《30天自制操作系统》笔记(08)——叠加窗口刷新

《30天自制操作系统》笔记(08)——叠加窗口刷新

进度回顾

上一篇中介绍了内存管理的思路和算法，我们已经可以动态申请和释放内存了。这不就是堆(Heap)么。在此基础上，本篇要做一段程序，一并解决窗口和鼠标的叠加处理问题。

问题

在之前的《《30天自制操作系统》笔记(05)——启用鼠标键盘》篇，已经能够移动鼠标了。但是遗留了如下图所示的一个小问题。

我们希望的情形是这样的：

实际上，当前版本的OS还没有窗口图层的东西。本篇要做一段程序，一并解决窗口和鼠标的叠加处理问题。

在屏幕上显示多个窗口，类似于photoshop中显示多个图层。从桌面壁纸到每个窗口（层）到最上层的鼠标（鼠标也视为一个小窗口），将绘制了图案的透明图层叠加起来。

最初版解决方案

首先定义图层的数据结构。

#define MAX_SHEETS        256
struct SHEET {
    unsigned char *buf;
    int bxsize, bysize, vx0, vy0, col_inv, height, flags;
};
struct SHTCTL {
    unsigned char *vram;
    int xsize, ysize, top;
    struct SHEET *sheets[MAX_SHEETS];
    struct SHEET sheets0[MAX_SHEETS];
};

原作者用sheet表示图层，看来英文很一般，用 layer似乎更恰当。

图层层次变更（当前窗口变更）、图层位置移动（窗口位置移动）这些代码实在没什么可说。刷新函数也很简单，就是从下（桌面壁纸）往上（鼠标），将透明以外的所有像素复制到VRAM中。代码如下。

void sheet_refresh(struct SHTCTL *ctl)
{
    int h, bx, by, vx, vy;
    unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram;
    struct SHEET *sht;
    for (h = 0; h <= ctl->top; h++) {
        sht = ctl->sheets[h];
        buf = sht->buf;
        for (by = 0; by < sht->bysize; by++) {
            vy = sht->vy0 + by;
            for (bx = 0; bx < sht->bxsize; bx++) {
                vx = sht->vx0 + bx;
                c = buf[by * sht->bxsize + bx];
                if (c != sht->col_inv) {
                    vram[vy * ctl->xsize + vx] = c;
                }
            }
        }
    }
    return;
}

很明显这样太没效率了。下面就对刷新功能进行优化。

优化1-移动优化

鼠标层只有16*16=256个像素。但是根据上文的代码，只要鼠标稍微动一下，OS就要重绘320*200=64000个像素。这是不必要的。只需重绘移动前后的部分即256*2=512个像素就可了。512只是64000的0.8%。以后启用高分辨率了，性能提升会更多。

void sheet_refreshsub(struct SHTCTL *ctl, int vx0, int vy0, int vx1, int vy1)
{
    int h, bx, by, vx, vy;
    unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram;
    struct SHEET *sht;
    for (h = 0; h <= ctl->top; h++) {
        sht = ctl->sheets[h];
        buf = sht->buf;
        for (by = 0; by < sht->bysize; by++) {
            vy = sht->vy0 + by;
            for (bx = 0; bx < sht->bxsize; bx++) {
                vx = sht->vx0 + bx;
                if (vx0 <= vx && vx < vx1 && vy0 <= vy && vy < vy1) {
                    c = buf[by * sht->bxsize + bx];
                    if (c != sht->col_inv) {
                        vram[vy * ctl->xsize + vx] = c;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return;
}

窗口（鼠标）移动时，只需先调用此函数重绘移动前的部分，再调用此函数重绘移动后的部分就行了。

优化2-文字优化

移动鼠标时，由于要在桌面上显示坐标等信息，又被迫重绘了整个桌面，所以还是很慢。下面来优化这个瓶颈。

原理和优化1是一样的。只重绘文字所在的部分就行了。不再赘述。

优化3-减少判定

在上文的"sheet_refreshsub"函数中，使用了长长的"if (vx0 <= vx && vx < vx1 && vy0 <= vy && vy < vy1)"判定。但对于窗口外（即透明色）的位置，根本不用重绘，所以这个判定也就不需要了。我们就把这一点优化一下，只更新窗口所在的矩形范围内的地方。

void sheet_refreshsub(struct SHTCTL *ctl, int vx0, int vy0, int vx1, int vy1)
{
    int h, bx, by, vx, vy, bx0, by0, bx1, by1;
    unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram;
    struct SHEET *sht;
    for (h = 0; h <= ctl->top; h++) {
        sht = ctl->sheets[h];
        buf = sht->buf;
        /* 使用vx0～vy1，对bx0～by1进行倒推*/
        bx0 = vx0 - sht->vx0;
        by0 = vy0 - sht->vy0;
        bx1 = vx1 - sht->vx0;
        by1 = vy1 - sht->vy0;
        if (bx0 < 0) { bx0 = 0; }
        if (by0 < 0) { by0 = 0; }
        if (bx1 > sht->bxsize) { bx1 = sht->bxsize; }
        if (by1 > sht->bysize) { by1 = sht->bysize; }
        for (by = by0; by < by1; by++) {
            vy = sht->vy0 + by;
            for (bx = bx0; bx < bx1; bx++) {
                vx = sht->vx0 + bx;
                c = buf[by * sht->bxsize + bx];
                if (c != sht->col_inv) {
                    vram[vy * ctl->xsize + vx] = c;
                }
            }
        }
    }
    return;
}

说实话原作者的变量命名还是有点晦涩。理解原理就可以了，代码不需费劲看，因为真的很简单。

总结

本篇虽然没有在桌面上画出类似windows应用程序窗口那样的窗口，但是已经为其准备好了重绘的数据结构和算法。而且对算法进行优化，虽然优化原理及其简单（缩小不必要的重绘范围），但是效果很好。话是这么说，这个优化效果就没办法用图片展示了，自己在本地分别运行一下优化前后的版本吧还是。（建议用VMware，这个能看到很明显的差别，在QEMU下我测试的时候根本没有差别，未优化的版本也不卡）

有了本篇的准备，下一步就可以制作和显示窗口了。

请查看下一篇《《30天自制操作系统》笔记(09)——绘制窗口》