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6种图层混合模式图解叠加图层处理30天自制操作系统学习笔记

发布时间：2026-07-21阅读(1)

导读内存管理2现在bootpack.c中写了很多memory功能把他们独立出来新建：memory.c（具体代码查看10_day\harib07a文件夹）#inc....

内存管理2

现在bootpack.c中写了很多memory功能

把他们独立出来

新建：memory.c（具体代码查看10_day\harib07a文件夹）

#include "bootpack.h"#define EFLAGS_AC_BIT0x00040000#define CR0_CACHE_DISABLE0x60000000unsigned int memtest(unsigned int start, unsigned int end){....代码省略}void memman_init(struct MEMMAN *man){....代码省略}unsigned int memman_total(struct MEMMAN *man){....代码省略}unsigned int memman_alloc(struct MEMMAN *man, unsigned int size){....代码省略}int memman_free(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size){....代码省略}

内存管理功能有小bug，反复进行内存分配和释放后，很快消耗殆尽

  • 因此编写以0x1000字节（4kb）为单位进行内存分配和释放的函数
  • 它们会把指定的内存大小按0x1000字节为单位向上舍入

更新：memory.c

....代码省略unsigned int memman_alloc_4k(struct MEMMAN *man, unsigned int size){unsigned int a;size = (size 0xfff) & 0xfffff000;a = memman_alloc(man, size);return a;}int memman_free_4k(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size){int i;size = (size 0xfff) & 0xfffff000;i = memman_free(man, addr, size);return i;}

什么是向下舍入（round down）？

  • 把123元以10元为单位进行向下舍入，就是120元；
  • 把456 元以100元为单位进行向下舍入，就是400元
  • 把0x12345678以0x1000为单位进行向下舍入，就是 0x12345000
  • 二进制下，想把某位变为0，只要进行“与运算”就可以
  • 十六进制下，想把某一位设置为0，同样只进行“与运 算”就可以。 0x12345678 & 0xfffff000 = 0x12345000
  • 变量i中的数字以0x1000为单位进行向下舍入： i = i & 0xfffff000
  • 变量i中的数字以0x10为单位向下舍入：i =i & 0xfffffff0

什么是向上舍入（round up）？

  • 把123元以10元为单位进行向上舍入， 就是130元
  • 把456 元以100元为单位进行向下舍入，就是500元
  • 把0x12345678以0x1000为单位进行向下舍入，就是 0x12346000
  • 变量i中的数字以0x1000为单位进行向上舍入：if ((i & 0xfff) ! = 0) { i = (i & 0xfffff000) 0x1000;}

优化向上舍入

  • 进一步优化为 i = (i 0xfff) & 0xfffff000;
  • 实际上这是“加上0xfff后进行向下舍入”的运算
  • 相当于456元加上99元是555元，再向下舍入后就是 500元了
  • 相当于400元加上99元是499元，再进行向下舍入，结果是400元。

本书中采用的是优化版

叠加处理

叠加的意思是透明图层叠加：鼠标层，窗口层，桌面层，壁纸层

struct SHEET { unsigned char *buf; int bxsize, bysize, vx0, vy0, col_inv, height, flags;}

  • SHEET = 透明图层
  • *buf（buffer）是用来记录图层上所描画内容的地址
  • bxsize bysize 表示图层大小
  • vx0 vy0表示图层在画面上位置的坐标
  • col_inv表示透明色色号
  • height表示图层高度
  • Flags用于存放有关 图层的各种设定信息

创建多图层管理结构

#define MAX_SHEETS 256struct SHTCTL { unsigned char *vram; int xsize, ysize, top; struct SHEET *sheets[MAX_SHEETS]; struct SHEET sheets0[MAX_SHEETS];};

  • SHTCTL结构体，其名称来源于sheet control的略语，意思是“图层管理”
  • MAX_SHEETS是能够管理的最大图层数，这个值设为 256应该够用了
  • vram代表VRAM的地址
  • xsize、ysize代表画面的大小
  • top代表最上面图层的高度
  • sheets0这个结构体用于存放我们准备 的256个图层的信息，由于sheets0中的图层顺序混乱，所以 我们把它们按照高度进行升序排列，然后将其地址写入sheets中
  • 仅sheets0的部分大小就有32× 256=8 192，即8KB，再加上sheets的话，就超过了9KB。对于空间需要如此大的变量，使用memman_alloc_4k来分配内存空间

新建:sheet.c

struct SHTCTL *shtctl_init(struct MEMMAN *memman, unsigned char *vram, int xsize, int ysize){ struct SHTCTL *ctl; int i; ctl = (struct SHTCTL *) memman_alloc_4k(memman, sizeof (struct SHTCTL)); if (ctl == 0) { goto err; } ctl->vram = vram; ctl->xsize = xsize; ctl->ysize = ysize; ctl->top = -1; /*一个SHEET没都有 */ for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i ) { ctl->sheets0[i].flags = 0; /* 标记为未使用 *//}err:return ctl;}

这段程序作用：

  • 首先使用memman_alloc_4k来分配用于记忆图层 控制变量的内存空间，使用sizeof（struct SHTCTL）这种写法，让C编译器自动计算。
  • 接着，我们给控制变量赋值，给其下的所有图层变量都加上“未使用”标签

更新：sheet.c

#define SHEET_USE 1struct SHEET *sheet_alloc(struct SHTCTL *ctl){ struct SHEET *sht; int i; for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i ) { if (ctl->sheets0[i].flags == 0) { sht = &ctl->sheets0[i]; sht->flags = SHEET_USE; /* 标记为正在使用*/ sht->height = -1; /* 隐藏 */ return sht; } } return 0; /* 所有的SHEET都处于正在使用状态*/}

这段代码作用：取得新生成的未使用图层

  • 在sheets0[ ]中寻找未使用的图层，如果找到了，就将其标记为“正在使用”，并返回其地址
  • 高度设为-1，表示 图层的高度还没有设置，因而不是显示对象
  • &ctl—>sheets0[i]是“ctl—>sheets0[i]的地址”的意思。指的是&（ctl—>sheets0[i]），而不是（&ctl）—> sheets0[i]。

更新：sheet,c

void sheet_setbuf(struct SHEET *sht, unsigned char *buf, int xsize, int ysize, int col_inv){ sht->buf = buf; sht->bxsize = xsize; sht->bysize = ysize; sht->col_inv = col_inv; return;}

设定图层的缓冲区大小和透明色的函数

更新：sheet.c

设定底板高度的函数

void sheet_updown(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int height){ int h, old = sht->height; /* 存储设置前的高度信息 */ /* 如果指定的高度过高或过低，则进行修正 */ if (height > ctl->top 1) { height = ctl->top 1; } if (height < -1) { height = -1; } sht->height = height; /* 设定高度 */ /* 下面主要是进行sheets[ ]的重新排列 */ if (old > height) { /* 比以前低 */ if (height >= 0) { /* 把中间的往上提 */ for (h = old; h > height; h--) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h - 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } ctl->sheets[height] = sht; } else { /* 隐藏 */ if (ctl->top > old) { /* 把上面的降下来 */ for (h = old; h < ctl->top; h ) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } } ctl->top--; /* 由于显示中的图层减少了一个，所以最上面的图层高度下降 */ } sheet_refresh(ctl); /* 按新图层的信息重新绘制画面 */ } else if (old < height) { /* 比以前高 */ if (old >= 0) { /* 把中间的拉下去 */ for (h = old; h < height; h ) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } ctl->sheets[height] = sht; } else { /* 由隐藏状态转为显示状态 */ /* 将已在上面的提上来 */ for (h = ctl->top; h >= height; h--) { ctl->sheets[h 1] = ctl->sheets[h]; ctl->sheets[h 1]->height = h 1; } ctl->sheets[height] = sht; ctl->top ; /* 由于已显示的图层增加了1个，所以最上面的图层高度增加 */ } sheet_refresh(ctl); /* 按新图层信息重新绘制画面 */ } return;}

ctl—>sheets[h] —>height = h；

(* (*ctl).sheets[h]).height = h；

struct SHEET *sht2; sht2 = ctl->sheets[h]; sht2 -> height = h;

三段代码同一个意思，缩写而已。

更新：sheet.c

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;}

sheet_refresh函数会从下到上描绘所有的图层。refresh是“刷新”的意思，电视屏幕就是在1秒内完成多帧的描绘才做出动画效果

对于已设定了高度的所有图层而言，要从下往上，将透明以外的所有像素都复制到VRAM中。由于是从下开始复制，所以最后最上面的内容就留在了画面上。

更新：sheet.c

void sheet_slide(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int vx0, int vy0){ sht->vx0 = vx0; sht->vy0 = vy0; if (sht->height >= 0) { /* 如果正在显示*/ sheet_refresh(ctl); /* 按新图层的信息刷新画面 */ } return;}

sheet_slide：不改变图层高度而只上下左右移动图层的函数。slide原意是“滑动”，这里指上下左右移动图层

更新：sheet.c

void sheet_free(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht){ if (sht->height >= 0) { sheet_updown(ctl, sht, -1); /* 如果处于显示状态，则先设定为隐藏 */ } sht->flags = 0; /* "未使用"标志 */ return;}

sheet_free是释放已使用图层的内存的函数

sheet.c功能暂时写这些

添加到bootpack.c中

void HariMain(void){ （中略） struct SHTCTL *shtctl; struct SHEET *sht_back, *sht_mouse; unsigned char *buf_back, buf_mouse[256]; （中略） init_palette(); shtctl = shtctl_init(memman, binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny); sht_back = sheet_alloc(shtctl); sht_mouse = sheet_alloc(shtctl); buf_back = (unsigned char *) memman_alloc_4k(memman, binfo->scrnx * binfo->scrny); sheet_setbuf(sht_back, buf_back, binfo->scrnx, binfo->scrny, -1); /* 没有透明色 */ sheet_setbuf(sht_mouse, buf_mouse, 16, 16, 99); /* 透明色号99 */ init_screen8(buf_back, binfo->scrnx, binfo->scrny); init_mouse_cursor8(buf_mouse, 99); /* 背景色号99 */ sheet_slide(shtctl, sht_back, 0, 0); mx = (binfo->scrnx - 16) / 2; /* 按显示在画面中央来计算坐标 */ my = (binfo->scrny - 28 - 16) / 2; sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); sheet_updown(shtctl, sht_back, 0); sheet_updown(shtctl, sht_mouse, 1); sprintf(s, "(=, =)", mx, my); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); sprintf(s, "memory %dMB free : %dKB", memtotal / (1024 * 1024), memman_total(memman) / 1024); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 32, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl); for (;;) { io_cli(); if (fifo8_status(&keyfifo) fifo8_status(&mousefifo) == 0) { io_stihlt(); } else { if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) { i = fifo8_get(&keyfifo); io_sti(); sprintf(s, "X", i); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 16, 15, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl); } else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti(); if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) { /* 因为已得到3字节的数据所以显示 */ sprintf(s, "[lcr M M]", mdec.x, mdec.y); if ((mdec.btn & 0x01) != 0) { s[1] = L; } if ((mdec.btn & 0x02) != 0) { s[3] = R; } if ((mdec.btn & 0x04) != 0) { s[2] = C; } boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); /* 移动光标 */ mx = mdec.x; my = mdec.y; if (mx < 0) { mx = 0; } if (my < 0) { my = 0; } if (mx > binfo->scrnx - 16) { mx = binfo->scrnx - 16; } if (my > binfo->scrny - 16) { my = binfo->scrny - 16; } sprintf(s, "(=, =)", mx, my); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 消坐标 */ putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 写坐标 */ sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); /* 包含sheet_refresh含sheet_refresh */ } } } }}

准备了2个图层，分别是sht_back和sht_mouse，准备了2个缓冲区, buf_back和buf_mouse，用于在其中描绘图形。以前我们指定为binfo —> vram的部分，现在有很多都改成了buf_back。而且每次修改缓冲区之后都要刷新。

测试：cmd，输入make run文件夹：10_day\harib07b

鼠标实现了透明

  • bug1：反应慢
  • bug2：闪一闪
提高叠加处理速度

1.如何提高鼠标反应速度？

鼠标图标16x16=256个像素，只要鼠标稍微移动，程序就会对整个画面进行刷新，屏幕像素=320x200=64 000个像素。这就是反应慢的问题点，所以能否只刷新一小部分呢？

更新：sheet.c

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;}

sheet_refreshsub和sheet_refresh一样，唯一区别是使用vx0～ vy1指定刷新的范围，而我们只追加了一个if语句就实现了这个新功能。

&&运算符是把多个条件关系式连接起来的运算符。当用它连接的所有 条件都满足时，就执行{ }中的程序；只要有一个条件不满足，就不执行

“ ||”也是把多个条件关系式连接起来的运算符，不过由它连接 的各个条件，只要其中一个满足了，就执行{ }中的程序

条件“vx大于等于vx0且小于vx1”可以用数学式vx0 <= vx < vx1来表达， 但在C语言中不能这样写，我们只能写成 vx0 <= vx && vx < vx1。

更新：sheet.c

void sheet_slide(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int vx0, int vy0){ int old_vx0 = sht->vx0, old_vy0 = sht->vy0; sht->vx0 = vx0; sht->vy0 = vy0; if (sht->height >= 0) { /* 如果正在显示，则按新图层的信息刷新画面 */ sheet_refreshsub(ctl, old_vx0, old_vy0, old_vx0 sht->bxsize, old_vy0 sht->bysize); sheet_refreshsub(ctl, vx0, vy0, vx0 sht->bxsize, vy0 sht->bysize); } return;}

这段程序所做的是：

  • 首先记住移动前的显示位置，
  • 再设定新的显示位置，
  • 最后只要重新描绘移动前和移动后的地方就可以了

除了鼠标移动，还有文字刷新问题20个文字，8x16=2560个像素，但每次都要刷新整个屏幕，所以这也需要修改

更新：sheet.c

void sheet_refresh(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int bx0, int by0, int bx1, int by1){ if (sht->height >= 0) { /* 如果正在显示，则按新图层的信息刷新画面*/ sheet_refreshsub(ctl, sht->vx0 bx0, sht->vy0 by0, sht->vx0 bx1, sht->vy0 by1); } return;}

所谓指定范围，并不是直接指定画面内的坐标，而是以缓冲区内的坐标来表示。这样一来，HariMain就可以不考虑图层在画面中的位置了。

更新：sheet.c

void sheet_updown(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int height){ ....代码自行脑补 sheet_refreshsub(ctl, sht->vx0, sht->vy0, sht->vx0 sht->bxsize, sht->vy0 sht->bysize);}

更新bootpack.c

void HariMain(void){ （中略） sprintf(s, "(=, =)", mx, my); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); sprintf(s, "memory %dMB free : %dKB", memtotal / (1024 * 1024), memman_total(memman) / 1024); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 32, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 0, binfo->scrnx, 48); /* 这里！ */ for (;;) { io_cli(); if (fifo8_status(&keyfifo) fifo8_status(&mousefifo) == 0) { io_stihlt(); } else { if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {（中略） sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 16, 16, 32); /* 这里！ */ } else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti(); if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) { （中略） boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl, sht_back, 32, 16, 32 15 * 8, 32); /* 这里！ */ （中略） sprintf(s, "(=, =)", mx, my); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 消去坐标 */ putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 写出坐标 */ sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 0, 80, 16); /* 这里！ */ sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); } } } }}

改写了sheet_refresh，变更点共有4个。只有每次要往 buf_back中写入信息时，才进行sheet_refresh

提高叠加处理速度2

鼠标和文字相交部分也是可以进行优化

sheet.c文件中void sheet_refreshsub（）即便只刷新图层的一部分，也要对所有图层的全部 像素执行if语句。而对于刷新范围以外的部分，就算执行if判断语句，最后也不会进行刷新，所以这纯粹就是一种浪费。既然如此，我们最初就应该把for语句的范围限定在刷新范围之内

更新：sheet.c

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; } /* 说明(1) */ if (by0 < 0) { by0 = 0; } if (bx1 > sht->bxsize) { bx1 = sht->bxsize; } /* 说明(2) */ 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;}

bx在for语句中并不是在0到bxsize之间循环，而是在 bx0到bx1之间循环（对于by也一样）。

而bx0和bx1都是从刷新范围“倒推”求得的。倒推公式： vx = sht->vx0 bx; → bx = vx - sht->vx0; 计算vx0的坐标相当于bx中的哪个位置，然后把它作为bx0。其他的坐标处理方法也一样。

测试：鼠标速度确实提高了

鼠标这里涉及到图层以及刷新，优化方法。需要慢慢细品

洗洗睡了！

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