c# - GDI+ DrawImage 在 C++ (Win32) 中比在 C# (WinForms) 中慢得多

Question

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

图像在应用程序启动时加载到 System.Drawing.Image或 Gdiplus::Image ， 分别。

C#绘图代码为(直接在主窗体中):

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 , 和 (2) 分配一个临时的 HDC和 Graphics用于双缓冲绘图。

C++绘图代码比较臃肿。
我浏览了 System.Windows.Forms.Control 的引用源以了解它如何处理 HDC 以及它如何实现双缓冲。

据我所知，我的实现非常匹配(请参阅 NOTE1)(请注意，我首先在 C++ 中实现了它，然后查看了它在 .NET 源代码中的表现——我可能忽略了一些事情)。
该程序的其余部分或多或少是您在 VS2019 中创建新的 Win32 项目时获得的。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 源代码中他们不使用 CreateCompatibleBitmap , 但是 CreateDIBSection反而。
这将性能从 27 毫秒提高到 21 毫秒，而且非常麻烦(见下文)。

在这两种情况下，我都调用 Control.Invalidate或 InvalidateRect ，分别在鼠标移动时( OnMouseMove ， WM_MOUSEMOVE )。目标是使用 SetTransform 实现鼠标平移。 - 只要平局性能不好，这暂时无关紧要。

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

这个答案建议使用 Gdiplus::CachedBitmap是诀窍。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缓存位图 - C# 代码使用 GdipDrawImageRectI映射到 GdipDrawImageRectI , 映射到 Graphics::DrawImage(IN Image* image, IN INT x, IN INT y, IN INT width, IN INT height) .

关于 /* NOTE1 */ , 这里是 CreateCompatibleBitmap 的替换(只需替换 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台缓冲区可将性能从 27 毫秒提高到 21 毫秒。

关于 /* NOTE0 */在 C# 代码中——只有在转换矩阵不缩放时，代码才会很快。 C# 性能在升级时略有下降(~9 毫秒)，而在下采样时则显着下降(~22 毫秒)。

这提示: DrawImage如果可能的话，可能想要BitBlt。但它不能在我的 C++ 案例中，因为 Bitmap格式(从磁盘加载)与后台缓冲区格式或其他内容不同。
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，然后只使用 DrawImage 中更兼容的位图调用，然后性能增加到大约 4.5 毫秒。现在缩放时，它也具有与 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);
}

但它仍然始终较慢，一定还有一些东西丢失了。它提出了一个新问题:为什么在 C#(相同的图像和相同的机器)中不需要这样做？ Image.FromFile据我所知，不会在加载时转换位图格式。

为什么是 DrawImage在 C++ 代码中调用仍然较慢，我需要做些什么才能使它像在 C# 中一样快？

Answer 1

我最终复制了更多的 .NET 代码疯狂。

让它快速运行的神奇调用是GdipImageForceValidation在 System.Drawing.Image.FromFile .这个函数基本上没有文档记录，甚至 [官方] 不能从 C++ 调用。此处仅提及:https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/gdiplus/-gdiplus-image-flat
Gdiplus::Image::FromFile和 GdipLoadImageFromFile实际上并不会将完整图像加载到内存中。每次绘制它时，它都会有效地从磁盘复制。 GdipImageForceValidation强制将图像加载到内存中，或者看起来......

我最初将图像复制到更兼容的位图中的想法是正确的，但我这样做的方式并没有为 GDI+ 产生最佳性能(因为我使用了原始 HDC 中的 GDI 位图)。将图像直接加载到新的 GDI+ 位图中，无论像素格式如何，都会产生与 C# 实现中相同的性能特征:

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进一步显着提高性能 - 重复绘制图像时，预乘 alpha 得到返回(无论源图像是否具有 alpha channel )。

似乎在调用 GdipImageForceValidation在内部有效地做了类似的事情，虽然我不知道它到底做了什么。因为微软尽可能地不可能从 C++ 用户代码调用 GDI+ 平面 API，所以我只修改了 Gdiplus::Image。在我的 Windows SDK header 中包含适当的方法。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，在找出使用哪个无证函数后，google 也会给出一些额外的信息: 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。