设置双缓冲减少窗体闪烁

yuxinrong 2009-10-22

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如何：通过对窗体和控件使用双缓冲来减少图形闪烁

更新：2007 年 11 月

对于大多数应用程序，.NET Framework 提供的默认双缓冲将提供最佳效果。默认情况下，标准 Windows 窗体控件是双缓冲的。可以通过两种方法对窗体和所创作的控件启用默认双缓冲。一种方法是将 DoubleBuffered 属性设置为 true，另一种方法是通过调用 SetStyle 方法将 OptimizedDoubleBuffer 标志设置为 true。两种方法都将为窗体或控件启用默认双缓冲并提供无闪烁的图形呈现。建议仅对已为其编写所有呈现代码的自定义控件调用 SetStyle 方法。

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什么是闪烁

闪烁可以这样定义：当后面一幅图像以很快的速度画在前面一幅图像上时，在后面图像显示前，你可以很快看到前面那一个图像，这样的现象就是闪烁。我认为，闪烁会让使用者对程序很不满，原因是：如果用户接口编码如此糟糕，那么程序的其他部分呢，如何能相信数据的正确性呢？一个具有平滑，快速相应的程序会给用户带来信心，这个道理很简单。

程序出现闪烁可以由多种形式造成，最常见的原因是窗口大小发生改变时，其内容重画造成闪烁。

仅仅画一次

这是一个黄金法则,在任何计算机(Windows或者你使用的任何操作系统)上处理画法逻辑都需要遵循，即永远不要将同一像素画两次。一个懒惰的程序员常常不愿意在画法逻辑上投入过多精力,而是采用简单的处理逻辑。要避免闪烁,就需要确保不会出现重复绘制的情况发生。现在，WIndows和计算机还是很笨的，除非你给他们指令，否则他们不会做任何事情。如果闪烁的现象发生，那是因为你的程序刻意地多绘制了屏幕的某些区域造成的. 这个现象可能是因为一些明确的命令，或者一些被你忽视了的地方。如果程序有闪烁的现象出现，你需要你知道如何找到好的方案去解决这个问题。

WM_ERASEBKGND

通常，首先需要怀疑的是WM_ERASEBKGND消息。当一个窗口的背景需要被擦除时，这个消息会被发送。这是因为窗口的绘画通常经历了两个过程

WM_ERASEBKGND: 清除背景
WM_PAINT: 在上面绘制内容

这两个过程让窗体在绘制内容时变得很简单，即：每次当收到WM_PAINT消息时，你知道已经有了一个新画布等待去绘制。然而，画窗口两次（一次是通过WM_ERASEBKGND画背景，另外一次是WM_PAINT）将会导致窗口出现比较糟糕的闪烁现象。只要看看标准的编辑框-打开Windows的写字板并改变窗口大小，就可以看到那种闪烁的效果。

那么，如何避免窗口背景的重刷呢？有如下两种方法：

设置窗口背景刷子为NULL（当注册Windows类时，设置WNDCLASS结构中的hbrBackground成员为零）
在WM_ERASEBKGND消息处理时返回非零值

以上任何一种方法都可以阻止WM_ERASEBKGND 消息去清除窗口。其中，第二个方案的通常可以以如下代码实现：

case WM_ERASEBKGND:
return 1;

当你标记窗口内容无效并试图更新时，还有如下办法可以防止WM_ERASEBKGND消息：InvalidateRect函数的最后一个参数可以指明在下一次窗口重画时，是否窗口的部分背景会被重刷。将该参数置为False可以防止当窗口需要重画时系统发出WM_ERASEBKGND消息。

InvalidateRect(hwnd, &rect, FALSE);

不该画的时候一定不要画

有一个比较普遍的现象：即使窗口中只有一个小的部分发生了改变，往往所有的部分都会被重画。比如，经常地，当窗口大小被改变时，一些（不是所有）的程序会重画所有的窗口。通常，这是个是不必要的，这是因为当窗口大小被改变时，经常是之前窗口的内容是不变的，仅仅是改变大小造成的一个小的边界区域需要重画。此时，没有必要重画所有区域。如果在这里多注意，多考虑，就可以使用好的算法以使得一次只有最小的部分被画。

系统中每个窗口都有更新区域。这个区域描述了窗口中变得无效需要重画的地方。如果一个窗口仅仅其需要更新的区域，不多绘制其他地方，那么窗口的绘制效果将会非常快。

有几种方法可以获得窗口的更新区域。通过GetUpdateRgn 函数可以获得准确的更新区域，这个函数返回的结果可以使矩形的区域也可以是非矩形的区域。通过GetUpdateRect 函数可以获得需要更新的最小矩形区域。通常使用矩形的更新区域比较容易。第三个方法是在BeginPaint/EndPaint中得到PAINTSTRUCT 结构，从而得到准确的更新区域信息。

一个常规的画法函数是这样的：

PAINTSTRUCT ps;
HDC          hdc;
case WM_PAINT:
    hdc = BeginPaint(hwnd, &ps);
    // do painting
    EndPaint(hwnd, &ps);
    return 0;

BeginPaint函数初始化PS（PAINTSTRUCT）结构，其中，成员rcPaint是一个RECT结构，描述了包含了需要更新的最小矩形区域（就像GetWindowRect函数）。

如果仅仅在这个矩形区域上绘制窗口，速度上绘有很好地提高。

现在，当使用BeginPaint/EndPaint时Windows会自动剪切掉画在更新区域外面的部分。这意味着，你没有机会画到更新区域以外的地方。可能你会认为，如果是这样的话，花功夫确保代码不试图画到更新区域外是没有意义的，反正没有画出任何东西来。然而，你仍然可以避免不必要的API调用和相关计算，所以，我认为放一些精力在如何工作地更快上是绝对值得的。

如果还是不能解决

有些时候，当你花了很多努力去考虑非常好的画法时，发现窗口还是会被全部刷新。这通常是由两个Window 类的属性造成的：CS_VREDRAW 和 CS_HREDRAW。如果有其中一个标志被设置时，那么当窗口水平或者竖直方向有大小被改变时，其内容每次都会被重新刷新。所有，你需要关掉这两个标志，解决的唯一的方式是在创建窗体和窗体类被注册时，确保这两个属性不被设置。

WNDCLASSEX wc;
wc.cbSize = sizeof(wc);
wc.style = 0; /* CS_VREDRAW | CS_HREDRAW; */
...
RegisterClassEx(&wc);

上面的例子描述了当窗体类被注册时，这两个属性不被设置的实现方法。

有一点需要注意：如果主窗体有了这两个属性，即使子窗体没有重画标志，会导致所有子窗体在其大小被改变时会被重绘。可以通过以下方式避免这个情况发生：

剪切子窗体

有时，闪烁的原因是因为当重画时，父窗体没有剪切其子窗体区域。这样的结果导致，整个父窗口内容被重画，而子窗体又被显示在了上面（造成闪烁）。这个可以通过在父窗体上设置WS_CLIPCHILDREN 来解决。当这个标志被设置时，被子窗体占据的任何区域将会被排除在更新区域外。因此，即使你尝试在子窗体所在的位置上绘制（父窗口的内容），BeginPaint中的剪切区域也会阻止其绘制效果。

双缓冲和内存设备描述表（Memory Device Context, 简称Memory-DC）

常见的彻底避免闪烁的方法是使用双缓冲。其基本的思路是：将窗体的内容画在屏幕外的一个缓冲区内，然后，将该缓冲区的内容再传递到屏幕上（使用BilBlt函数）。这是一个非常好的减少闪烁的方法，但是经常被滥用，特别是当程序员并不真正地理解如何有效地绘制窗口时。

典型的双缓冲代码如下：

HDC          hdcMem;
HBITMAP      hbmMem;
HANDLE       hOld;
PAINTSTRUCT  ps;
HDC          hdc;
....
case WM_PAINT:
// Get DC for window
hdc = BeginPaint(hwnd, &ps);
// Create an off-screen DC for double-buffering
hdcMem = CreateCompatibleDC(hdc);
hbmMem = CreateCompatibleBitmap(hdc, win_width, win_height);
hOld   = SelectObject(hdcMem, hbmMem);
// Draw into hdcMem
// Transfer the off-screen DC to the screen
BitBlt(hdc, 0, 0, win_width, win_height, hdcMem, 0, 0, SRCCOPY);
// Free-up the off-screen DC
SelectObject(hdcMem, hOld);
DeleteObject(hbmMem);
DeleteDC    (hdcMem);
EndPaint(hwnd, &ps);
return 0;

这个方法比较慢，因为在每次窗体需要重画的时候内存设备描述表(Memory-DC)都需要被重新创建。更有效的方法是，仅仅创建内存设备描述表(Memory-DC)一次，并使其足够大到能满足任何时候的整个窗体刷新。当程序结束时，再销毁这个内存设备描述表(Memory-DC)。这两种方法都存在对内存开销的问题，特别是如果内存设备描述表(Memory-DC)是针对真个屏幕的大小。双缓冲也需要两倍的时间去画。这是因为其第一次是在内存设备描述表(Memory-DC)上画，然后再使用BitBlt画回到屏幕上。当然，好的显卡会使BitBlt更快，但是仍然会耗CPU 时间。

如果程序需要显示相当复杂的信息，比如像网页，那么你应该使用内存设备描述表(Memory-DC)。比如IE，如果不使用双缓冲，是没有办法在绘制网页时不闪烁的。

没有必要将双缓冲技术用于整个窗体的绘制中。可以这样设想，窗口中仅仅有一个小部分包含了复杂的图形对象（比如半透明的位图或者其他）。你应该将内存设备描述表(Memory-DC)仅仅用于着一个小区域，其他区域使用常规的方法。有时，通过仔细的思考，经常可以避免使用双缓冲而直接将结果画到屏幕上。只要你不破坏黄金法则，即“永远不要将一个像素画两次”，就可以防止闪烁的出现。

避免过度绘制

我想说的关于这个话题是这样的：有一个需要自己定义画法的窗体的标题栏。首先，你画了标题，接着在上面画一些其他的图形。现在，只要标题需要被重画，就会出现闪烁现象。这是因为你没有合乎黄金法则。这里，标题被很快地显示在其他图形在上面绘制时，导致了闪烁。

有两种技术可以组织这种类型的闪烁。第一个是使用剪切，第二个是使用你的大脑。

使用剪切时，你可以使用ExcludeClipRect 函数在设备描述表中去标记一个特定的区域。当一个区域被标记上时，即使在该区域上面重画也不会产生效果。一旦背景已经被绘制了，可以通过SelectClipRgn移掉该标记的区域，其他图形能被画到前面标记的区域上。通过准确的标记（剪切），可以在很多时候被避免过度绘制。

另外一个方案就是找更聪明的解决办法。比如，当你需要画一个表格，通常应该先画空的背景，再画网格线从而产生表格。但是，这个方法会使网格线产生闪烁，这是因为在网格线被画之前，下面背景被很快地显示了一下。然而可以使用不同的做法达到想要的结果。即，不是一次画一个大的空背景，而是画一系列的空方块，每一个方块边是被一个像素的宽度分开。这样，当画网格线时，他们刚好能被画到一个之前没有画过的地方。其结果是不会有闪烁现象，因为没有像素被画了超过两次。

使用你的头脑去想一个好的算法可能需要长一点的时间，但是却是值得的，因为这能让结果更好。