化繁为简、性能提升 -- 在WPF程序中，使用Freetype库心得_c# freetype

本人使用WPF开发了一款OFD阅读器，显示字体是阅读器中最重要的功能。处理字体显示有多种方案，几易其稿，最终选用Freetype方案。本文对WPF中如何使用Freetype做简单描述。

OFD中有两种字体：嵌入字体和非嵌入字体。1） 非嵌入字体就是只提供字体名称，不提供字体对应的文件。2）嵌入字体：提供字体文件，字体名称是啥并不影响显示。由于阅读器中需要显示大量文本，必须采用最优的方式显示，否则性能难以满足要求。

WPF字体显示有多种方案。 通常可以将文本呈现分为三层：

1. 直接使用 Glyphs 和 GlyphRun 对象。
2. 使用 FormattedText 对象。
3. 使用高级控件，如 TextBlock 和 FlowDocument 对象。

第三种方案，显然不合适，可行的只有第一和第二种方案。对于嵌入字体，必须采用第一种方案；非嵌入字体可以采用第一和第二种方案。总之，可以采用第三种方案解决一切字体问题。

但是，本人在使用GlyphRun 过程中，遇到很多奇怪的问题，有两方面原因导致的：

　     1）越底层的功能使用的人越少，缺少相应资料。

        2）微软在开放底层功能上犹抱琵琶半遮面，导致使用过程中不知所以然，遇到问题难以解决。

本人开发的OFD阅读器最初采用了WPF自带字体方案，遇到很多坑，还有一些坑无论如何也解决不了。痛定思痛，决定采用Freetype库显示字体；经过一番折腾，终于成功了。

历经曲折，获得一番感悟：微软为了使开发者开发更方便，屏蔽了太多底层的东西；这导致开发人员遇到问题时无所适从。不要紧盯着微软不放；另辟蹊径，反而柳暗花明又一村。

使用Freetype显示字体前，需要弄明白字体的本质；字体的本质就是一系列曲线和对应的unicode编码；显示字体就是画曲线，和画一条直线、圆等没有区别。 unicode编码是为了交互用的，从阅读器上复制一行字，其实就是复制字体的unicode编码。字体除了这些属性以外，还有很多概念：字体高度、行间距、baseline、原点等。

使用Freetype，就需要获取每个字体对应的曲线和字体相关的一些列属性。但是，Freetype是用c语言开发的，导出的函数接口难以与c#交互，需要在Freetype的基础上再次封装，以方便c#调用。以获取字体对应的曲线为例，阐述如何进一步封装Freetype。

我们见到的曲线多种多样；但是从底层来看，所有的曲线可分为两类：直线和贝塞尔曲线。这些恰好对应OFD的图形对象（PathObject），看下图：

OFD文件中一段图形对象：

阅读器处理PathObject时，就需要解析这些字符串，生成对应的曲线。Freetype也需要从字库中解析出曲线，其对应的函数是非常复杂的，摘录一段函数：

很显然，c#无法直接使用；考虑PathObject的描述方式，本人眼前一亮，何不将字体曲线描述为PathObject方式，对外输出字符串。函数接口定义如下：

extern "C" FREETYPELIB_EXPORT INT32 Freetype_GetTextPath(UINT64 handle,
    UINT32 nGlyphIndex, INT32 fontSize, char* textPath, INT32 textPathLen);

textPath包含曲线信息，其格式与OFD中的PathObject规范一致，我们就可以用处理PathObject的方式处理字体。
WPF显示曲线使用PathGeometry，需要将textPath转换为PathGeometry。再而，我们就可以使用WPF类DrawingContext画出曲线

class DrawingContext
{
public abstract void DrawGeometry(Brush brush, Pen pen, Geometry geometry);
 ......
}

至此，字体就可以显示出来了。通过这一番操作，我们也对字体的本质有更加深刻的了解。前文只是简单对显示字体做了讲述，要正确处理字体还有大量的工作要做。

Freetype性能如何？

功能正常了，下一步关心的问题就是性能。为了提高性能，从FreeType获取字体的PathGeometry时做缓冲；同一个字体，下次显示时，直接使用上次的字体生成的PathGeometry，不再从Freetype获取字体。
本人做了简单的对比测试，Freetype性能要高于使用FormattedText方案，性能大概提升三倍；与GlyphRun方案没做对比。

总结： 使用FreeType库，可以使我们更好的理解底层处理逻辑，更好的理解字体的本质。抓住了本质，就能直面问题，解决问题就顺畅很多。不同的库、不同函数都有它的应用场景；当微软提供的库不再适合当前应用时，大胆的使用新库，反而可能使我们快速走出困局！