5.6 矩形、區域和裁剪

摘錄于《Windows程式（第5版，珍藏版）.CHarles.Petzold 著》P161

Windows 還有其他幾個使用 RECT(矩形)結構和區域的繪圖函數。一個區域指的是螢幕上的一塊空間，它由矩形、多邊形和橢圓組合而成。

5.6.1 處理矩形

下面三個繪圖函數需呀一個指向矩形結構的指針：

[cpp] view plain copy

FillRect (hdc, &rect, hBrush);
FrameRect (hdc, &rect, hBrush);
InvertRect (hdc, &rect);

在這三個函數中，參數 rect 是一個類型為 RECT 的結構，它有 4 個字段：left、top、right 和 bottom。在這個結構中，坐标是邏輯坐标。

FillRect 函數使用指定的畫刷填充矩形（達到但不包括右下坐标）。這個函數不需要事先把畫刷選入裝置環境。

FrameRect 使用畫刷繪制一個矩形框，但是它并不填充矩形。使用畫刷來繪制邊框似乎有點奇怪，因為到目前為止，你所看到的繪制邊框的函數（例如 Rectangle）都是由目前畫筆繪制的。FrameRect 函數允許你繪制一個不一定是純色的矩形框。矩形的邊框是 1 個邏輯機關寬。如果邏輯機關大于裝置機關，邊框的寬度将是 2 個或者更多的像素。

InvertRect 函數翻轉矩形内所有的像素，将 1 變為 0，0 變為 1。即這個函數将白色區域變為黑色區域，黑色區域變為白色區域，綠色區域變為洋紅色區域。

Windows 還包含 9 個可用于輕松便捷地操縱 RECT 結構的函數。例如，通常使用下面的代碼将 RECT 結構的 4 個字段設定為特定值：

[cpp] view plain copy

rect.left = xLeft;
rect.top = yTop;
rect.right = xRight;
rect.bottom = yBottom;

然而，通過 SetRect 函數的調用，隻用一行代碼即可實作相同的結果：

[cpp] view plain copy

SetRect (&rect, xLeft, yTop, xRight, yBottom):

如果想做下列事情之一，可以友善的使用其他 8 個函數。

将矩形沿 x 軸和 y 軸移動幾個機關： [cpp] view plain copy
1. OffsetRect (&rect, x, y);
增大或減小矩形的尺寸： [cpp] view plain copy
1. InflateRect (&rect, x, y);
把矩形結構的各字段設定為0： [cpp] view plain copy
1. SetRectEmpty (&rect);
将一個矩形結構複制到另一個矩形結構： [cpp] view plain copy
1. CopyRect (&DestRect, &SrcRect);
擷取兩個矩形的交集： [cpp] view plain copy
1. IntersectRect (&DestRect, &SrcRect1, &SrcRect2);
擷取兩個矩形的并集： [cpp] view plain copy
1. UnionRect (&DestRect, &SrcRect1, &SrcRect2);
判斷矩形是否為空： [cpp] view plain copy
1. bEmpty = IsRectEmpty (&rect);
判斷點是否在矩形内部: [cpp] view plain copy
1. bInRect = PtInRect(&rect, point);

大多數情況下，還有一些簡單的代碼可以實作與這些函數相同的功能。例如，複制結構時，可以通過逐個字段的結構複制操作，來代替調用 CopyRect 函數，如下面的語句：

[cpp] view plain copy

DestRect = SrcRect;

5.6.2 随機矩形

在任何一個圖形系統中，總存在這樣一個有趣的程式，即簡單地使用随機的尺寸和顔色不停地繪制一系列的圖像，例如，随機大小和顔色的矩形。在 Windows 中可以建立這樣的一個程式，但是這并不像想象的那樣容易。我希望你能夠意識到，不能在處理 WM_PAINT 消息中簡單地使用 while(TRUE) 循環。當然，這樣做會奏效，但是這樣做的結果是，程式将停止對其他消息的處理，而且程式不能退出或者最小化。

一種可接受的方式是設定一個向你的視窗函數發送 WM_TIMER 消息的 Windows 計時器。（我将在第 8 章介紹計時器。）對于每個 WM_TIMER 消息，可以調用 GetDC 函數擷取裝置環境，然後繪制一個随機矩形，接着調用 ReleaseDC 函數釋放裝置環境。但是那樣做又會使程式失去一些趣味性，因為程式不能很快地繪制随機矩形。必須等待每個 WM_TIMER 消息，那樣會依賴于系統時鐘的精度。

在 Windows 中有很多的“空閑時間”，在這期間所有的消息隊列都是空的，Windows 就在等待鍵盤或者滑鼠的輸入。那麼能否在空閑期間從某種程度上擷取控制并繪制随機矩形，而一旦有消息加載到程式的消息隊列，就釋放控制呢？這正是 PeekMessage 函數的“用武之地”。下面是 PeekMessage 函數調用的一個例子：

[cpp] view plain copy

PeekMessage (&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE);

函數的前 4 個參數（一個是指向 MSG 結構的指針，一個是視窗句柄，另外兩個值表示資訊範圍）與 GetMessage 函數相同。設定第二、三、四個參數為 NULL 或者 0，表示我們想使用 PeekMessage 函數傳回程式中所有視窗的所有消息。如果要删除消息隊列中的消息，可以把 PeekMessage 函數的最後一個參數設定為 PM_REMOVE。如果不想删除，就設定為 PM_NOREMOVE。這就是 PeekMessage 名字的意思，它是“偷看”而不是“獲得”。它允許一個程式檢查程式隊列中的下一個消息，而不是真實地獲得并删除它看到的消息。

GetMessage 函數并不把控制權交還給程式，除非它從程式的消息隊列中獲得了消息。但是 PeekMessage 函數卻總是立即傳回，不管消息是否出現。當一個消息在程式的消息隊列中時，PeekMessage 函數的傳回值是TRUE(非 0)，而消息則像正常情況一樣處理。當隊列中沒有消息時，PeekMessage 函數傳回FALSE(0)。

這允許我們替換正常的消息循環，正常的消息循環如下所示：

[cpp] view plain copy

while (GetMessage (&msg, NULL, 0, 0))
{
TranslateMessage (&msg);
DispatchMessage (&msg);
}
return msg.wParam;

替換後的消息循環如下：

[cpp] view plain copy

while (TRUE)
{
if (PeekMessage (&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE))
{
if (msg.message == WM_QUIT)
break;
TranslateMessage (&msg);
DispatchMesage (&msg);
}
else
{
[other program lines to do some work]
}
}
return msg.wParam;

注意：在這裡，必須明确檢查 WM_QUIT 消息，在一個正常的消息循環中，不需要這樣做，因為當擷取一個 WM_QUIT 消息時，GetMessage 函數的傳回值是 FLASE(0)。但是 PeekMessage 函數的傳回值是表示隊列中是否有消息，是以檢查 WM_QUIT 是必要的。

如果 PeekMessage 函數傳回 TRUE，那麼消息會正常執行。如果傳回 FLASE，那麼程式可以在傳回給 Windows 控制之前做些事情（如顯示另一個随機矩形）。

（盡管 Windows 文檔中指出不能使用 PeekMessage 函數從消息隊列中删除 WM_PAINT 消息，但是這并沒有什麼問題。畢竟，GetMessage 函數其實也不能從隊列中删除 WM_PAINT 消息。使客戶區的無效區域變成有效是從隊列中删除 WM_PAINT 消息的唯一辦法，可以使用 ValidateRect、ValidateRgn 或者成對的 BeginPaint 和 EndPaint 函數來完成。如果使用 PeekMessage 函數從消息隊列擷取 WM_PAINT 消息後，按照正常的方式對它進行處理，就不會又任何問題。但使用下面的代碼來清除消息隊列中的所有消息是不允許的：

[cpp] view plain copy

while (PeekMessage (&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE));

這條語句表示從你的消息隊列中删除 WM_PAINT 消息之外的所有消息。如果 WM_PAINT 在隊列中，你将永遠陷于 while 循環無法終止。）

PeekMessage 函數在早期版本的 Windows 中比在 Windows 98 中重要得多。這是因為 16 位版本的 Windows 使用非搶占式多任務系統。Windows 自帶的 Terminal 程式使用 PeekMessage 函數循環檢查從通信端口接收到的資料。列印機管理程式也使用這項技術來列印，其他的 Windows 列印程式通常也使用一個 PeekMessage 函數的循環。在搶占式多任務的 Windows 98 中，應用程式可以建立多個線程。

5.6.3 建立和繪制區域

一個區域是對顯示器一塊空間的描述，這個空間可以是矩形、多邊形和橢圓的組合。可以使用區域進行繪圖或者裁剪。将區域選入裝置環境，就可以使用這個區域來裁剪（也就是說，将繪制動作限制在客戶區的一個特定部分）。同畫筆和畫刷一樣，區域也就是 GDI 對象，應當通過調用 DeleteObject 函數來删除所有建立的區域。

當建立一個區域時，Windows 傳回一個類型為 HRGN 的區域句柄。最簡單的區域類型是一個矩形區域。可以用下面的兩種辦法建立一個矩形區域：

[cpp] view plain copy

hRgn = CreateRectRgn (xLeft, yTop, xRight, yBottom);

或者

[cpp] view plain copy

hRgn = CreateRectRgnIndirect (&rect);

也可以使用下面的函數建立橢圓區域：

[cpp] view plain copy

hRgn = CreateEllipticRgn (xLeft, yTop, xRight, yBottom);

或者

[cpp] view plain copy

hRgn = CreateEllipticRgnIndirect (&rect);

建立圓角矩形區域可以通過 CreateRoundRectRgn 函數實作。

建立一個多邊形區域的函數和 Polygon 函數類似：

[cpp] view plain copy

hRgn = CreatePolygonRgn (&point, iCount, iPolyFillMode);

參數 point 是一個類型為 POINT 結構的數組， iCount 是點的個數，iPolyFillMode 或者是 ALTERNATE，或者是 WINDING。你也可以調用 CreatePolygonRgn 函數建立多個多邊形區域。

那麼你會問，區域有什麼特别之處嗎？下面的函數顯示了區域的作用：

[cpp] view plain copy

iRgnType = CombineRgn (hDestRgn, hSrcRgn1, hSrcRgn2, iCombine);

這個函數将兩個源區域(hSrcRgn1 和 hSrcRgn2）結合起來，并産生目标區域句柄(hDestRgn) 來表示那個組合區域。這三個區域句柄都必須有效，但是函數調用後 hDestRgn 先前描述的區域都被銷毀了。（當使用這個函數時，可能要讓 hDestRgn 在初始時表示一個很小的矩形區域。）

參數 iCombine 描述 hSrcRgn1 區域和 hSrcRgn2 區域結合的方式：

iCombine 值	新的區域
RGN_AND	兩個源區域的公共部分
RGN_OR	兩個源區域的全部
RGN_XOR	兩個源區域的全部，但除去公共部分
RGN_DIFF	hSrcRgn1 不在 hSrcRgn2 中的部分
RGN_COPY	hSrcRgn1 的全部（忽略 hSrcRgn2)

iRgnType 值是從 CombineRgn 傳回的下列值之一：NULLREGION，指的是一個空的區域；SIMPLEREGION，指的是一個簡單的矩形、橢圓或者多邊形；COMPLEXREGION，指的是矩形、橢圓或多邊形的組合；ERROR，指的是有錯誤發生。

一旦有了一個區域的句柄，就可以使用下面 4 個繪圖函數：

[cpp] view plain copy

FillRgn (hdc, hRgn, hBrush);
FrameRgn (hdc, hRgn, hBrush, xFrame, yFrame);
InvertRgn (hdc, hRgn);
PaintRgn (hdc, hRgn);

FillRgn、FrameRgn 和 InvertRgn 函數類似于 FillRect、FrameRect 和 InvertRect 函數。FrameRgn 的參數 xFrame 和 yFrame 是表示在區域周圍的、要繪制的邊框的邏輯寬度和高度。PaintRgn 函數使用目前被選入裝置環境的畫刷來填充區域。所有的這些函數都假定使用的是邏輯坐标。

用完一個區域後，可以用于删除其他 GDI 對象相同的函數來删除它：

[cpp] view plain copy

DeleteObject (hRgn);

5.6.4 矩形與區域的裁剪

區域在裁剪中也扮演着重要角色。InvalidRect 函數使顯示的矩形區域無效，并産生一個 WM_PAINT 消息。例如，可以使用 InvalidateRect 函數來擦除客戶區的内容，并産生一個 WM_PAINT 消息：

[cpp] view plain copy

InvalidateRect (hwnd, NULL, TRUE);

可以通過調用 GetUpdateRect 函數擷取無效矩形的坐标，并且使用 ValidateRect 使客戶區的矩形有效。當接收到一個 WM_PAINT 消息時，PAINTSTRUCT 結構中的無效矩形的坐标是可以利用的。這個結構是通過 BeginPaint 函數填充的。這個無效矩形也定義了一個“裁剪區域”。不能在裁剪區域之外繪圖。

Windows 有兩個類似 InvalidateRect 和 ValidateRect 的函數，用于處理區域而不是矩形；

[cpp] view plain copy

InvalidateRgn (hwnd, hRgn, bErase);

和

[cpp] view plain copy

ValidateRgn (hwnd, hRgn);

當接收一條由無效區域産生的 WM_PAINT 消息時，裁剪區域在形狀不一定是矩形。

可以通過将一個區域選入到裝置環境來建立你自己的裁剪區域，将區域選入裝置環境可以使用

[cpp] view plain copy

SelectObject (hdc, hRgn);

或

[cpp] view plain copy

SelectClipRgn (hdc, hRgn);

裁剪區域被假定使用的是裝置坐标。

GDI 為裁剪區域做了一個副本，是以當把區域對象選入到裝置環境後，可以删除它。Windows 還包括幾個操縱這個裁剪區域的函數，例如 ExcludeClipRect 函數用來從裁剪區域中去除一個矩形；IntersectClipRect 函數用來建立一個新的裁剪區域，這個新的裁剪區域是先前的裁剪區域和某個矩形的交集；OffsetClipRgn 函數用來把一個裁剪區域移動到客戶區的另外一部分。

5.6.5 CLOVER 程式

CLOVER 程式由四個橢圓形成一個區域，然後把這個區域選入裝置環境，接着從視窗區中心發散繪制一系列直線。這些直線僅出現剪裁區域内。

如果使用傳統的方法繪制這個圖形，必須依據橢圓的圓周角公式計算出每條線段的端點。但是通過使用一個複雜的裁剪區域，就可以直接繪制直線，而讓 Windows 去确定這些端點。

[cpp] view plain copy

#include <windows.h>
#include <math.h>
#define TWO_PI (2.0 * 3.14159)
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,
PSTR szCmdLine, int iCmdShow)
{
static TCHAR szAppName[] = TEXT ("Clover");
HWND hwnd;
MSG msg;
WNDCLASS wndclass;
wndclass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
wndclass.lpfnWndProc = WndProc;
wndclass.cbClsExtra = 0;
wndclass.cbWndExtra = 0;
wndclass.hInstance = hInstance;
wndclass.hIcon = LoadIcon (NULL, IDI_APPLICATION);
wndclass.hCursor = LoadCursor (NULL, IDC_ARROW);
wndclass.hbrBackground = (HBRUSH) GetStockObject (WHITE_BRUSH);
wndclass.lpszMenuName = NULL;
wndclass.lpszClassName = szAppName;
if (!RegisterClass (&wndclass))
{
MessageBox (NULL, TEXT ("This program requires Windows NT!"),
szAppName, MB_ICONERROR);
return 0;
}
hwnd = CreateWindow (szAppName, TEXT("Draw a Clover"),
WS_OVERLAPPEDWINDOW,
CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,
CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,
NULL, NULL, hInstance, NULL);
ShowWindow (hwnd, iCmdShow);
UpdateWindow (hwnd);
while (GetMessage (&msg, NULL, 0, 0))
{
TranslateMessage (&msg);
DispatchMessage (&msg);
}
return msg.wParam;
}
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
static HRGN hRgnClip;
static int cxClient, cyClient;
double fAngle, fRadius;
HCURSOR hCursor;
HDC hdc;
HRGN hRgnTemp[6];
int i;
PAINTSTRUCT ps;
switch (message)
{
case WM_SIZE:
cxClient = LOWORD(lParam);
cyClient = HIWORD(lParam);
hCursor = SetCursor(LoadCursor(NULL, IDC_WAIT));
ShowCursor(TRUE);
if (hRgnClip)
DeleteObject(hRgnClip);
hRgnTemp[0] = CreateEllipticRgn(0, cyClient / 3,
cxClient / 2, 2 * cyClient / 3);
hRgnTemp[1] = CreateEllipticRgn(cxClient / 2, cyClient / 3,
cxClient, 2 * cyClient / 3);
hRgnTemp[2] = CreateEllipticRgn(cxClient / 3, 0,
2 * cxClient / 3, cyClient / 2);
hRgnTemp[3] = CreateEllipticRgn(cxClient / 3, cyClient / 2,
2 * cxClient / 3, cyClient);
hRgnTemp[4] = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);
hRgnTemp[5] = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);
hRgnClip = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);
CombineRgn(hRgnTemp[4], hRgnTemp[0], hRgnTemp[1], RGN_OR);
CombineRgn(hRgnTemp[5], hRgnTemp[2], hRgnTemp[3], RGN_OR);
CombineRgn(hRgnClip, hRgnTemp[4], hRgnTemp[5], RGN_XOR);
for (i = 0; i < 6; ++ i)
DeleteObject(hRgnTemp[i]);
SetCursor(hCursor);
ShowCursor(FALSE);
return 0;
case WM_PAINT:
hdc = BeginPaint(hwnd, &ps);
SetViewportOrgEx(hdc, cxClient / 2, cyClient / 2, NULL);
SelectClipRgn(hdc, hRgnClip);
fRadius = hypot(cxClient / 2.0, cyClient / 2.0);
for (fAngle = 0.0; fAngle < TWO_PI; fAngle += TWO_PI / 360)
{
MoveToEx(hdc, 0, 0, NULL);
LineTo(hdc, (int) ( fRadius * cos (fAngle) + 0.5),
(int) (-fRadius * sin (fAngle) + 0.5));
}
EndPaint(hwnd, &ps);
return 0;
case WM_DESTROY:
DeleteObject(hRgnClip);
PostQuitMessage(0);
return 0;
}
return DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam);
}

因為區域總是使用裝置坐标，是以 CLOVER 程式不得不在每次收到 WM_SIZE 消息時重新建立區域。幾年前，運作 Windows 的機器要花費幾秒鐘來重繪這個圖形。今天，快速的機器幾乎在瞬間就能完成繪制。

CLOVER 先建立 4 個橢圓區域，它們被存儲在 hRgnTemp 數組的前 4 個元素中。接着，程式建立三個 “空”區域：

[cpp] view plain copy

hRgnTemp[4] = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);
hRgnTemp[5] = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);
hRgnClip = CreateRectRgn(0, 0, 1, 1);

在客戶區左邊和右邊的兩個區域先合并：

[cpp] view plain copy

CombineRgn(hRgnTemp[4], hRgnTemp[0], hRgnTemp[1], RGN_OR);

同樣地，在客戶區頂部的兩個橢圓區域也合并了：

[cpp] view plain copy

CombineRgn(hRgnTemp[5], hRgnTemp[2], hRgnTemp[3], RGN_OR);

最後兩個合并後的區域再合并成 hRgnClip：

[cpp] view plain copy

CombineRgn(hRgnClip, hRgnTemp[4], hRgnTemp[5], RGN_XOR);

RGN_XOR 辨別符表示要從結果區域中排除重疊的區域。最後，6 個臨時的區域被删除：

[cpp] view plain copy

for (i = 0; i < 6; ++ i)
DeleteObject(hRgnTemp[i]);

相對結果而言，WM_PAINT 消息處理很簡單。視口原點設定在客戶區的中心（這樣使畫直線更容易），在處理 WM_SIZE 消息時建立的區域被選入裝置環境作為裁剪區域：

[cpp] view plain copy

SetViewportOrgEx(hdc, cxClient / 2, cyClient / 2, NULL);
SelectClipRgn(hdc, hRgnClip);

現在，剩下要做的就是畫直線了，一共畫 360 條，每一度畫一條。每條線的長度是變量 fRadius，它表示的是從中心到客戶區角落的距離：

[cpp] view plain copy

fRadius = hypot(cxClient / 2.0, cyClient / 2.0);
for (fAngle = 0.0; fAngle < TWO_PI; fAngle += TWO_PI / 360)
{
MoveToEx(hdc, 0, 0, NULL);
LineTo(hdc, (int) ( fRadius * cos (fAngle) + 0.5),
(int) (-fRadius * sin (fAngle) + 0.5));
}

在處理 WM_DESTROY 消息期間，裁剪區域被删除：

[cpp] view plain copy

DeleteObject(hRgnClip);