uCGUI字符串显示过程分析和uCGUI字库的组建

为什么要分析字符串的显示过程？

　　学习uCGUI主要是学习如何使用的，为何要深究到源码的层次呢？

　　就分析字符串显示过程的原因来说，是因为移植汉字字库的需要。uCGUI并么有合适的汉字字库，而且完整的汉字字库非常庞大，消耗单片机的Flash资源。如果想要移植一个合适的字库，分析字符串显示的过程以及uCGUI字库数据结构，还是很有必要的。

GUI_DispString()函数源码                                           

 1 void GUI_DispString(const char GUI_UNI_PTR *s) {
 2   int xAdjust, yAdjust, xOrg;
 3   int FontSizeY;
 4   if (!s)
 5     return;
 6   GUI_LOCK();
 7   FontSizeY = GUI_GetFontDistY();         //获取字体的高度
 8   xOrg = GUI_Context.DispPosX;            //获取当前显示的x坐标
 9  /* Adjust vertical position */
10   yAdjust = GUI_GetYAdjust();                    
11   GUI_Context.DispPosY -= yAdjust;        //根据Y方向上的对齐方式对y进行调整
12   for (; *s; s++) {
13     GUI_RECT r;
14     int LineNumChars = GUI__GetLineNumChars(s, 0x7fff);           //当前一行要显示几个字符
15     int xLineSize    = GUI__GetLineDistX(s, LineNumChars);        //当前一行在x方向上的像素数
16   /* Check if x-position needs to be changed due to h-alignment */
17     switch (GUI_Context.TextAlign & GUI_TA_HORIZONTAL) {
18       case GUI_TA_CENTER: xAdjust = xLineSize / 2; break;
19       case GUI_TA_RIGHT:  xAdjust = xLineSize; break;
20       default:            xAdjust = 0;
21     }
22     /* 计算出每一行显示内容的矩形区域 */
23     r.x0 = GUI_Context.DispPosX -= xAdjust;          //根据水平方向的对齐方式对x坐标进行调整
24     r.x1 = r.x0 + xLineSize - 1;    
25     r.y0 = GUI_Context.DispPosY;
26     r.y1 = r.y0 + FontSizeY - 1;
27         
28     GUI__DispLine(s, LineNumChars, &r);              //以计算好的矩形区域显示当前行字符
29     GUI_Context.DispPosY = r.y0;
30     s += GUI_UC__NumChars2NumBytes(s, LineNumChars); //从第一个字符开始，地址加1，可以遍历整行字符串
31     if ((*s == '
') || (*s == '
')) {
32       switch (GUI_Context.TextAlign & GUI_TA_HORIZONTAL) { 
33       case GUI_TA_CENTER:
34       case GUI_TA_RIGHT:
35         GUI_Context.DispPosX = xOrg;
36         break;
37       default:
38         GUI_Context.DispPosX = GUI_Context.LBorder;
39         break;
40       }
41       if (*s == '
')
42         GUI_Context.DispPosY += FontSizeY;
43     } else {
44       GUI_Context.DispPosX = r.x0 + xLineSize;
45     }
46     if (*s == 0)    /* end of string (last line) reached ? */
47       break;
48   }
49   GUI_Context.DispPosY += yAdjust;                //
50   GUI_Context.TextAlign &= ~GUI_TA_HORIZONTAL;    //
51   GUI_UNLOCK();
52 }

 字符串显示过程概括                                                

<1> 获取选择字体的高度、宽度

<2> 从所传字符串参数中，依次读出一行的字符数，最终得到一行显示所对应的矩形区域

<3> 将一行所得到的详细信息传给行显示函数，行显示函数会从字库中找到匹配的字依次将一行的字符进行显示，完成一行的显示

<4> 如果不是只有一行，重新计算下一行显示的坐标，重复<1、2、3>的工作，直到将字符串显示完毕。

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重要细节分析

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 1、GUI运行的全局变量                                             

  GUI_Context是GUI保存运行环境的全局变量，它的类型GUI_CONTEXT在GUI.h中被定义。

struct GUI_CONTEXT {
/* Variables in LCD module */
  LCD_COLORINDEX_UNION LCD;
  LCD_RECT       ClipRect;
  U8             DrawMode;
  U8             SelLayer;
  U8             TextStyle;
/* Variables in GL module */
  GUI_RECT* pClipRect_HL;                /* High level clip rectangle ... Speed optimization so drawing routines can optimize */
  U8        PenSize;
  U8        PenShape;
  U8        LineStyle;
  U8        FillStyle;
/* Variables in GUICHAR module */
  const GUI_FONT           GUI_UNI_PTR * pAFont;  //指向当前选择的字体
  #if GUI_SUPPORT_UNICODE
    const GUI_UC_ENC_APILIST * pUC_API;    /* Unicode encoding API */
  #endif
  I16P LBorder;
  I16P DispPosX, DispPosY;
  I16P DrawPosX, DrawPosY;
  I16P TextMode, TextAlign;                       //对齐方式
  GUI_COLOR Color, BkColor;           /* Required only when changing devices and for speed opt (caching) */
/* Variables in WM module */
  #if GUI_WINSUPPORT
    const GUI_RECT* WM__pUserClipRect;
    GUI_HWIN hAWin;　                                  //当前激活的窗口　
    int xOff, yOff;
  #endif
/* Variables in MEMDEV module (with memory devices only) */
  #if GUI_SUPPORT_DEVICES
    const tLCDDEV_APIList* pDeviceAPI;  /* function pointers only */
    GUI_HMEM    hDevData;
    GUI_RECT    ClipRectPrev;
  #endif
/* Variables in Anitaliasing module */
  #if GUI_SUPPORT_AA
    const tLCD_HL_APIList* pLCD_HL;     /* Required to reroute drawing (HLine & Pixel) to the AA module */
    U8 AA_Factor;
    U8 AA_HiResEnable;
  #endif
};

2、GUI_FONT的定义                                                 

     一种字库想要被uCGUI所调用，需要将其定义成GUI_GONT类型的一个常量，当我们需要自己制作字库的时候，就需要这样做。GUI_FONT类型的定义在GUIType.h文件中。

struct GUI_FONT {
  GUI_DISPCHAR*     pfDispChar;             //显示一个属于当前字库字符的函数
  GUI_GETCHARDISTX* pfGetCharDistX;         //获取字库中某字符的宽度
  GUI_GETFONTINFO*  pfGetFontInfo;          //获取字库信息
  GUI_ISINFONT*     pfIsInFont;             //查询字库中是否存在此字符
  const tGUI_ENC_APIList* pafEncode;        //
  U8 YSize;                        //高度
  U8 YDist;                        //对应的像素点
  U8 XMag;                         //X方向上的放大系数
  U8 YMag;                         //Y方向上的放大系数
  union {                          //此共用体主要是提供字库数据的访问地址，
                                   //对于不同的字库，其从字库中查找字模的方法，是不一样的
                                   //这里主要分成三种情况，对应三种类型的指针        
    const void          GUI_UNI_PTR * pFontData;
    const GUI_FONT_MONO GUI_UNI_PTR * pMono;
    const GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pProp;
  } p;
  U8 Baseline;                                //
  U8 LHeight;     /* height of a small lower case character (a,x) */    //小写高度
  U8 CHeight;     /* height of a small upper case character (A,X) */    //大写高度
};

（1）单一分区的字库，例如GUI_Font6x8，使用的共用体指针是第二个

/* MONO字库代表的是单一分区 */
typedef struct {
  const unsigned char GUI_UNI_PTR * pData;        //字库的起始地址
  const U8 GUI_UNI_PTR * pTransData;              //
  const GUI_FONT_TRANSINFO GUI_UNI_PTR * pTrans;  //
  U16P FirstChar;                                 //第一个字符的索引
  U16P LastChar;                                  //最后一个字符的索引
  U8 XSize;                                       //宽度
  U8 XDist;                                       //宽度对应的像素点
  U8 BytesPerLine;                                //每行需要几个字节
} GUI_FONT_MONO;

这类字库的特点：

① 字符不多，对应的字模也很少，不会很浪费Flash

② 之所以是一个分区，那是因为所有的字符的索引码都是连续的，所以根据字符索引寻找字符的字模时，从字库的基地址开始找起就可以了。

（2）多个分区的字库，比如汉字的字库，使用的共用体指针是第三个

typedef struct GUI_FONT_PROP {
  U16P First;                                /* first character               */
  U16P Last;                                 /* last character                */
  const GUI_CHARINFO GUI_UNI_PTR * paCharInfo;           /* address of first character    */
  const struct GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pNext;        /* pointer to next */
} GUI_FONT_PROP;

    相较（1）结构体中的内容，GUI_FONT_PROP显得少了几个。由于字库是分区管理，每一个分区有自己特有的参数，通过paCharInfo指针来指向这个分区的特点，也会给出这个分区的第一个字符字模的地址。 

typedef struct {
  U8 XSize;                                  //字符的宽度
  U8 XDist;                                  //显示所对应的像素点
  U8 BytesPerLine;                           //每行占据的字节数
  const unsigned char GUI_UNI_PTR * pData;   //指向字模的数据区
} GUI_CHARINFO;

　　可能有人会说：不使用GUI，将汉字字库下载到SD卡中，然后使用下边的函数GetGBKCode_from_sd()也可以获得字模，而且这种字库所有的分区都是连续排放的。为什么要与上一种情况单独分开呢？

/*******************************************************************************
* Function Name  : GetGBKCode_from_sd
* Description    : 从SD卡字库中读取自摸数据到指定的缓冲区 
* Input          : pBuffer---数据保存地址  
*                                       c--汉字字符低字节码 
* Output         : None
* Return         : 0(success)  -1(fail)
* Attention              : None
*******************************************************************************/ 
int GetGBKCode_from_sd(unsigned char* pBuffer,const unsigned char * c)
{ 
    unsigned char High8bit,Low8bit;
    unsigned int pos;
    High8bit=*c;     /* 取高8位数据 */
    Low8bit=*(c+1);  /* 取低8位数据 */
    
    pos = ((High8bit-0xa0-16)*94+Low8bit-0xa0-1)*2*16;
    
    f_mount(0, &myfs[0]);
    myres = f_open(&myfsrc , "0:/HZLIB.bin", FA_OPEN_EXISTING | FA_READ);
    
    if ( myres == FR_OK ) 
    {
        f_lseek (&myfsrc, pos);        　　　　                   //指针偏移
        myres = f_read( &myfsrc, pBuffer, 32, &mybr );         //16*16大小的汉字 其字模 占用16*2个字节
        f_close(&myfsrc);
        
        return 0;  
    }    
    else
        return -1;    
}

    虽然字库是连续存放的，但是根据汉字机内码从这样的字库中找到对应的字模存放的位置，这样的算法是不通用的。不通用的意思是，uCGUI支持多种外语，可它不可能为每一种外语都写这样的算法，那样的代码不具包容性。
   正确的做法是考虑到多种外语的共同点，字符索引都可以看做是分区排列的，而且在每个分区中都是连续的。每个分区中查找字模的算法肯定是一样的，而在创建字库的时候，将字模分区管理。

    这种做法最为重要的意义在于：可以裁剪字库，自然节省了Flash的消耗。16*16点阵的汉字字库，它的大小是200多kB，对于小容量Flash的单片机来说难以承受。有人说可以外置SD卡，可是实际的项目中怎么可能将字库放在SD卡中，怎么可能就为了字库而添加SD卡这样的硬件资源，而且SD卡的读速度跟内部Flash是不可比的。

    为了减少ROM的消耗，裁剪字库是最为有效的方法。裁剪字库的基础就是将字库进行分区管理，一个分区甚至可以只有一个汉字。将字库进行了分割，但是所有的分区有都属于同一个字库，这就需要链表将它们连接起来。于是乎，就产生了第三种共用体指针。

3、属于字库的特有的函数                                            

struct GUI_FONT {
  GUI_DISPCHAR*     pfDispChar;             //显示一个属于当前字库字符的函数
  GUI_GETCHARDISTX* pfGetCharDistX;         //获取字库中某字符的宽度
  GUI_GETFONTINFO*  pfGetFontInfo;          //获取字库信息
  GUI_ISINFONT*     pfIsInFont;             //查询字库中是否存在此字符
......
};

    不同的字库不仅有属于自己的数据库，而且还有自己特有的函数，这也是由于其特别的因素所决定的。

4、构建自己需要的字库时需要的工作                                  

     英文ASCII的字库，uCGUI提供的已经非常完备了，通常无需多虑。而uCGUI所欠缺的是属于我们中国的汉字字库。

    庞大的字库使我们只有选择“const GUI_FONT_PROP GUI_UNI_PTR * pProp;”这种办法才是光明之道。

    我们需要将自己需要显示的汉字字模分区建立GUI_FONT_PROP类型的结构体，然后使用指针pProp将它们连接成单项链表构成一个完整的字库。这样字库的数据区就做好了。

    还需要为字库创建诸多查询功能的管理函数，例如16*16点阵的汉字字库可以选用

#define GUI_FONTTYPE_PROP_SJIS  
  GUIPROP_DispChar,             
    GUIPROP_GetCharDistX,         
    GUIPROP_GetFontInfo,          
    GUIPROP_IsInFont,             
  &GUI_ENC_APIList_SJIS

    显然上边的这些函数都是基于链表的，有什么样的数据结构就有什么样的算法的一种体现。

    对于只有一个分区的MONO英文字库，是不需要用链表的，只需要在数组中根据偏移量查找就行了。

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