Функции графического вывода (модуль GDI)

Функции модуля GDI (Graphics Device Interface, интерфейс графических устройств) обеспечивают рисование графических примитивов аппаратно-независимым образом. Для абстракции от конкретного устройства применяется понятие контекст устройства. Это системный объект, обеспечивающий интерфейс с конкретным графическим устройством. С помощью контекста можно выполнять графический вывод на устройство или получать информацию о его свойствах (имя устройства, разрешение, цветовые возможности и др.).

При рисовании примитивов (отрезков, прямоугольников, эллипсов, текста и т.п.) функциям рисования передается дескриптор контекста устройства. Контекст устройства преобразует общие, независимые от устройства, графические команды в набор команд конкретного устройства. Например, когда приложение вызывает из GDI функцию Ellipse, то сначала контекст устройства определяет, какой драйвер будет выполнять это действие. Затем драйвер устройства может передать вызов аппаратному ускорителю (если он есть в видеоадаптере) или нарисовать эллипс по точкам.

Контексты устройств GDI представляют широкий спектр устройств. Типичными контекстами являются дисплейный контекст устройства (для выполнения вывода непосредственно на экран компьютера), контекст устройства в памяти (для рисования поверх изображения, хранящегося в оперативной памяти), и принтерный контекст устройства (при выводе в этот контекст вызовы приложения в конечном счете преобразуются в управляющие коды принтера и посылаются на принтер).

Рисование в контексте устройства обычно производится в логических координатах. Эти координаты описывают примитивы посредством аппаратно-независимых физических единиц. Например, при задании прямоугольника можно указать его размеры в сантиметрах. GDI автоматически выполняет преобразование логических координат в физические координаты устройства. В качестве параметров преобразования приложение может задать начало координат и размер области вывода в логических и физических координатах. От положения начала координат в обеих системах зависит горизонтальное и вертикальное смещение примитивов в области вывода. Размер области вывода определяет ориентацию и масштаб примитивов после преобразования.

При рисовании примитивов часто указываются их свойства: цвет, толщина и стиль линии и т.п. Для этого служат объекты GDI: перья, кисти, шрифты, растровые изображения и палитры. Их можно создавать и выбирать в контексте устройства для того, чтобы рисуемые впоследствии примитивы выглядели нужным образом.

Кроме рисования графических примитивов, часто используются функции GDI для бит-блиттинга, предназначенные для быстрого копирования растровых изображений. В некоторых приложениях их скорости недостаточно, т.к. при рисовании эти функции используют контекст устройства в качестве посредника между приложением и устройством. Поэтому для непосредственного обращения к видеосистеме был разработан менее безопасный, но существенно более быстрый набор функций для манипуляций с растровыми изображениями – DirectDraw API.

Модуль GDI обеспечивает работу с регионами (структурами, описывающими экранные области, возможно, непрямоугольные) и выполняет отсечение (clipping). Отсечение – это очень важная операция для среды Windows, т.к. она позволяет приложениям рисовать на экране, не отслеживая границ области рисования (например, границы клиентской области окна). Отсечение применяется для корректного отображения на экране перекрывающихся окон.

 

Дополнительные API

Возможности Windows не исчерпываются набором функций, содержащихся в трех модулях "ядра". Существует также большое количество других динамических библиотек с дополнительными API, например:

· Стандартные элементы управления. Эти функции позволяют работать с элементами управления, появившимися в Windows 95.

· Стандартные диалоговые окна. Приложение может пользоваться стандартными окнами для открытия файла для чтения или записи, для выбора цвета из цветовой палитры, для выбора шрифта из набора установленных шрифтов, и некоторыми др. Эти диалоги можно использовать в стандартном виде или модифицировать их поведение путем замены оконных процедур.

· MAPI служит стандартным интерфейсом для доступа к различным программам электронной почты и электронных сообщений.

· DirectX API. Для некоторых приложений (в особенности, игр) опосредованный доступ к аппаратным устройствам через драйверы Windows оказывается неэффективным. Поэтому Microsoft разработала набор технологий под общим названием DirectX, который ускоряет доступ к аппаратуре. В набор библиотек DirectX входит библиотека DirectDraw для экранных операций, DirectInput для чтения информации с устройств ввода, DirectSound для работы со звуком и Direct3D для построения трехмерных сцен.

· ActiveX, COM и OLE. Эти технологии предназначены для создания объектов, распределенных между приложениями. Они включают в себя создание контейнеров и серверов OLE, реализующих вставку объектов OLE в документы приложений-контейнеров (например, как редактор формул в MS Word), автоматизацию OLE, интерфейс "перетащи и оставь" и элементы управления ActiveX. В настоящее время Microsoft использует ActiveX в качестве основного механизма взаимодействия прикладных программ с системными службами Windows.

· TAPI предоставляет доступ к телефонному оборудованию. Это аппаратно-независимый интерфейс для работы с модемами, факс-модемами, аппаратурой голосовой телефонии.

В Windows есть отдельные API для работы с сетями, например, WinSock (библиотека сокетов Windows), RAS (Remote Access Service, сервис удаленного доступа) и RPC (библиотека вызова удаленных процедур).

При программировании на Си с использованием API исходный текст программ получается довольно громоздким. Программирование существенно упрощается при использовании библиотек классов вроде MFC и языка Си++. Но еще одно изменение стиля программирования происходит на уровне API. В прошлом, когда компания Microsoft включала в Windows новую возможность, она также расширяла описание интерфейса API – набора системных вызовов. Сейчас многие новые механизмы Windows (например, DirectX) не поддерживают традиционного API. Вместо этого они используют технологию ActiveX. Термином ActiveX теперь принято обозначать последние версии стандартов, которые ранее назывались OLE и COM.

 

Соглашение о кодах ошибок

Большинство функций Windows API применяют единый способ возврата ошибок. Когда происходит ошибка, эти функции записывают ее код в специальную переменную потока. Приложение может получить значение этой переменной с помощью функции GetLastError. 32-разрядные значения кодов ошибок определены в заголовочном файле winerror.h и в заголовочных файлах дополнительных API.

Функции приложения также могут записывать собственные коды ошибок в эту переменную с помощью функции SetLastError. Внутренние ошибки приложения должны иметь коды с установленным 29-м битом. Этот диапазон кодов специально зарезервирован для использования приложениями в собственных целях.

 

Различия между программными платформами

Windows NT

В Windows NT реализован наиболее полный вариант Win32 API. Начиная с версии 4.0, в Windows NT тот же пользовательский интерфейс, что и у Windows 95.

В WinNT реализована полная внутренняя поддержка двухбайтной символьной кодировки Unicode, мощные средства безопасности и серверные возможности. WinNT предоставляет больше удобств программам-серверам, чем Win95. Полностью 32-разрядная система, WinNT оказывается наиболее устойчивой и лучше всего подходящей для разработки программного обеспечения.

С другой стороны, WinNT является более медленной и требовательной к аппаратной ресурсам. Для работы WinNT необходимо 32 Мб ОЗУ и порядка 1 Гб жесткого диска (хотя в настоящее время это не чрезмерные требования).

Некоторые части API модуля Kernel специфичны для WinNT. В NT Kernel есть набор функций для проверки и модификации свойств безопасности объектов ядра. Например, поток не сможет работать с файловым объектом, если он не имеет прав доступа, соответствующих свойствам безопасности файлового объекта.

У модулей GDI WinNT и Win95 есть различия в области преобразования координат. В Win95 координаты задаются 16-разрядными числами (для обеспечения совместимости со старыми программами для Windows 3.1). В WinNT координаты являются 32-разрядными, что делает эту ОС более удобной для сложных графических приложений, например, для программ САПР.

 

Windows 95

Хотя в Win95 нет многих возможностей WinNT, но она обеспечивает более высокую производительность и совместимость со старыми приложениями и дешевым и старым оборудованием. Большинство возможностей, отсутствующих в Win95, не важны для домашнего применения или для рабочих станций.

В Win95 нет средств безопасности NT и поддержки Unicode. С другой стороны, поддержка DirectX API в Win95 реализована полнее и эффективнее, чем в WinNT.

Для обеспечения переносимости на разные процессоры большая часть кода WinNT была разработана на относительно высоком уровне – на языках Си/Си++. В Win95 включено большое количество специфического для микропроцессоров кода из Windows 3.1. Существенный объем нового кода также был оптимизирован именно для этих микропроцессоров. Поэтому требования к ресурсам у Win95 меньше и эта ОС неплохо работает на старых машинах, например, на ПК с процессором 486.

Для Visual C++ система Win95 обеспечивает полностью работоспособную среду разработки. Эта ОС стабильна, хотя и не настолько, как WinNT. Все 32-разрядные утилиты разработки Visual C++, включая консольные приложения, работают и в Win95. Для малых и средних проектов оказывается достаточно даже очень медленной машины (вроде ноутбука 25 MHz 486 CPU, 8MB RAM и 120MB HDD).

 

Другие платформы

Существуют версии Windows NT для компьютеров с процессорами PowerPC, DEC Alpha и MIPS. Эти реализации полностью совместимы с версией для процессоров Intel. Приложения, написанные в соответствии с документацией по API, будут перекомпилироваться для других платформ без каких-либо изменений исходного текста. Для этого необходима версия Visual C++, соответствующая версии Windows NT. Кросс-платформная разработка для Windows NT не поддерживается.

Visual C++ можно применять для разработки программ для встроенных систем и компактных компьютеров, работающих под управлением усеченной версии Windows – Windows CE. ОС Windows CE была выпущена в 1997 г. Она предназначена для портативных устройств, например, ручных компьютеров и автомобильных проигрывателей компакт-дисков. Основное назначение Windows CE – "сделать все максимально малым и компактным". В Windows CE реализовано небольшое подмножество Win32 API. Разработка программ для этой ОС производится в кросс-платформном режиме, с помощью надстройки Visual C++ for Windows CE. Эту надстройку можно использовать и в Windows NT, и в Windows 95.

 

Резюме

32-разрядные ОС Windows делятся на два семейства: Windows NT/2000 и Windows 95/98/ME. У этих ОС есть общий набор функций, доступных для вызова из приложений – Win32 API. Два семейства ОС различаются полнотой реализации Win32 API. Наиболее полная реализация выполнена в Windows NT. Для разработки программ для 32-разрядных ОС Windows можно использовать среду Visual C++.

Главной частью любого приложения Windows является цикл обработки сообщений. ОС Windows передает совместно работающим приложениям информацию о различных событиях в форме сообщений. Приложения обрабатывают сообщения, направляя их в соответствующих оконные процедуры.

Окно – это не только прямоугольная экранная область, это системный объект, обеспечивающий прием и обработку сообщений. Окна принадлежат потокам. Потоки – это одновременно исполняемые части внутри одного процесса (т.е. приложения). Потоки принадлежат процессам.

Приложения взаимодействуют с Windows, вызывая функции API. Они реализованы или в "ядре" Windows, или в одном из множества дополнительных модулей. В "ядре" можно выделить три основных части: модуль Kernel (управление памятью, файлами, потоками и процессами), модуль User (управление элементами пользовательского интерфейса, в т.ч. окнами и обработкой сообщений) и модуль GDI (функции графического отображения на различных устройствах вывода).

Остальные системные модули обеспечивают специфические возможности, например, ActiveX, MAPI, работа с сетью, стандартные элементы управления и диалоговые окна, средства мультимедиа.

 

Упражнения

1) В [9] прочитайте приложение 2, "Основные типы сообщений Windows". В Visual C++ откройте файл winuser.h и с помощью контекстного поиска найдите описание символических идентификаторов каких-нибудь оконных сообщений WM_..., а также структуры сообщения MSG.

2) В справочной системе Visual C++ найдите описание сообщения с требованием перерисовки окна WM_PAINT, сообщения о нажатии левой кнопки мыши WM_LBUTTONDOWN и какого-нибудь сообщения, найденного вами в файле winuser.h. Обратите внимание на смысл переменных wParam и lParam в структуре MSG для этих сообщений.

3) Найдите в справочной системе Visual C++ описание функции API GetMessage. Выясните, как в окне справки работают кнопки "Quick Info (краткая сводка о свойствах функции)", "Overview (краткое описание группы функций)" и "Group (вызов списка функций данной категории ". Получите таким же образом справку по функции GetKeyboardState и посмотрите, какие функции входят в группу функций API для работы с клавиатурой.

4) В [1] прочитайте Гл.3, занятие 2 "Архитектура Win32-приложения".

5) В [1] прочитайте и выполните задания из Гл.13, занятия 6 "Применение Spy++". Особое внимание обратите на то, как получить информацию о каком-либо из имеющихся окон с помощью инструмента Finder Tool и как просмотреть протокол сообщений, посылаемых какому-либо окну.

6) Изучите англо-русский словарь терминов по теме 1-й лекции (см. CD-ROM).