这里也反映出图形开发中对用户体验的一些特殊要求。图形软件需要在计算机屏幕上绘制图形，而人类由于其生理特点，各种感觉器官和运动器官的速度是不同的，大脑思维反应最迟钝，手操作键盘和鼠标速度一般，而人眼的反映速度是很快的，能感知屏幕上几十毫秒内发生的变化，由于人眼具有很高的反应速度，因此对图形软件的图形绘制代码运行速度有很高的要求。
重写控件的OnMouseMove 方法，处理鼠标移动事件，该事件处理中，只是简单的调用CheckMouseHover 成员，参数就使用鼠标光标位置。
控件提供了一系列的以OnMouse开头的方法都是处理鼠标事件的，该方法有一个类型为 MouseEventArgs 的参数，该参数具有一些属性，列出了发生鼠标事件时的鼠标按键状态，鼠标滚轮计数和鼠标光标在控件客户区中的位置。
控件还重写 OnMouseLeave 方法，处理鼠标离开控件客户区的事件，取消控件的鼠标悬停状态。
触发Click事件客户要求鼠标按下这个椭圆形按钮需要触发一个事件，我们选择了控件本身具有的Click事件作为按钮点击事件，于是我们重写了OnClick函数，该函数代码为
| /// <summary> |
由于按钮是椭圆形的，当用户鼠标点击控件时，要判断点击点是否在椭圆形区域中，从而要判断是否需要触发Click事件。因此我们重写 OnClick 方法来处理控件的 Click 事件。
OnClick方法的参数没有指明鼠标光标位置，因此我们自己计算鼠标光标在客户区中的位置，我们使用Control类型的MousePosition静态属性，获得鼠标光标在计算机屏幕中的位置，然后使用控件的PointToClient函数将这个坐标从计算机屏幕坐标转换为控件客户区坐标，然后调用CheckMouseHover函数判断这个坐标是否在椭圆形区域中，若鼠标在椭圆形区域中，则调用base.OnClick方法，触发Click事件。
测试控件重新编译程序，新建一个窗体，打开窗体设计器，在工具箱的我的用户控件页面中可以看到有一个EllipiseButton的用户控件，若没有则鼠标右击工具箱，选择菜单项目“添加/移除项目”。在对话框中点击浏览选择刚刚编译生成的EXE或DLL文件，然后选中EllipiseButton即可在工具箱上新增EllipseButton项目。选中椭圆形按钮，设置属性列表为显示控件事件，双击添加控件的Click事件，在该事件中显示一个消息框，然后编译运行即可看到一个具有动态效果的椭圆形按钮。如此这个按钮控件编写完毕。
我们设置工程类型为DLL样式，重新编译，得到一个DLL文件，这个DLL文件就可以提交给客户使用了。
小结在本次课程中，我们使用了C#开发了一个很简单的具有动态效果的椭圆形按钮的小组件，演示了C#图形开发的基本过程，使得大家能对C#图形开发有一个初步的印象。从这个小程序可以看出，代码是不多的，但所需的基本知识是比较多的，软件的设计，开发和WEB数据库开发有着很大的不同。最后我希望大家能在今天的程序的基础上，实现一个三角型的按钮控件。
在下一次课程中，我们继续使用C#开发一个稍微复杂的图形软件，从而更深入的进行C#图形开发的探索。