GDI

GDI (Graphics Device Interface, Graphical Device Interface) — один из трёх основных компонентов или «подсистем», вместе с ядром и Windows API, составляющих пользовательский интерфейс (оконный менеджер GDI) Microsoft Windows.

GDI — это интерфейс Windows для представления графических объектов и передачи их на устройства отображения, такие, как мониторы и принтеры.

GDI отвечает за отрисовку линий и кривых, отображение шрифтов и обработку палитры. Он не отвечает за отрисовку окон, меню и т. п., эта задача закреплена за пользовательской подсистемой, располагающейся в user32.dll и основывающейся на GDI. GDI выполняет те же функции, что и QuickDraw в Mac OS.

Одно из преимуществ использования GDI вместо прямого доступа к оборудованию — это унификация работы с различными устройствами. Используя GDI, можно одними и теми же функциями рисовать на разных устройствах, таких, как экран или принтер, получая на них практически одинаковые изображения. Эта возможность лежит в центре всех WYSIWYG-приложений для Windows.

Простые игры, которые не требуют быстрой графики, могут использовать GDI. Однако GDI не обеспечивает качественной анимации, поскольку в нём нет возможности синхронизации с кадровым буфером. Также в GDI нет растеризации для отрисовки 3D-графики. Современные игры используют DirectX или OpenGL, что даёт программистам доступ к большему количеству аппаратных возможностей.

Краткое описание

Для определения атрибутов текста и изображения, которые выводятся на экран или принтер, используется программный объект под названием «контекст устройства» (Device Context, DC). DC, как и большинство объектов GDI, инкапсулирует подробности реализации и данные в себе и к ним нельзя получить прямой доступ.

Для любого рисования нужен объект HDC (Handle DC). При выводе на принтер HDC получается вызовом CreateDC, и на нём вызываются специальные функции для перехода на новую страницу печатаемого документа. При выводе на экран также можно использовать CreateDC, но это приведет к рисованию поверх всех окон вне их границ, потому обычно для рисования на экране используются вызовы GetDC и BeginPaint, принадлежащие уже не GDI, а USER, и возвращающие контекст, ссылающийся на регион отсечения окна.

Функциональность:

• вывод одними и теми же вызовами на экран, принтер, «экран в памяти» (доступный приложению по указателю и созданный им bitmap в памяти, также возможно выделение bitmapов в памяти видеокарты — CreateCompatibleBitmap — и рисование на них, такие битовые карты не доступны по указателю, но дальнейшая перерисовка с них на физический экран происходит очень быстро без нагрузки процессора и шины, и особенно быстро в случае Remote Desktop).
• вывод в метафайл — запоминание последовательности команд рисования в файле, который можно "проиграть" заново, векторный графический файл .wmf есть именно этот метафайл с небольшим дополнительным заголовком в начале.
• вывод текста различными шрифтами, в том числе TrueType и OpenType, а также шрифтами, вшитыми в принтер (при изображении документа на экране используется ближайший похожий программно реализованный шрифт). Буквы всегда заливаются одним цветом («текущий цвет»), промежутки между ними либо остаются прозрачными, либо же заливаются другим цветом («текущий цвет фона»). Не поддерживается расположение букв по кривой.
• богатый набор операций с битовыми картами (битмапами), включая масштабирование, автоматическое преобразование из типичных форматов в текущий формат экрана без усилий со стороны программиста (StretchDIBits), рисование на битмапах нескольких типичных форматов, находящихся в памяти, и огромное количество логических операций комбинирования цветов 2 битмапов — уже имеющегося на устройстве назначения и вновь рисуемого.
• богатый набор операций векторной графики (примерно тот же, что в PostScript, но используется другой вид кривых). Проводимая линия имеет атрибуты — толщину, рисунок пунктира и цвет (собраны вместе в т. н. объекте PEN) и способ сглаживания углов многоугольников. Заливка может быть одноцветной, одной из штриховок на выбор или же битмапом 8 на 8 (эти атрибуты собраны в «объекте BRUSH»). В Windows NT также появились кривые Безье.
• все цвета в вызовах — всегда в RGB, независимо от системы цветов текущего устройства. Исключение — отдельные пикселы внутри битмапов, которые могут быть и в виде, определенном устройством.
• поддержка регионов отсечения и всех основных логических операций над ними. Координаты в них — 16-битные целые (что ограничивало размер экрана Windows, даже довольно поздних версий, до 32K пикселов).
• поддержка матрицы поворотов/растяжений — World Transform, не поддерживается для регионов отсечения, только для векторной графики.

Реализация

В Windows 9x и более ранних реализована в 16-битной GDI.DLL, которая, в свою очередь, подгружает выполненный в виде DLL драйвер видеокарты. Драйвер видеокарты первоначально и был обязан реализовать вообще все рисование, в том числе рисование через битмапы в памяти в формате экрана. Позже появилась DIBENG.DLL, в которой было реализовано рисование на битмапах типичных форматов, драйвер был обязан пропускать в неё все вызовы, кроме тех, для которых он задействовал аппаратный ускоритель видеокарты.

Драйвер принтера подгружался таким же образом и имел тот же интерфейс «сверху», но «снизу» он вместо рисования в памяти/на аппаратуре генерировал последовательности команд принтера и отсылал их в объект Job. Эти команды, как правило, были либо двоичные и не читаемые человеком, либо PostScript.

В Windows NT GDI была полностью переписана с нуля заново, причем на Си++ (по слухам, у Microsoft тогда не было компилятора этого языка и они использовали cfront). API для приложений не изменился (кроме добавления кривых Безье), для драйверов — обертки на языке Си вокруг реализованных на Си++ внутренностей (вроде BRUSHOBJ_pvGetRbrush).

Сама GDI была размещена сначала в WINSRV.DLL в процессе CSRSS.EXE, начиная с NT4 — в win32k.sys. Драйверы загружались туда же. DIBENG.DLL была переписана заново и перенесена туда же, как совокупность вызовов EngXxx — EngTextOut и другие. Логика взаимодействия драйвера-GDI-DIBENG осталась примерно та же.

GDI32.DLL в режиме пользователя реализована как набор специальных системных вызовов, ведущих в win32k.sys (до NT4 — как обертки вокруг вызова CsrClientCallServer, посылавшего сообщение в CSRSS.EXE).

В Windows Vista появилась модель драйверов WDDM, в которой была отменена возможность использования аппаратуры двухмерной графики. При использовании WDDM все GDI-приложения (то есть все обычные системные части Windows UI — заголовки и рамки окон, рабочий стол, панель задач и другое) используют GDI-драйвер cdd.dll (Canonical Display Driver), который рисует на некоторых битмапах в памяти, своих для каждого окна (содержимое окна стало запоминаться в памяти, до того Windows никогда так не делала и всегда перерисовывала окна заново, кроме неких специальных окон с флагом CS_SAVEBITS). Изображения из cdd.dll извлекаются процессом dwm.exe (Desktop Window Manager), который является Direct3D-приложением и отрисовывает «картинки окон» на физическом экране через Direct3D.

Сам же WDDM-драйвер поддерживает только DirectDraw и Direct3D и не имеет отношения ни к GDI, ни к win32k.sys, сопрягаясь с модулем dxgkrnl.sys в ядре.

Критика

Крайне сильно критикуется подсистема печати Windows, особенно в случае сравнения её с CUPS.

Причины: бинарный формат потока задания печати (в CUPS это PostScript), и реализация обработки этого потока в виде нескольких DLL внутри одного процесса SPOOLSV.EXE (CUPS вместо этого использует обычный конвейер из нескольких процессов вроде pstoraster | rastertoepson | parallel, который можно при желании запустить из обычного UNIX shell). Таким образом, CUPS поддерживает разработку фильтров заданий печати (например, для платных принтеров в отелях) даже на скриптовых языках вроде Perl.

Однако тут речь скорее о компонентах, лежащих ниже GDI.

Однако CUPS имеет серьёзные проблемы с поддержкой WinPrinterов вроде всех дешевых лазерных принтеров Hewlett-Packard. Так как они не поддерживают распространенный формат PCL, для них надо ставить огромные, сложные в настройках и построении пакеты, такие, как HP OfficeJet (порт «hpoj» во FreeBSD). При этом CUPS прекрасно поддерживает струйные принтеры, дорогие модели лазерных принтеров Hewlett-Packard и принтеры PostScript.

Примерные аналоги

Нижние уровни технологии X11, используемой в UNIX-подобных ОС, таких, как Linux.

При этом X11 беднее возможностями, чем GDI (например, есть проблемы с реализацией независимых от устройства цветов), и для получения полного аналога GDI необходимо добавить ещё ряд библиотек, таких, как SDL.

GDI+

Microsoft Windows GDI+ Компонент Windows
Поставляется с	Windows XP Windows Server 2003 Windows Vista Starter
Также доступен для	Windows NT 4.0 SP6 Windows 2000 Windows 9x
Заменяет	Microsoft Windows GDI
Заменён на	Desktop Window Manager
Связанные компоненты	Luna

С выходом Windows XP появился потомок подсистемы, GDI+, основанной на C++ Подсистема GDI+ доступна как «плоский» набор из 600 функций, реализованных в gdiplus.dll. Эти функции «обёрнуты» в 40 классов C++. Microsoft не планирует оказывать поддержку для кода, который обращается к плоскому набору напрямую, а не через классы и методы C++. .NET Framework предлагает набор альтернативных C++ обёрточных классов, входящих в пространство имен System.Drawing..

GDI+ является улучшенной средой для 2D-графики, в которую добавлены такие возможности, как сглаживание линий (antialiasing), использование координат с плавающей точкой, градиентная заливка, возможность работы изнутри с такими графическими форматами, как JPEG и PNG, куда лучшая реализация регионов отсечения с возможностью использовать в них координаты с плавающей точкой (а не 16-битные целые) и применения к ним World Transform, преобразования двумерных матриц и т. п. GDI+ использует ARGB-цвета. Эти возможности используются в пользовательском интерфейсе Windows XP, а их присутствие в базовом графическом слое облегчает использование систем векторной графики, таких, как Flash или SVG.

Динамические библиотеки GDI+ могут распространяться вместе с приложениями для использования в предыдущих версиях Windows.

GDI+ схож с подсистемой Quartz 2D у Apple и библиотеками с открытым кодом libart и Cairo.

GDI+ есть не более чем набор оберток над обычной GDI. В Windows 7 появился новый API Direct2D, который есть примерно то же, но реализован «сверху донизу» вплоть до драйвера видеокарты (точнее, использует некие возможности Direct3D в этом драйвере), и может использовать аппаратное ускорение — то есть видеопроцессор трехмерной графики для рисования некоторых двухмерных объектов (antialiasing и т. д.)

Уязвимости

14 сентября 2004 года была обнаружена уязвимость в GDI+ и других графических API, связанная с ошибкой в коде библиотеки JPEG. Эта ошибка позволяла выполнить произвольный код на любой системе Windows. Патч для исправления уязвимости был выпущен 12 октября 2004 года.

Ссылки

• [msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/gdicpp/GDIPlus/aboutGDIPlus.asp Microsoft’s GDI+ page]
• [www.bobpowell.net/faqmain.htm Bob Powell’s GDI+ FAQ list]
• [msdn2.microsoft.com/en-us/library/aa286572.aspx MSDN article on GDI overview]
• [www.microsoft.com/technet/security/bulletin/MS04-028.mspx Microsoft Security Bulletin MS04-028]
• [www.f-secure.com/news/items/news_2004100500.shtml F-Secure: Critical vulnerability in MS Windows may escalate the virus threat]

Отрывок, характеризующий GDI

– Я знаю. Это не хорошо, мой дружок.
– А если я хочу… – сказала Наташа.
– Перестань говорить глупости, – сказала графиня.
– А если я хочу…
– Наташа, я серьезно…
Наташа не дала ей договорить, притянула к себе большую руку графини и поцеловала ее сверху, потом в ладонь, потом опять повернула и стала целовать ее в косточку верхнего сустава пальца, потом в промежуток, потом опять в косточку, шопотом приговаривая: «январь, февраль, март, апрель, май».
– Говорите, мама, что же вы молчите? Говорите, – сказала она, оглядываясь на мать, которая нежным взглядом смотрела на дочь и из за этого созерцания, казалось, забыла всё, что она хотела сказать.
– Это не годится, душа моя. Не все поймут вашу детскую связь, а видеть его таким близким с тобой может повредить тебе в глазах других молодых людей, которые к нам ездят, и, главное, напрасно мучает его. Он, может быть, нашел себе партию по себе, богатую; а теперь он с ума сходит.
– Сходит? – повторила Наташа.
– Я тебе про себя скажу. У меня был один cousin…
– Знаю – Кирилла Матвеич, да ведь он старик?
– Не всегда был старик. Но вот что, Наташа, я поговорю с Борей. Ему не надо так часто ездить…
– Отчего же не надо, коли ему хочется?
– Оттого, что я знаю, что это ничем не кончится.
– Почему вы знаете? Нет, мама, вы не говорите ему. Что за глупости! – говорила Наташа тоном человека, у которого хотят отнять его собственность.
– Ну не выйду замуж, так пускай ездит, коли ему весело и мне весело. – Наташа улыбаясь поглядела на мать.
– Не замуж, а так , – повторила она.
– Как же это, мой друг?
– Да так . Ну, очень нужно, что замуж не выйду, а… так .
– Так, так, – повторила графиня и, трясясь всем своим телом, засмеялась добрым, неожиданным старушечьим смехом.
– Полноте смеяться, перестаньте, – закричала Наташа, – всю кровать трясете. Ужасно вы на меня похожи, такая же хохотунья… Постойте… – Она схватила обе руки графини, поцеловала на одной кость мизинца – июнь, и продолжала целовать июль, август на другой руке. – Мама, а он очень влюблен? Как на ваши глаза? В вас были так влюблены? И очень мил, очень, очень мил! Только не совсем в моем вкусе – он узкий такой, как часы столовые… Вы не понимаете?…Узкий, знаете, серый, светлый…
– Что ты врешь! – сказала графиня.
Наташа продолжала:
– Неужели вы не понимаете? Николенька бы понял… Безухий – тот синий, темно синий с красным, и он четвероугольный.
– Ты и с ним кокетничаешь, – смеясь сказала графиня.
– Нет, он франмасон, я узнала. Он славный, темно синий с красным, как вам растолковать…
– Графинюшка, – послышался голос графа из за двери. – Ты не спишь? – Наташа вскочила босиком, захватила в руки туфли и убежала в свою комнату.
Она долго не могла заснуть. Она всё думала о том, что никто никак не может понять всего, что она понимает, и что в ней есть.
«Соня?» подумала она, глядя на спящую, свернувшуюся кошечку с ее огромной косой. «Нет, куда ей! Она добродетельная. Она влюбилась в Николеньку и больше ничего знать не хочет. Мама, и та не понимает. Это удивительно, как я умна и как… она мила», – продолжала она, говоря про себя в третьем лице и воображая, что это говорит про нее какой то очень умный, самый умный и самый хороший мужчина… «Всё, всё в ней есть, – продолжал этот мужчина, – умна необыкновенно, мила и потом хороша, необыкновенно хороша, ловка, – плавает, верхом ездит отлично, а голос! Можно сказать, удивительный голос!» Она пропела свою любимую музыкальную фразу из Херубиниевской оперы, бросилась на постель, засмеялась от радостной мысли, что она сейчас заснет, крикнула Дуняшу потушить свечку, и еще Дуняша не успела выйти из комнаты, как она уже перешла в другой, еще более счастливый мир сновидений, где всё было так же легко и прекрасно, как и в действительности, но только было еще лучше, потому что было по другому.

На другой день графиня, пригласив к себе Бориса, переговорила с ним, и с того дня он перестал бывать у Ростовых.


31 го декабря, накануне нового 1810 года, le reveillon [ночной ужин], был бал у Екатерининского вельможи. На бале должен был быть дипломатический корпус и государь.
На Английской набережной светился бесчисленными огнями иллюминации известный дом вельможи. У освещенного подъезда с красным сукном стояла полиция, и не одни жандармы, но полицеймейстер на подъезде и десятки офицеров полиции. Экипажи отъезжали, и всё подъезжали новые с красными лакеями и с лакеями в перьях на шляпах. Из карет выходили мужчины в мундирах, звездах и лентах; дамы в атласе и горностаях осторожно сходили по шумно откладываемым подножкам, и торопливо и беззвучно проходили по сукну подъезда.
Почти всякий раз, как подъезжал новый экипаж, в толпе пробегал шопот и снимались шапки.
– Государь?… Нет, министр… принц… посланник… Разве не видишь перья?… – говорилось из толпы. Один из толпы, одетый лучше других, казалось, знал всех, и называл по имени знатнейших вельмож того времени.
Уже одна треть гостей приехала на этот бал, а у Ростовых, долженствующих быть на этом бале, еще шли торопливые приготовления одевания.
Много было толков и приготовлений для этого бала в семействе Ростовых, много страхов, что приглашение не будет получено, платье не будет готово, и не устроится всё так, как было нужно.
Вместе с Ростовыми ехала на бал Марья Игнатьевна Перонская, приятельница и родственница графини, худая и желтая фрейлина старого двора, руководящая провинциальных Ростовых в высшем петербургском свете.
В 10 часов вечера Ростовы должны были заехать за фрейлиной к Таврическому саду; а между тем было уже без пяти минут десять, а еще барышни не были одеты.
Наташа ехала на первый большой бал в своей жизни. Она в этот день встала в 8 часов утра и целый день находилась в лихорадочной тревоге и деятельности. Все силы ее, с самого утра, были устремлены на то, чтобы они все: она, мама, Соня были одеты как нельзя лучше. Соня и графиня поручились вполне ей. На графине должно было быть масака бархатное платье, на них двух белые дымковые платья на розовых, шелковых чехлах с розанами в корсаже. Волоса должны были быть причесаны a la grecque [по гречески].
Все существенное уже было сделано: ноги, руки, шея, уши были уже особенно тщательно, по бальному, вымыты, надушены и напудрены; обуты уже были шелковые, ажурные чулки и белые атласные башмаки с бантиками; прически были почти окончены. Соня кончала одеваться, графиня тоже; но Наташа, хлопотавшая за всех, отстала. Она еще сидела перед зеркалом в накинутом на худенькие плечи пеньюаре. Соня, уже одетая, стояла посреди комнаты и, нажимая до боли маленьким пальцем, прикалывала последнюю визжавшую под булавкой ленту.
– Не так, не так, Соня, – сказала Наташа, поворачивая голову от прически и хватаясь руками за волоса, которые не поспела отпустить державшая их горничная. – Не так бант, поди сюда. – Соня присела. Наташа переколола ленту иначе.
– Позвольте, барышня, нельзя так, – говорила горничная, державшая волоса Наташи.
– Ах, Боже мой, ну после! Вот так, Соня.
– Скоро ли вы? – послышался голос графини, – уж десять сейчас.
– Сейчас, сейчас. – А вы готовы, мама?
– Только току приколоть.
– Не делайте без меня, – крикнула Наташа: – вы не сумеете!
– Да уж десять.
На бале решено было быть в половине одиннадцатого, a надо было еще Наташе одеться и заехать к Таврическому саду.
Окончив прическу, Наташа в коротенькой юбке, из под которой виднелись бальные башмачки, и в материнской кофточке, подбежала к Соне, осмотрела ее и потом побежала к матери. Поворачивая ей голову, она приколола току, и, едва успев поцеловать ее седые волосы, опять побежала к девушкам, подшивавшим ей юбку.
Дело стояло за Наташиной юбкой, которая была слишком длинна; ее подшивали две девушки, обкусывая торопливо нитки. Третья, с булавками в губах и зубах, бегала от графини к Соне; четвертая держала на высоко поднятой руке всё дымковое платье.
– Мавруша, скорее, голубушка!
– Дайте наперсток оттуда, барышня.
– Скоро ли, наконец? – сказал граф, входя из за двери. – Вот вам духи. Перонская уж заждалась.
– Готово, барышня, – говорила горничная, двумя пальцами поднимая подшитое дымковое платье и что то обдувая и потряхивая, высказывая этим жестом сознание воздушности и чистоты того, что она держала.
Наташа стала надевать платье.
– Сейчас, сейчас, не ходи, папа, – крикнула она отцу, отворившему дверь, еще из под дымки юбки, закрывавшей всё ее лицо. Соня захлопнула дверь. Через минуту графа впустили. Он был в синем фраке, чулках и башмаках, надушенный и припомаженный.
– Ах, папа, ты как хорош, прелесть! – сказала Наташа, стоя посреди комнаты и расправляя складки дымки.
– Позвольте, барышня, позвольте, – говорила девушка, стоя на коленях, обдергивая платье и с одной стороны рта на другую переворачивая языком булавки.
– Воля твоя! – с отчаянием в голосе вскрикнула Соня, оглядев платье Наташи, – воля твоя, опять длинно!
Наташа отошла подальше, чтоб осмотреться в трюмо. Платье было длинно.
– Ей Богу, сударыня, ничего не длинно, – сказала Мавруша, ползавшая по полу за барышней.
– Ну длинно, так заметаем, в одну минутую заметаем, – сказала решительная Дуняша, из платочка на груди вынимая иголку и опять на полу принимаясь за работу.
В это время застенчиво, тихими шагами, вошла графиня в своей токе и бархатном платье.
– Уу! моя красавица! – закричал граф, – лучше вас всех!… – Он хотел обнять ее, но она краснея отстранилась, чтоб не измяться.
– Мама, больше на бок току, – проговорила Наташа. – Я переколю, и бросилась вперед, а девушки, подшивавшие, не успевшие за ней броситься, оторвали кусочек дымки.
– Боже мой! Что ж это такое? Я ей Богу не виновата…
– Ничего, заметаю, не видно будет, – говорила Дуняша.
– Красавица, краля то моя! – сказала из за двери вошедшая няня. – А Сонюшка то, ну красавицы!…
В четверть одиннадцатого наконец сели в кареты и поехали. Но еще нужно было заехать к Таврическому саду.
Перонская была уже готова. Несмотря на ее старость и некрасивость, у нее происходило точно то же, что у Ростовых, хотя не с такой торопливостью (для нее это было дело привычное), но также было надушено, вымыто, напудрено старое, некрасивое тело, также старательно промыто за ушами, и даже, и так же, как у Ростовых, старая горничная восторженно любовалась нарядом своей госпожи, когда она в желтом платье с шифром вышла в гостиную. Перонская похвалила туалеты Ростовых.
Ростовы похвалили ее вкус и туалет, и, бережа прически и платья, в одиннадцать часов разместились по каретам и поехали.


Наташа с утра этого дня не имела ни минуты свободы, и ни разу не успела подумать о том, что предстоит ей.
В сыром, холодном воздухе, в тесноте и неполной темноте колыхающейся кареты, она в первый раз живо представила себе то, что ожидает ее там, на бале, в освещенных залах – музыка, цветы, танцы, государь, вся блестящая молодежь Петербурга. То, что ее ожидало, было так прекрасно, что она не верила даже тому, что это будет: так это было несообразно с впечатлением холода, тесноты и темноты кареты. Она поняла всё то, что ее ожидает, только тогда, когда, пройдя по красному сукну подъезда, она вошла в сени, сняла шубу и пошла рядом с Соней впереди матери между цветами по освещенной лестнице. Только тогда она вспомнила, как ей надо было себя держать на бале и постаралась принять ту величественную манеру, которую она считала необходимой для девушки на бале. Но к счастью ее она почувствовала, что глаза ее разбегались: она ничего не видела ясно, пульс ее забил сто раз в минуту, и кровь стала стучать у ее сердца. Она не могла принять той манеры, которая бы сделала ее смешною, и шла, замирая от волнения и стараясь всеми силами только скрыть его. И эта то была та самая манера, которая более всего шла к ней. Впереди и сзади их, так же тихо переговариваясь и так же в бальных платьях, входили гости. Зеркала по лестнице отражали дам в белых, голубых, розовых платьях, с бриллиантами и жемчугами на открытых руках и шеях.