Window GDI+ API有BUG?GetBounds测不准？

文章目录

GraphicsPath的GetBounds测不准？
方法一：GetBounds ()
- 实战
方法二：GetBounds(Matrix)
- 实战
GraphicsPath的GetBounds测不准?
- 实战
.NET 版本的问题？
C++也一样，不是.NET的问题
怀疑人生
MiterLimit惹得祸
完美结果
结束语

最近，在学习系统了解 Windows GDI+ 绘图，并尝试复现大部分函数，看似一帆风顺的过程，也让我遇到了怀疑人生的困惑。

无论是前面的GDI+绘制基础、坐标系和坐标转换、还是矩阵Matrix详解，都能不太费力地实现各函数、方法的示例，并继续推进。

然而，事件总是不会这么顺风顺水的，就如人生多少都会有些波折吧！那么，下面让我们开始本篇的主题吧，

GraphicsPath的GetBounds测不准？

这个要从学习GDI+的GraphicsPath的GetBounds方法说起，GetBounds无法准确获取路径的外接矩形？Microsoft会有这么大的Bug吗？

方法一：GetBounds ()

原型：

public System.Drawing.RectangleF GetBounds ();

作用：
返回GraphicsPath的外接矩形。

实战

要求：通过绘制一个椭圆，并计算这个椭圆的外接矩形。
代码如下：

//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
    //根据矩形，添加一个椭圆
    path.AddEllipse(rect);

    //绘制椭圆
    e.Graphics.DrawPath(Pens.Red,path);

    //计算路径(椭圆)的外接矩形
    var boxRect = path.GetBounds();

    //绘制该外接矩形
    e.Graphics.DrawRectangle(Pens.LightGreen, boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);
}

GetBounds
一切都是这么的顺利，结果也是这么的完美。

方法二：GetBounds(Matrix)

原型：

public System.Drawing.RectangleF GetBounds (System.Drawing.Drawing2D.Matrix? matrix);

作用：
返回一个经过矩阵变换后的外接矩形。

实战

绘制一个椭圆，返回一个有偏移的外接矩形。

//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
    //根据矩形，添加一个椭圆
    path.AddEllipse(rect);

    //绘制椭圆
    e.Graphics.DrawPath(Pens.Red, path);

    //计算路径(椭圆)的外接矩形,结果向左偏移150，向上偏移100
    var boxRect = path.GetBounds(new Matrix(1,0,0,1,-150,-100));

    //绘制该偏移后的外接矩形
    e.Graphics.DrawRectangle(Pens.LightGreen, boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);
}

GetBounds_Matrix
事件还是很顺利，此场景应该是有时需要获取一个相对偏移的结果，这样就不需要在获取的矩形上，再做其它坐标的加、减法了。

如果，一切都是这么顺利，我就不会单独另一起篇来记录，这个惊天BUG了（我承认，多少有点标题党了，但当时，确实是怀疑这个API是不是有BUG）。

GraphicsPath的GetBounds测不准?

怀疑这个BUG，要从GetBounds(Matrix, Pen)说起，这个方法比前一个多了个Pen参数，表示，有些路径会用特定的Pen绘制，然后需要计算路径与Pen一起构成的图形的外接矩形，这个功能也很实用吧。所以，也让我急切地想知道，为何一开始测不准了。

原型：

public System.Drawing.RectangleF GetBounds (System.Drawing.Drawing2D.Matrix? matrix, System.Drawing.Pen? pen);

作用：
获取一个外接矩形，包围着由指定画笔绘制的路径。

实战

用10像素宽的画笔绘制一个椭圆，并计算其外接矩形。

//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
    //根据矩形，添加一个椭圆
    path.AddEllipse(rect);

    //定义一个10像素宽的亮绿画笔
    var pathPen = new Pen(Color.LightGreen, 10);

    //用10像素宽的画笔绘制椭圆
    e.Graphics.DrawPath(pathPen, path);

    //计算路径及画笔的外接矩形
    var boxRect = path.GetBounds(new Matrix(), pathPen);

    //绘制外接矩形，结果？
    e.Graphics.DrawRectangle(Pens.LightGreen, boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);
}

代码没有特别之处，只是在获取Bounds时，加了画笔参数。
可结果，结果。。。
GetBounds_Matrix_Pen
没理由呀，前面他们不是还好好的吗？怎么突然就两个离的十万八千里呢？

.NET 版本的问题？

首先怀疑会不会Graphics的PageUnit的问题？默认是Display，将其改为Pixel。结果依旧。

再次怀疑会不会Graphics的Scale的问题呢?默认是1，也没问题。

尝试着将.NET Framewor 版本从4.8一直换到3.5结果，还是依旧。外接矩形与椭圆还是离得那么远。但是，他们之间的距离，也是随着画笔的宽度越大，越的越远。

//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
    //根据矩形，添加一个椭圆
    path.AddEllipse(rect);

    Random random = new Random();

    for (int width = 21; width >= 1; width -= 2)
    {
        var color = Color.FromArgb(random.Next(0, 256), random.Next(0, 256), random.Next(0, 256));
        //定义一个10像素宽的亮绿画笔
        var pathPen = new Pen(color, width);

        //用10像素宽的画笔绘制椭圆
        e.Graphics.DrawPath(pathPen, path);

        //计算路径及画笔的外接矩形
        var boxRect = path.GetBounds(new Matrix(), pathPen);

        //绘制外接矩形，结果？
        e.Graphics.DrawRectangle(new Pen(color,1), boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);
    }

笔宽越大，偏离越远

如上图，当画笔的宽度从1到21时，外接矩形逐浙远离，当画笔的宽度为1时，几乎接近我们要计算的外接矩形的结果，可这不是我们要的结果呀！

C++也一样，不是.NET的问题

我怀疑你在开车，但我没有证据
我怀疑是.NET封装的问题，但我没有证据！

为了证据，我尝试着用C++来实现两样的GDI+绘制。（隔语言，如隔山，对不熟悉的语言，想要实现个简单的功能，却花了不少时间。）

void OnPaint(HDC hdc)
{
    Graphics graphics(hdc);

    // 创建矩形
    RectF rect(200, 200, 300, 200);

    // 创建路径
    GraphicsPath path;
    path.AddEllipse(rect);

    // 创建一个画笔对象，指定颜色和宽度
    Gdiplus::Pen pathPen(Color::LightGreen, 10);
    // 绘制椭圆
    graphics.DrawPath(&pathPen, &path);

    // 创建路径的外包矩形
    RectF mPenBBox;
    path.GetBounds(&mPenBBox, nullptr, &pathPen);

    // 绘制路径的外包矩形
    Gdiplus::Pen pen(Color::Red, 1);
    graphics.DrawRectangle(&pen, mPenBBox.X, mPenBBox.Y, mPenBBox.Width, mPenBBox.Height);
}

事实，啪啪啪打脸，C++的结果和.NET的结果是一样的，其椭圆路径与其外接矩形也是相隔那么远！！！
C++实现

怀疑人生

Microsoft会有一个惊天Bug让我遇上了？不可能，绝对不可能！那为什么计算出来的外接矩形会有这么大的误差呢？

山重水复疑无路，柳暗花明又一村！（其实这中间过程，还是挺折腾的，甚至尝试 IDA Pro 和 OllyDbg来静态分析与动态调试，但还是水平有限，不知如何入手，而放弃！）

于是返回到官网对GetBounds(Matrix, Pen)函数的详细说明，既然是踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。

The size of the returned bounding rectangle is influenced by the type of end caps, pen width, and pen miter limit, and therefore produces a “loose fit” to the bounded path. The approximate formula is: the initial bounding rectangle is inflated by pen width, and this result is multiplied by the miter limit, plus some additional margin to allow for end caps.

大概意思是：返回的外接矩形会受到画笔的笔帽(end caps)、笔宽(pen width)还有斜接(pen miter limit)影响，因此会产生看似“松弛”的外接矩形。近似计算公式是：初始边界矩形按笔宽膨胀，并将结果乘以MiterLimt和加上额外的笔帽边距。

MiterLimit惹得祸

原来，一切都是MiterLimit惹的祸。先上代码，来验证下吧。

//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
    //根据矩形，添加一个椭圆
    path.AddEllipse(rect);

    //定义一个10像素宽的亮绿画笔
    var pathPen = new Pen(Color.Red, 21);

    //未修改Pen的MiterLimit前
    var boxRect = path.GetBounds(new Matrix(), pathPen);
    //未修改Pen的MiterLimit前的外接矩形
    e.Graphics.DrawRectangle(pathPen, boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);

    //原来的MiterLimit=10
    pathPen.MiterLimit = 1;

    //用10像素宽的画笔绘制椭圆
    e.Graphics.DrawPath(pathPen, path);

    //计算路径及画笔的外接矩形
    boxRect = path.GetBounds(new Matrix(), pathPen);

    //绘制外接矩形，结果？
    e.Graphics.DrawRectangle(pathPen, boxRect.X, boxRect.Y, boxRect.Width, boxRect.Height);
}

原来默认的是因为Pen的LineJong默认值为Miter，而Pen的MiterLimit默认值又10，所以导致画笔宽度每加1，差不多增加10像素。
MiterLimit惹的祸

完美结果

知道为什么导致结果会“松弛”，那么，要计算出实际贴切的外接矩形就不难了。
//定义一个矩形，用于确定一个椭圆
var rect = new Rectangle(200, 200, 300, 200);

//定义一个GraphicsPath，用于添加路径
using (var path = new GraphicsPath())
{
//根据矩形，添加一个椭圆
path.AddEllipse(rect);

//定义一个10像素宽的亮绿画笔
var pathPen = new Pen(Color.Red, 21);

//原来的MiterLimit=10

pathPen.MiterLimit = 1;

//用10像素宽的画笔绘制椭圆
e.Graphics.DrawPath(pathPen, path);
//绘制没有笔为1的椭圆
e.Graphics.DrawEllipse(Pens.Black, rect);

//计算路径及画笔的外接矩形
var boxRect = path.GetBounds(new Matrix(), pathPen);

var halfWidth = pathPen.Width / 2;
//贴切的外接矩形
e.Graphics.DrawRectangle(Pens.Black, boxRect.X + halfWidth, boxRect.Y + halfWidth, boxRect.Width - pathPen.Width, boxRect.Height - pathPen.Width);

}
贴切的外接矩形