c# - 在C++(Win32)中，GDI + DrawImage的速度明显比在C#(WinForms)中慢

我正在将应用程序从C#(WinForms)移植到C++，并注意到在C++中使用GDI +绘制图像要慢得多，即使它使用相同的API。

该图像在应用程序启动时分别加载到System.Drawing.Image或Gdiplus::Image中。

C#绘图代码为(直接在主要形式中):

public Form1()
{
    this.SetStyle(ControlStyles.UserPaint | ControlStyles.AllPaintingInWmPaint | ControlStyles.OptimizedDoubleBuffer, true);
    this.image = Image.FromFile(...);
}

private readonly Image image;

protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)
{
    base.OnPaint(e);
    var sw = Stopwatch.StartNew();
    e.Graphics.TranslateTransform(this.translation.X, this.translation.Y); /* NOTE0 */
    e.Graphics.DrawImage(this.image, 0, 0, this.image.Width, this.image.Height);
    Debug.WriteLine(sw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString()); // ~3ms
}

关于SetStyle:AFAIK，这些标志(1)使WndProc忽略WM_ERASEBKGND；以及(2)为双缓冲图形分配临时HDC和Graphics。

C++绘图代码更加肿。
我已经浏览了System.Windows.Forms.Control的引用源，以了解其如何处理HDC以及如何实现双重缓冲。

据我所知，我的实现与之紧密匹配(请参阅NOTE1)(请注意，我先用C++实现了它，然后查看了它在.NET源代码中的状态-我可能忽略了一切)。
该程序的其余部分或多或少是您在VS2019中创建新的Win32项目时得到的。为了便于阅读，省略了所有错误处理。

// In wWinMain:
    Gdiplus::GdiplusStartupInput gdiplusStartupInput;
    Gdiplus::GdiplusStartup(&gdiplusToken, &gdiplusStartupInput, NULL);
    gdip_bitmap = Gdiplus::Image::FromFile(...);

// In the WndProc callback:
case WM_PAINT:
    // Need this for the back buffer bitmap
    RECT client_rect;
    GetClientRect(hWnd, &client_rect);
    int client_width = client_rect.right - client_rect.left;
    int client_height = client_rect.bottom - client_rect.top;

    // Double buffering
    HDC hdc0 = BeginPaint(hWnd, &ps);
    HDC hdc = CreateCompatibleDC(hdc0);
    HBITMAP back_buffer = CreateCompatibleBitmap(hdc0, client_width, client_height); /* NOTE1 */
    HBITMAP dummy_buffer = (HBITMAP)SelectObject(hdc, back_buffer);

    // Create GDI+ stuff on top of HDC
    Gdiplus::Graphics *graphics = Gdiplus::Graphics::FromHDC(hdc);

    QueryPerformanceCounter(...);
    graphics->DrawImage(gdip_bitmap, 0, 0, bitmap_width, bitmap_height);
    /* print performance counter diff */ // -> ~27 ms typically

    delete graphics;

    // Double buffering
    BitBlt(hdc0, 0, 0, client_width, client_height, hdc, 0, 0, SRCCOPY);
    SelectObject(hdc, dummy_buffer);
    DeleteObject(back_buffer);
    DeleteDC(hdc); // This is the temporary double buffer HDC

    EndPaint(hWnd, &ps);

/* NOTE1 */:在.NET源代码中，它们不使用CreateCompatibleBitmap，而是使用CreateDIBSection。
这样可以将性能从27毫秒提高到21毫秒，而且非常麻烦(请参阅下文)。

在这两种情况下，当鼠标移动时，我分别调用Control.Invalidate或InvalidateRect(OnMouseMove，WM_MOUSEMOVE)。目标是使用SetTransform用鼠标实现平移-只要绘制性能不好，这暂时不相关。

注意2:https://stackoverflow.com/a/1617930/653473

这个答案表明使用Gdiplus::CachedBitmap是技巧。但是，我在C#WinForms源代码中找不到任何证据表明它以任何方式使用了缓存的位图-C#代码使用的GdipDrawImageRectI映射到GdipDrawImageRectI，后者映射到Graphics::DrawImage(IN Image* image, IN INT x, IN INT y, IN INT width, IN INT height)。

关于/* NOTE1 */，这是CreateCompatibleBitmap的替代品(只是替代CreateVeryCompatibleBitmap):

bool bFillBitmapInfo(HDC hdc, BITMAPINFO *pbmi)
{
    HBITMAP hbm = NULL;
    bool bRet = false;

    // Create a dummy bitmap from which we can query color format info about the device surface.
    hbm = CreateCompatibleBitmap(hdc, 1, 1);

    pbmi->bmiHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);

    // Call first time to fill in BITMAPINFO header.
    GetDIBits(hdc, hbm, 0, 0, NULL, pbmi, DIB_RGB_COLORS);

    if ( pbmi->bmiHeader.biBitCount <= 8 ) {
        // UNSUPPORTED
    } else {
        if ( pbmi->bmiHeader.biCompression == BI_BITFIELDS ) {
            // Call a second time to get the color masks.
            // It's a GetDIBits Win32 "feature".
            GetDIBits(hdc, hbm, 0, pbmi->bmiHeader.biHeight, NULL, pbmi, DIB_RGB_COLORS);
        }
        bRet = true;
    }

    if (hbm != NULL) {
        DeleteObject(hbm);
        hbm = NULL;
    }
    return bRet;
}

HBITMAP CreateVeryCompatibleBitmap(HDC hdc, int width, int height)
{
    BITMAPINFO *pbmi = (BITMAPINFO *)LocalAlloc(LMEM_ZEROINIT, 4096); // Because otherwise I would have to figure out the actual size of the color table at the end; whatever...
    bFillBitmapInfo(hdc, pbmi);
    pbmi->bmiHeader.biWidth = width;
    pbmi->bmiHeader.biHeight = height;
    if (pbmi->bmiHeader.biCompression == BI_RGB) {
            pbmi->bmiHeader.biSizeImage = 0;
    } else {
        if ( pbmi->bmiHeader.biBitCount == 16 )
            pbmi->bmiHeader.biSizeImage = width * height * 2;
        else if ( pbmi->bmiHeader.biBitCount == 32 )
            pbmi->bmiHeader.biSizeImage = width * height * 4;
        else
            pbmi->bmiHeader.biSizeImage = 0;
    }
    pbmi->bmiHeader.biClrUsed = 0;
    pbmi->bmiHeader.biClrImportant = 0;

    void *dummy;
    HBITMAP back_buffer = CreateDIBSection(hdc, pbmi, DIB_RGB_COLORS, &dummy, NULL, 0);
    LocalFree(pbmi);
    return back_buffer;
}

使用非常兼容的位图作为后备缓冲区，可以将性能从27 ms提高到21 ms。

关于C#代码中的/* NOTE0 */，只有在转换矩阵无法缩放的情况下，该代码才是快速的。 C#性能在向上扩展时(〜9ms)略有下降，而在向下采样时则显着下降(〜22ms)。

这暗示:DrawImage可能想要BitBlt。但是在我的C++情况下却不能，因为Bitmap格式(从磁盘加载)与后台缓冲区格式不同。
如果我创建一个新的更兼容的位图(这次CreateCompatibleBitmap和CreateVeryCompatibleBitmap之间没有明显区别)，然后在其上绘制原始位图，然后仅在DrawImage调用中使用更兼容的位图，则性能将提高到约4.5毫秒。现在扩展时，它还具有与C#代码相同的性能特征。

if (better_bitmap == NULL)
{
    HBITMAP tmp_bitmap = CreateVeryCompatibleBitmap(hdc0, gdip_bitmap->GetWidth(), gdip_bitmap->GetHeight());
    HDC copy_hdc = CreateCompatibleDC(hdc0);
    HGDIOBJ old = SelectObject(copy_hdc, tmp_bitmap);
    Gdiplus::Graphics *copy_graphics = Gdiplus::Graphics::FromHDC(copy_hdc);
    copy_graphics->DrawImage(gdip_bitmap, 0, 0, gdip_bitmap->GetWidth(), gdip_bitmap->GetHeight());
    // Now tmp_bitmap contains the image, hopefully in the device's preferred format
    delete copy_graphics;
    SelectObject(copy_hdc, old);
    DeleteDC(copy_hdc);
    better_bitmap = Gdiplus::Bitmap::FromHBITMAP(tmp_bitmap, NULL);
}

但是它仍然持续变慢，仍然必须缺少一些东西。这就提出了一个新的问题:为什么在C#中(同一图像和同一台机器)不需要这样做？据我所知，Image.FromFile不会在加载时转换位图格式。

为什么C++代码中的DrawImage调用仍然较慢，我需要做些什么才能使其与C#一样快？

最佳答案

我最终复制了更多的.NET代码困惑。

使其快速运行的魔术调用是GdipImageForceValidation中的System.Drawing.Image.FromFile。基本上根本没有记录此函数，甚至无法从C++正式调用此函数。这里只提到它:https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/gdiplus/-gdiplus-image-flat
Gdiplus::Image::FromFile和GdipLoadImageFromFile实际上不会将完整图像加载到内存中。每次绘制时都会有效地从磁盘复制它。 GdipImageForceValidation强制将图像加载到内存中，否则似乎...

我最初将图像复制到更兼容的位图中的想法是正确的，但是我这样做的方式并不能为GDI +带来最佳性能(因为我使用了原始HDC的GDI位图)。将图像直接加载到新的GDI +位图中，而不管像素格式如何，都会产生与C#实现相同的性能特征:

better_bitmap = new Gdiplus::Bitmap(gdip_bitmap->GetWidth(), gdip_bitmap->GetHeight(), PixelFormat24bppRGB);
Gdiplus::Graphics *graphics = Gdiplus::Graphics::FromImage(better_bitmap);
graphics->DrawImage(gdip_bitmap, 0, 0, gdip_bitmap->GetWidth(), gdip_bitmap->GetHeight());
delete graphics;

更好的是，使用PixelFormat32bppPARGB进一步提高了性能-当重复绘制图像时，预乘alpha会得到返回(无论源图像是否具有alpha通道)。

看来GdipImageForceValidation在内部有效地执行了类似的操作，尽管我不知道它的实际作用。因为Microsoft尽可能使他们无法从C++用户代码中调用GDI +扁平API，所以我只是在Windows SDK header 中修改了Gdiplus::Image以包含适当的方法。将位图显式复制到PARGB对我来说似乎更干净(并产生更好的性能)。

当然，在找到要使用的未记录功能之后，Google还会提供一些其他信息:https://photosauce.net/blog/post/image-scaling-with-gdi-part-5-push-vs-pull-and-image-validation

GDI +不是我最喜欢的API。