Windows绘图基础：Device Context详解

文章摘要

Device Context（DC）是Windows编程中的核心绘图概念，相当于一块"画布"。它包含目标设备（如屏幕、打印机或内存位图）的绘图属性，所有图形操作都必须通过DC执行。常见的DC类型包括窗口DC、内存DC和打印机DC。使用流程为：获取DC→选择绘图工具→执行绘图→释放资源。GDI+和Direct2D分别用Graphics类和ID2D1RenderTarget接口作为现代替代方案，但核心思想与DC相同。开发者需要注意及时释放DC资源，避免内存泄漏。

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一、什么是 Device Context（DC）？

Device Context（简称DC，设备环境）

• 就是“画布”，是Windows用来描述一个输出设备（比如屏幕、打印机、内存位图等）的数据结构。
• 你所有的绘图操作（画线、画图、写字等）都必须指定一个DC，告诉系统“我要往哪儿画”。

比喻：
DC就像一张纸（画布），你要画画，必须先拿到这张纸。

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二、DC的类型

常见的DC有：

1. 窗口DC：屏幕上的窗口（HWND）对应的画布
   • 用于在窗口上绘图
2. 内存DC：内存中的一块区域（通常配合位图），可以离屏绘图
   • 用于双缓冲、生成图片等
3. 打印机DC：打印机的画布
   • 用于打印输出

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三、DC的底层原理

• DC是一个结构体（HDC是它的句柄），里面保存了当前的画笔、画刷、字体、剪裁区、目标设备等信息。
• 你通过DC告诉Windows：“我要用什么工具（画笔/画刷/字体），在什么地方（窗口/内存/打印机），画什么东西。”

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四、DC的获取与释放

1. 获取窗口DC

HDC hdc = GetDC(hwnd); // hwnd是窗口句柄
// ... 绘图 ...
ReleaseDC(hwnd, hdc); // 用完要释放

2. 获取内存DC

HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdc); // hdc是目标DC
// 创建位图并选入内存DC
HBITMAP hBmp = CreateCompatibleBitmap(hdc, width, height);
SelectObject(hdcMem, hBmp);
// ... 绘图 ...
DeleteObject(hBmp);
DeleteDC(hdcMem);

3. 获取打印机DC

// 通过打印对话框或OpenPrinter等API获取

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五、DC的使用流程

1. 获取DC（GetDC、BeginPaint、CreateCompatibleDC等）
2. 选入画笔/画刷/字体等GDI对象（SelectObject）
3. 绘图操作（如LineTo、Rectangle、TextOut等）
4. 释放DC（ReleaseDC、EndPaint、DeleteDC等）

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六、GDI+和Direct2D中的“画布”

• GDI+：用Graphics类代替DC，构造时传入HDC或HWND。

  Graphics graphics(hdc); // hdc是Device Context
  

• Direct2D：用ID2D1RenderTarget接口作为画布，通常通过工厂创建。

  ID2D1HwndRenderTarget* pRenderTarget; // 画布
  

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七、代码示例：在窗口上画一条线

// 1. 获取窗口DC
HDC hdc = GetDC(hwnd);

// 2. 创建画笔并选入
HPEN hPen = CreatePen(PS_SOLID, 2, RGB(255,0,0));
SelectObject(hdc, hPen);

// 3. 绘图
MoveToEx(hdc, 10, 10, NULL);
LineTo(hdc, 200, 10);

// 4. 释放资源
DeleteObject(hPen);
ReleaseDC(hwnd, hdc);

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八、总结

• DC就是画布，是所有绘图操作的基础。
• 你必须先获得DC，才能在上面画东西。
• DC可以代表屏幕、内存、打印机等不同的“纸张”。
• GDI+和Direct2D也有自己的“画布”对象，但本质思想一样。

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九、继续讲解DC结构体中的每一项具体数据以及他的作用

Device Context（DC） 在 Windows GDI 里是一个非常核心的数据结构。虽然在编程时我们只接触到 HDC 这个“句柄”，但在 Windows 内部，HDC 实际上指向一个庞大的结构体，保存了当前绘图环境的所有状态。

下面我会详细介绍DC结构体的主要成员及其作用，并结合资料和经验，尽量还原其内部结构和每一项的意义。

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一、DC结构体的本质

• 在 Windows 内部，DC 结构体叫做 DC 或 PDEVOBJ（不同版本/实现略有差异）。
• 你无法直接访问它，只能通过 GDI API 操作。
• 其结构体定义在 Windows 内核中，未公开，但有很多逆向和 MSDN 资料总结了其主要成员。

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二、DC结构体的主要成员及作用

下面以 Windows XP/7/10 时代的 GDI DC 结构体为例，列出常见成员（部分名称为推测/逆向所得，实际实现可能有变动）：

成员名	作用说明
hWnd	关联的窗口句柄（如果是窗口DC）
hDev	关联的物理设备（如显示器、打印机等）
hBitmap	当前选入的位图（内存DC时）
hPen	当前选入的画笔
hBrush	当前选入的画刷
hFont	当前选入的字体
hPalette	当前选入的调色板（调色板设备用）
TextColor	当前文本颜色（COLORREF）
BkColor	当前背景色
BkMode	背景模式（透明/不透明）
ROP2	当前的光栅操作码（Raster Operation Code，决定像素如何混合）
MapMode	当前映射模式（MM_TEXT、MM_LOMETRIC等，决定坐标系）
ViewportOrg	视口原点（坐标变换用）
WindowOrg	窗口原点（坐标变换用）
ViewportExt	视口范围（坐标变换用）
WindowExt	窗口范围（坐标变换用）
ClipRegion	当前剪裁区域（只在此区域内绘图）
BrushOrigin	画刷原点（花纹画刷对齐用）
SaveLevel	SaveDC/RestoreDC 的保存层级
DCType	DC类型（窗口DC、内存DC、打印机DC等）
Flags	各种状态标志
DeviceCaps	设备能力描述（分辨率、颜色深度等）
Path	当前路径（用于复杂图形、填充等）
WorldTransform	当前世界变换矩阵（GDI支持2D仿射变换）
…	还有很多内部成员（如缓存、同步、句柄表等）

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三、常见成员详细解释

1. 画笔/画刷/字体/调色板

• hPen/hBrush/hFont/hPalette
  当前选入的GDI对象，决定后续绘图用什么工具。

2. 颜色相关

• TextColor
  当前文本输出的颜色。
• BkColor
  背景色（如填充、擦除背景时用）。
• BkMode
  背景模式（OPAQUE/TRANSPARENT），决定文本背景是否填充。

3. 坐标变换

• MapMode
  坐标映射模式（如MM_TEXT、MM_ANISOTROPIC等）。
• ViewportOrg/WindowOrg/ViewportExt/WindowExt
  坐标变换参数，实现逻辑坐标到设备坐标的映射。

4. 剪裁

• ClipRegion
  当前剪裁区，只有在这个区域内的绘图才会显示。

5. 路径

• Path
  当前路径（BeginPath/EndPath/FillPath等用到）。

6. 设备能力

• DeviceCaps
  设备能力描述（如分辨率、颜色深度、支持的功能等）。

7. 变换

• WorldTransform
  当前世界变换矩阵（GDI支持2D仿射变换，如旋转、缩放、平移）。

8. 状态保存

• SaveLevel
  SaveDC/RestoreDC 的层级，支持多级状态保存和恢复。

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四、伪代码示例（结构体近似还原）

struct DC {
    HWND        hWnd;           // 关联窗口
    HBITMAP     hBitmap;        // 当前位图
    HPEN        hPen;           // 当前画笔
    HBRUSH      hBrush;         // 当前画刷
    HFONT       hFont;          // 当前字体
    HPALETTE    hPalette;       // 当前调色板
    COLORREF    TextColor;      // 文本颜色
    COLORREF    BkColor;        // 背景色
    int         BkMode;         // 背景模式
    int         ROP2;           // 光栅操作码
    int         MapMode;        // 坐标映射模式
    POINT       ViewportOrg;    // 视口原点
    POINT       WindowOrg;      // 窗口原点
    SIZE        ViewportExt;    // 视口范围
    SIZE        WindowExt;      // 窗口范围
    HRGN        ClipRegion;     // 剪裁区
    POINT       BrushOrigin;    // 画刷原点
    int         SaveLevel;      // 状态保存层级
    int         DCType;         // DC类型
    DWORD       Flags;          // 状态标志
    // ... 其他成员
};

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五、实际开发中的意义

• 你通过 GDI API（如 SelectObject、SetTextColor、SetMapMode 等）就是在修改 DC 结构体的这些成员。
• 每个 DC 都是独立的，互不影响。
• 你可以通过 SaveDC/RestoreDC 快速保存/恢复 DC 的全部状态。

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六、参考资料

• MSDN: Device Contexts
• GDI Internals (ReactOS源码)
• Windows GDI 逆向分析

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七、补充

• GDI+ 的 Graphics 类内部也有类似的状态结构体，但更面向对象，支持更多高级特性（如抗锯齿、Alpha等）。
• Direct2D 的 ID2D1RenderTarget 也有自己的状态机，原理类似。

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总结

• DC结构体保存了所有绘图相关的状态（画笔、画刷、字体、颜色、坐标变换、剪裁等）。
• 你通过API操作DC，其实就是在修改这些成员。
• 了解DC结构体有助于你更高效地管理绘图状态、避免资源泄漏、实现复杂的绘图效果。