（原创）[C#] GDI+ 之鼠标交互：原理、示例、一步步深入、性能优化
一、前言
“GDI+”与“鼠标交互”，乍一听好像不可能，也无从下手，但是实现原理比想象中要简单很多。
基于“GDI+”的“交互”，应用场景也很多，比如：流程图、数据图表、思维导图等等。
本篇文章就通过多个示例来讲解一下 GDI+ 与鼠标交互的原理，以及如何去实现。
每一个示例实现后，都会对示例进行优化，主要是解决一些在实际应用中比较常见的问题，比如：闪烁、资源占用高等等。
而在最后，会基于实际的应用场景——在背景图上绘制图形并进行鼠标交互——编写一个示例。
接着会使用实际应用场景内必备的、也是核心的“局部刷新”技术对示例进行优化。
相信看完的你，一定会有所收获！
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二、基本原理
GDI+ 与鼠标交互的原理非常简单：判断鼠标是否在 GID+ 图形上，然后根据鼠标的不同状态，执行不同的效果。
估计很多人看到这句话就直接恍然大悟了。确实，原理就是这么简单。
下面，我们首先来简单实现一个简单的交互效果：可以用鼠标拖动的矩形。
三、示例1：可以用鼠标拖动的矩形
（一）设计器界面
程序界面如下：
我们的绘制及交互区域就是 panel1，所以为 panel1 绑定以下几个鼠标相关的事件：
（二）代码实现
1，添加全局变量
为了与鼠标交互，我们需要以下两个全局变量：
其中，rectShape 是我们所绘制矩形的位置和尺寸；pointLast 是上次鼠标的位置。
2，绘制矩形方法
绘制矩形很简单，直接在背景上画一个矩形即可。
GDI+ 中绘制矩形的方法如下：
（下图来自MSDN）
不过为了防止残留，我们在画矩形前需要先清空一下背景。
（下图来自MSDN）
原理示意如下：
对应的代码如下：
3，鼠标交互操作实现
（1）当鼠标在 panel1 中点击时，我们要判断鼠标点击的位置是否处于我们绘制的矩形内。
如果是，则记录当前鼠标的位置；
如果不是，则清空记录的鼠标位置；
（2）当按着鼠标按键并拖动鼠标时，我们要判断是否有记录过之前鼠标的位置。
如果满足条件，就证明是现在鼠标是按着所绘制的矩形进行拖动了。
所以，我们要计算一下这次鼠标的位移量，并计算矩形的新位置，然后重新在新位置绘制矩形。
这一步，就是交互效果的核心。在拖动的过程中，我们会根据鼠标的位置不断的计算并重新绘制新的矩形。在视觉效果上，就是我们拖动着矩形在动。
因为不断在重新绘制矩形，所以这里是最能体现 GDI+ 性能的地方，不同的写法，性能相差很大，这也是后续所要优化的地方。
（3）当松开鼠标按键时，将记录的鼠标位置清空。
上面的 MouseMove 事件会因为不满足条件，而结束重绘。
（三）效果演示
编译运行程序，我们会发现已经可以使用鼠标拖动矩形了。
我们会发现，拖动矩形时会出现闪烁的情况。而且窗口越大，闪烁越明显。
这是因为我们是先清空背景、然后再绘制矩形，这个清空再绘制的过程，就会闪烁。
下面，我们就来优化一下，解决闪烁的问题。
（四）“闪烁”问题优化
解决“闪烁”，我们最先想到的就是开启“双缓冲”，不过在这里，开启“双缓冲”效果不大，因为闪烁的原因在于我们自己不断的清空再绘制。
所以，我们优化的核心就是不再清空背景。
开启双缓冲的方式如下：
我们会发现，在两次拖动变化之间，可以看作是先将原矩形填充为背景色，再在新位置绘制一个新的矩形。
示意图如下：
我们按照示意图编写代码如下：
（五）优化后效果演示
编译运行程序，我们再次拖动矩形，会发现不再有闪烁的情况。
四、示例2：可以用鼠标拖动的圆形
在实现了可以被鼠标拖动的矩形后，我们再来实现可以被鼠标拖动的圆形。
因为圆形和矩形是不一样的：圆形既有可见区域，也有不可见区域。
如图所示：
我们本节就看一下在实现上都有哪些不同。
（一）设计器界面
设计器界面同上，增加一个按钮用来添加圆形。
（二）代码实现
1，添加全局变量
因为 GDI+ 中绘制圆形的参数和矩形是一样的，都是一个 Rectangle ，所以我们可以复用之前的全局变量，不用进行修改。
（下图来自MSDN）
2，绘制圆形方法
这里，我们直接采用上节优化后的方法去实现，即：将旧矩形填充背景色，再在新位置绘制新圆形。
原理示意见上节，具体代码如下：
3，鼠标交互操作实现
这里与上节绘制矩形的原理一样，只需要在 MouseMove 事件中将绘制矩形的方法改为绘制圆形的方法即可。
代码修改如下：
（三）效果演示
编译运行，可以发现我们可以正常使用鼠标拖动绘制的圆形。
【注：我们会发现，同样是优化后的方法，在绘制“矩形”时不会闪烁，但是在绘制“圆形”时会闪烁，这是因为绘制圆形会更加消耗性能，关于如何解决闪烁的问题，参见下面：“六、使用“局部刷新”技术对【示例3】进行优化”。因为本节内容的重点不在于此，所以未在此节解决闪烁问题。】
在拖动的时候，我们会发现一个问题：就是我们的鼠标即不在圆形上，而是在圆的四个边角处，也能正常拖动圆形。
如下：
这是因为圆形和矩形不一样，圆形是有可见区域（即显示的圆形）和不可见区域（即非圆形区域），虽然不可见，但仍然是存在的，所以仍然会正常捕获到鼠标的点击。
这里，我们在绘制圆形时将真正的范围填充上颜色，效果会很明显。
下面，我们就针对这个鼠标捕获区域的问题进行优化。
（四）鼠标捕获区域优化
首先，最关键的地方就是在鼠标点击的时候，也就是 MouseDown 事件。
我们判断鼠标是否落在圆形内，不能再通过当前的方法。因为这个只能判断矩形。我们要判断鼠标是否在圆形内，通过通过 Region 去判断。
（下图来自MSDN）
首先，我们添加一条和圆形同尺寸的圆形路径，然后基于此路径创建 Region ，接着判断鼠标是否在此 Region 内。
具体的代码如下：
（五）优化后效果演示
我们再次编译运行程序，会发现只能我们的鼠标点击在圆形内，才能正常拖动圆形。
为了更明显的演示，我们为非圆形区域填充上颜色，再次操作如下：
五、示例3：可以用鼠标拖动的圆形，但背景图不受影响
上面的示例看下来，似乎已经没有问题了。但是在实际应用过程中，却有一个不可忽视的元素：背景图（此处的背景图是广义上的背景图，可指图片、其它GDI+ 图形等等，但原理都是一样的）。
因为前面的示例背景都是纯色，所以我们看不出来，现在我们为 panel1 加上背景图，再次运行程序，我们看下效果：
可以看到，拖动过的地方背景直接被擦了。这还是优化后的代码，如果是最开始的“先清除背景再绘制图形”，则在第一次拖动的时候，整个背景图就都没了。
本节，我们就来看一下：如何在用鼠标拖动圆形时，背景图还正常显示不受影响。
（一）设计器界面
设计器界面同上，不作变化。
（二）代码实现
1，生成背景图
首先，我们写一个方法，生成一张背景图，当然也可以使用现成的图片。
然后将这张背景图保存为全局变量，以供后续使用。
2，修改绘制圆形方法
既然背景图受到影响，我们想到的最直接方法便是在每次绘制圆形时，都重新将背景图绘制一遍。
不过将整个背景图完整的重绘一遍会太过消耗资源，所以我们可以采取之前的优化思路，就是填充原矩形、绘制背后矩形，不过这里的填充不再是背景色，而是背景图。
首先，我们需要计算一下原矩形在背景图中对应的位置和尺寸，然后将这块背景绘制上去，接着再绘制新的矩形。
我们使用这个重载方法进行背景图的绘制：
（下图来自MSDN）
具体的代码如下：
（三）效果演示
编译运行，可以发现背景确实不受影响了。
不过上节中出现的在绘制圆形时闪烁的问题也更严重了。
那么下面，我们就从根本上来解决一下闪烁的问题。
六、使用“局部刷新”技术对【示例3】进行优化
在前面的示例中，使用同样的优化方式，在绘制矩形时不闪烁，而在绘制圆形时却会闪烁，虽说是因为绘制圆形更耗性能，但也说明了前面的优化还远远不足。
而问题的根源，就在于刷新的面积太大了。所以我们的优化方向，就在于怎么将这个“刷新面积”减小，也就是所谓的“局部刷新”技术。
下面，我们就以【示例3】为例来演示下如何使用“局部刷新”技术。
（一）“剪辑区域”
与“局部刷新”所对应的，就是“剪辑区域”，顾名思义，就是专门剪辑出来用来重绘的区域。
在计算“剪辑区域”时，为了方便计算和演示，我们直接将拖动时刚好包含“原矩形”和“新矩形”的矩形区域当成“剪辑区域”。
（二）修改绘制圆形方法
在绘制圆形时，我们首先要计算剪辑区域，然后获取剪辑区域所对应的背景图，接着设置剪辑区域，并绘制新矩形。
（三）效果演示
编译运行程序，可以看到在拖动圆形时，不会再出现闪烁的问题，同时各种资源的占用也很低。
七、“局部刷新”技术在实际场景中的应用
在实际应用场景中，并不是简单的一个背景一个图形。在需要用到 GDI+ 交互的场景，往往都会在同一个区域内有好多个不同的 GDI+ 图形。
这种场景的基本绘制流程一般如下：
1，将诸多 GDI+ 图形保存到一个集合内，一般是以类的形式，类里面包含图形类型、绘制此图形所需要的参数、附加参数等。
2，在绘制时，将背景图（如果有的话）和图形集合绘制到一个临时Bitmap 上，然后将此临时Bitmap 绘制到窗口上。
3，释放临时Bitmap等资源。
在这种流程下，如果按照“非局部刷新”的方式，就不免会出现闪烁、CPU内存占用高等问题。
所以，这种时候就必然要用到“局部刷新”技术。我们不用再将全部的图形集合和背景图绘制到一张临时Bitmap上，而是先计算剪辑区域，然后判断图形集合内有哪些图形在剪辑区域内，之后仅重新绘制这些图形即可。
八、源代码下载
本文演示的程序源代码如下：
https://files.cnblogs.com/files/lesliexin/GdiInteractive.7z
九、总结
在这个新技术层出不穷的时代，GDI+ 已经被冠上诸如“上个时代的技术、落后的技术、性能很差的技术”等等名词。
但是 GDI+ 的效率并不低下，只是很少有能够发挥出 GDI+ 的正常性能，更别说触摸到 GDI+ 的极限了。
当然，本人的水平也有限，只能说勉强够用而已。
新技术，给了我们更多的选择，不过技术是没有先进落后之分的，只有合适与不合适之别。
所以请对自己掌握的技术多一些信心，多一些耐心。
在此，作者与诸君共勉！
本人水平有限，文章难免有所疏漏，欢迎大家评论指正。
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