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1、CSharp-GDI第7章C#图形图像编程基础本章主要介绍使用C#进行图形图像编程基础，其中包括GDI+绘图基础、C#图像处理基础以及简单的图像处理技术。7.1 GDI+绘图基础编写图形程序时需要使用GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口），从程序设计的角度看，GDI包括两部分：一部分是GDI对象，另一部分是GDI函数。GDI对象定义了GDI函数使用的工具和环境变量，而GDI函数使用GDI对象绘制各种图形，在C#中，进行图形程序编写时用到的是GDI+（Graphice Device Interface Plus图形设备接口）版本，GDI+是GDI的进一步扩展，
2、它使我们编程更加方便。7.1.1GDI+概述GDI+是微软在Windows 2021以后操作系统中提供的新的图形设备接口，其通过一套部署为托管代码的类来展现，这套类被称为GDI+的“托管类接口”，GDI+主要提供了以下三类服务:(1) 二维矢量图形：GDI+提供了存储图形基元自身信息的类(或结构体)、存储图形基元绘制方式信息的类以及实际进行绘制的类。(2) 图像处理：大多数图片都难以划定为直线和曲线的集合，无法使用二维矢量图形方式进行处理。因此，GDI+为我们提供了Bitmap、Image等类,它们可用于显示、操作和保存BMP、JPG、GIF等图像格式。(3) 文字显示：GDI+支持使用各种字
3、体、字号和样式来显示文本。我们要进行图形编程，就必须先讲解Graphics类，同时我们还必须掌握Pen、Brush 和Rectangle这几种类。GDI+比GDI优越主要表现在两个方面：第（一）GDI+通过提供新功能（例如：渐变画笔和alpha混合）扩展了GDI的功能；第（二）修订了编程模型，使图形编程更加简易灵活。7.1.2Graphics类Graphics类封装一个GDI+绘图图面，提供将对象绘制到显示设备的方法，Graphics与特定的设备上下文关联。画图方法都被包括在Graphics类中，在画任何对象（例如：Circle,Rectangle）时，我们首先要创建一个Graphics类实例
4、，这个实例相当于建立了一块画布，有了画布才可以用各种画图方法进行绘图。绘图程序的设计过程一般分为两个步骤：（一）创建Graphics对象；（二）使用Graphics对象的方法绘图、显示文本或处理图像。通常我们使用下述三种方法来创建一个Graphics对象。方法一、利用控件或窗体的Paint事件中的PainEventArgs在窗体或控件的Paint事件中接收对图形对象的引用，作为PaintEventArgs （PaintEventArgs指定绘制控件所用的Graphics）的一部分，在为控件创建绘制代码时，通常会使用此方法来获取对图形对象的引用。例如：/窗体的Paint事件的响应方法privat
5、e void form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;也可以直接重载控件或窗体的OnPaint方法，具体代码如下所示：protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;Paint事件在重绘控件时发生。方法二、调用某控件或窗体的CreateGraphics方法调用某控件或窗体的CreateGraphics方法以获取对Graphics对象的引用，该对象表示该控件或窗体的绘图图面。如果想在已存在的窗体或控件上绘
6、图，通常会使用此方法。例如：Graphics g = this.CreateGraphics();方法三、调用Graphics类的FromImage静态方法由从Image继承的任何对象创建Graphics对象。在需要更改已存在的图像时，通常会使用此方法。例如：/名为“g1.jpg”的图片位于当前路径下Image img = Image.FromFile(g1.jpg);/建立Image对象Graphics g = Graphics.FromImage(img);/创建Graphics对象Graphics类的方法成员有了一个Graphics的对象引用后，就可以利用该对象的成员进行各种各样图形的绘
7、制，表7.1列出了Graphics类的常用方法成员。表7.1 Graphics类常用方法在.NET中，GDI+的所有绘图功能都包括在System、System.Drawing、System.Drawing.Imaging、System.Drawing.Darwing2D和System.Drawing.Text等命名空间中，因此在开始用GDI+类之前，需要先引用相应的命名空间。2引用命名空间在C#应用程序中使用using命令已用给定的命名空间或类，下面是一个C#应用程序引用命名空间的例子：using System;using System.Collections.Generic;using Sy
8、stem.Data;using http:/ System.Drawing;using System.Drawing.Drawing2D;using System.Drawing.Imaging;7.1.3常用画图对象在创建了Graphics对象后，就可以用它开始绘图了，可以画线、填充图形、显示文本等等，其中主要用到的对象还有：Pen：用来用patterns、colors或者bitmaps进行填充。Color：用来画线和多边形，包括矩形、圆和饼形。Font：用来给文字设置字体格式。Brush：用来描述颜色。Rectangle：矩形结构通常用来在窗体上画矩形。Point：描述一对有序的x,y两个
9、坐标值。1Pen类Pen用来绘制指定宽度和样式的直线。使用DashStyle属性绘制几种虚线，可以使用各种填充样式（包括纯色和纹理）来填充Pen绘制的直线，填充模式取决于画笔或用作填充对象的纹理。使用画笔时，需要先实例化一个画笔对象，主要有以下几种方法。用指定的颜色实例化一只画笔的方法如下：public Pen(Color);用指定的画刷实例化一只画笔的方法如下：public Pen(Brush);用指定的画刷和宽度实例化一只画笔的方法如下：public Pen(Brush, float);用指定的颜色和宽度实例化一只画笔的方法如下：public Pen(Color, float);实例化画笔
10、的语句格式如下：Pen pn=new Pen(Color.Blue);或者Pen pn=new Pen(Color.Blue,100);Pen常用的属性有以下几个，如表7.2所示：表7.2 Pen常用属性2Color结构在自然界中，颜色大都由透明度（A）和三基色（R,G,B）所组成。在GDI+中，通过Color结构封装对颜色的定义，Color结构中，除了提供（A,R,G,B）以外，还提供许多系统定义的颜色，如Pink（粉颜色），另外，还提供许多静态成员，用于对颜色进行操作。Color结构的基本属性如表7.3所示。表7.3 颜色的基本属性表7.4 颜色的基本方法Color clr1 = Colo
11、r.FromArgb(122,25,255);Color clr2 = Color.FromKnowColor(KnowColor.Brown);/KnownColor为枚举类型Color clr3 = Color.FromName(SlateBlue);在图像处理中一般需要获取或设置像素的颜色值，获取一幅图像的某个像素颜色值的具体步骤如下：（1）定义BitmapBitmap myBitmap = new Bitmap(c:MyImagesTestImage.bmp);（2）定义一个颜色变量把在指定位置所取得的像素值存入颜色变量中Color c = new Color();c = myBitm
12、ap.GetPixel(10,10);/获取此Bitmap中指定像素的颜色。（3）将颜色值分解出单色分量值int r,g,b;r= c.R;g=c.G;b=c.B;3Font类Font类定义特定文本格式，包括字体、字号和字形属性。Font类的常用构造函数是public Font(string 字体名,float 字号，FontStyle 字形)，其中字号和字体为可选项和public Font(string 字体名,float 字号)，其中“字体名”为Font的FontFamily 的字符串表示形式。下面是定义一个Font对象的例子代码：FontFamily fontFamily = new F
13、ontFamily(Arial);Font font = new Font(fontFamily,16,FontStyle.Regular,GraphicsUnit.Pixel);字体常用属性如表7.5所示。表7.5 字体的常用属性4Brush类Brush类是一个抽象的基类，因此它不能被实例化，我们总是用它的派生类进行实例化一个画刷对象，当我们对图形内部进行填充操作时就会用到画刷，关于画刷在7.1.5中有详细讲解。5Rectangle结构存储一组整数，共四个，表示一个矩形的位置和大小。矩形结构通常用来在窗体上画矩形，除了利用它的构造函数构造矩形对象外，还可以使用Rectangle结构的属性成员
14、，其属性成员如表7.6所示。表7.6 Rectangle结构属性Retangle结构的构造函数有以下两个：/用指定的位置和大小初始化Rectangle类的新实例。public Retangle(Point,Size);/Size结构存储一个有序整数对，通常为矩形的宽度和高度。和public Rectangle(int,int,int,int);6Point结构用指定坐标初始化Point类的新实例。这个结构很像C+中的Point结构，它描述了一对有序的x,y两个坐标值，其构造函数为：public Point(int x,i nt y)；其中x为该点的水平位置；y为该点的水垂直位置。下面是构造Po
15、int对象的例子代码：Point pt1=new Point(30,30);Point pt2=new Point(110,100);7.1.4 基本图形绘制举例1画一个矩形【例7.1】建立一个项目，在窗体上画一个矩形，通过直接在Form1类中重载OnPaint 函数的方法来实现。protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics ;Rectangle rect = new Rectangle(50, 30, 100, 100);LinearGradientBrush lBrush = new Lin
16、earGradientBrush(rect,Color.Red,Color.Yellow,LinearGradientMode.BackwardDiagonal);g.FillRectangle(lBrush, rect);运行结果如图7.1所示。图7.1 画一个矩形2画一个弧【例7.2】画一个弧形。弧形函数格式如下：public void DrawArc(Pen pen,Rectangle rect,Float startArgle,Float sweepAngle); 直接在Form1类中重载OnPaint函数protected override void OnPaint(PaintEve
17、ntArgs e)Graphics g = e.Graphics ;Pen pn = new Pen( Color.Blue);Rectangle rect = new Rectangle(50, 50, 200,100);g.DrawArc(pn,rect,12,84);运行结果如图7.2所示。图7.2 画一个弧3画线【例7.3】画一条线。protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics ;Pen pn = new Pen(Color.Blue);Point pt1 = new Point(30,
18、30);Point pt2 = new Point(110,100);g.DrawLine(pn,pt1,pt2);运行结果如图7.3所示。图7.3画一条线4画椭圆【例7.4】画一个椭圆。图7.4画一个椭圆protected override void OnPaint(PaintEventArgs e) Graphics g = e.Graphics ;Pen pn = new Pen( Color.Blue, 100 );Rectangle rect = new Rectangle(50, 50, 200, 100);g.DrawEllipse( pn, rect );运行结果如图7.4所示
19、。5输出文本【例7.5】输出文本。protected override voidOnPaint(PaintEventArgs e)Font fnt = new Font(Verdana, 16);Graphics g = e.Graphics;g.DrawString(GDI+ World, fnt,new SolidBrush(Color.Red), 14,10);运行结果如图7.5所示。图7.5 输出文本6填充路径【例7.6】填充路径。protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;g.Fil
20、lRectangle(new SolidBrush(Color.White), ClientRectangle);GraphicsPath path = new GraphicsPath(new Point new Point(40, 140), new Point(275, 200),new Point(105, 225), new Point(190, 300),new Point(50, 350), new Point(20, 180), ,new byte (byte)PathPointType.Start,(byte)PathPointType.Bezier,(byte)PathPo
21、intType.Bezier,(byte)PathPointType.Bezier,(byte)PathPointType.Line,(byte)PathPointType.Line,); 图7.6 填充路径 PathGradientBrush pgb = new PathGradientBrush(path);pgb.SurroundColors = new ColorColor.Green,Color.Yellow,Color.Red, Color.Blue,Color.Orange, Color.White,;g.FillPath(pgb, path);运行结果如图7.6所示。注意：Gr
22、aphicsPath类位于命名空间System.Drawing.Drawing2D中，表示一系列相互连接的直线和曲线。7.1.5 画刷和画刷类型Brush类型是一个抽象类，所以它不能被实例化，也就是不能直接应用，但是我们可以利用它的派生类，如：HatchBrush、SolidBrush和TextureBrush等。画刷类型一般在System.Drawing命名空间中，如果应用HatchBrush和GradientBrush画刷，需要在程序中引入System.Drawing.Drawing2D命名空间。1SolidBrush（单色画刷）它是一种一般的画刷，通常只用一种颜色去填充GDI+图形，例如
23、：protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;SolidBrush sdBrush1 = new SolidBrush(Color.Red);SolidBrush sdBrush2 = new SolidBrush(Color.Green);SolidBrush sdBrush3 = new SolidBrush(Color.Blue);g.FillEllipse(sdBrush2, 20, 40, 60, 70);Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, 20
24、0, 100);g.FillPie(sdBrush3, 0, 0, 200, 40, 0.0f, 30.0f );PointF point1 = new PointF(50.0f, 250.0f);PointF point2 = new PointF(100.0f, 25.0f);PointF point3 = new PointF(150.0f, 40.0f);PointF point4 = new PointF(250.0f, 50.0f);PointF point5 = new PointF(300.0f, 100.0f);PointF curvePoints = point1, poi
25、nt2, point3, point4,point5 ;g.FillPolygon(sdBrush1, curvePoints);运行结果如图7.7所示。图7.7 SolidBrush应用2HatchBrush（阴影画刷）HatchBrush类位于System.Drawing.Drawing2D命名空间中。阴影画刷有两种颜色：前景色和背景色，以及6种阴影。前景色定义线条的颜色，背景色定各线条之间间隙的颜色。HatchBrush类有两个构造函数：public HatchBrush(HatchStyle,Color forecolor);public HatchBrush(HatchStyle,C
26、olor forecolor,Color backcolor);HatchStyle枚举值指定可用于HatchBrush对象的不同图案。HatchStyle的主要成员如表7.7所示。表7.7 HatchStyle主要成员下面代码显示了HatchBrush画刷的使用。protected override void OnPaint(PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;HatchBrush hBrush1 = new HatchBrush(HatchStyle.DiagonalCross,Color.Chocolate, Color.Red);Hatch
27、Brush hBrush2 = new HatchBrush(HatchStyle.DashedHorizontal, Color.Green, Color.Black);HatchBrush hBrush3 = new HatchBrush(HatchStyle.Weave,Color.BlueViolet, Color.Blue);g.FillEllipse(hBrush1, 20, 80, 60, 20);Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, 200, 100);g.FillPie(hBrush3, 0, 0, 200, 40, 0.0f, 30.0f
28、 );PointF point1 = new PointF(50.0f, 250.0f);PointF point2 = new PointF(100.0f, 25.0f);PointF point3 = new PointF(150.0f, 40.0f);PointF point4 = new PointF(250.0f, 50.0f);PointF point5 = new PointF(300.0f, 100.0f);PointF curvePoints = point1, point2, point3, point4, point5 ;g.FillPolygon(hBrush2, cu
29、rvePoints);运行结果如图7.8所示。图7.8 HatchBrush应用图7.9 TextTureBursh应用3TextureBrush（纹理画刷）纹理画刷拥有图案，并且通常使用它来填充封闭的图形。为了对它初始化，可以使用一个已经存在的别人设计好了的图案，或使用常用的设计程序设计的自己的图案，同时应该使图案存储为常用图形文件格式，如BMP格式文件。这里有一个设计好的位图，被存储为Papers.bmp文件。private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;/根据文件名创建原始
30、大小的bitmap对象Bitmap bitmap = new Bitmap(D:mm.jpg);/将其缩放到当前窗体大小bitmap = new Bitmap(bitmap, this.ClientRectangle.Size);TextureBrush myBrush = new TextureBrush(bitmap);g.FillEllipse(myBrush, this.ClientRectangle);运行结果如图7.9所示。4LinearGradientBrush和PathGradientBrush（渐变画刷）渐变画刷类似与实心画刷，因为它也是基于颜色的，与实心画刷不同的是：渐变画
31、刷使用两种颜色；它的主要特点是：在使用过程中，一种颜色在一端，而另外一种颜色在另一端,在中间，两种颜色融合产生过渡或衰减的效果。渐变画刷有两种：线性画刷和路径画刷（LinearGradientBrush和PathGradientBrush）。其中LinearGradientBrush可以显示线性渐变效果，而PathGradientBrush是路径渐变的可以显示比较具有弹性的渐变效果。（1）LinearGradientBrush类LinearGradientBrush类构造函数如下：public LinearGradientBrush(Point point1,Point point2,Colo
32、r color1,Color color2) 参数说明：point1：表示线性渐变起始点的Point结构。point2：表示线性渐变终结点的Point结构。color1：表示线性渐变起始色的Color结构。color2：表示线性渐变结束色的Color结构。代码如下：private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;LinearGradientBrush myBrush = new LinearGradientBrush(this.ClientRectangle, Color.Whit
33、e, Color.Blue, LinearGradientMode.Vertical);g.FillRectangle(myBrush, this.ClientRectangle);运行结果如图7.10所示。图7.10 LinearGradientBrush的应用（2）PathGradientBrush类PathGradientBrush类的构造函数如下：public PathGradientBrush (GraphicsPath path);参数说明：path：GraphicsPath，定义此PathGradientBrush填充的区域。例子代码如下：private void Form1_P
34、aint(object sender, PaintEventArgs e)Graphics g = e.Graphics;Point centerPoint = new Point(150, 100);int R = 60;GraphicsPath path = new GraphicsPath();path.AddEllipse(centerPoint.X-R,centerPoint.Y-R,2*R,2*R);PathGradientBrush brush = new PathGradientBrush(path);/指定路径中心点brush.CenterPoint = centerPoin
35、t;/指定路径中心的颜色brush.CenterColor = Color.Red;/Color类型的数组指定与路径上每个顶点的颜色brush.SurroundColors = new Color Color.Plum ;g.FillEllipse(brush,centerPoint.X-R,centerPoint.Y-R,2*R,2* R);centerPoint = new Point(350, 100);R = 20;path = new GraphicsPath();path.AddEllipse(centerPoint.X-R,centerPoint.Y-R,2*R,2*R);pat
36、h.AddEllipse(centerPoint.X-2*R,centerPoint.Y-2*R,4*R,4* R);path.AddEllipse(centerPoint.X-3*R,centerPoint.Y-3*R,6*R,6* R);brush = new PathGradientBrush(path);brush.CenterPoint = centerPoint;brush.CenterColor = Color.Red;brush.SurroundColors = new Color Color.Black, Color.Blue, Color.Green ;g.FillPath
37、(brush, path);运行结果如图7.11所示。图7.11 PathGradientBrush应用7.2 C#图像处理基础本节主要介绍C#图像处理基础知识以及对图像的基本处理方法和技巧，主要包括图像的加载、变换和保存等操作。7.2.1 C#图像处理概述1图像文件的类型GDI+支持的图像格式有BMP、GIF、JPEG、EXIF、PNG、TIFF、ICON、WMF、EMF等，几乎涵盖了所有的常用图像格式，使用GDI+可以显示和处理多种格式的图像文件。2图像类GDI+提供了Image、Bitmap和Metafile等类用于图像处理，为用户进行图像格式的加载、变换和保存等操作提供了方便。（1）I
38、mage类Image类是为Bitmap和Metafile的类提供功能的抽象基类。（2）Metafile类定义图形图元文件，图元文件包含描述一系列图形操作的记录，这些操作可以被记录（构造）和被回放（显示）。（3）Bitmap类封装GDI+位图，此位图由图形图像及其属性的像素数据组成，Bitmap是用于处理由像素数据定义的图像的对象，它属于System.Drawing命名空间，该命名空间提供了对GDI+基本图形功能的访问。Bitmap类常用方法和属性如表7.8所示。表7.8 Bitmap常用属性和方法从指定的现有图像建立Bitmap对象Bitmap box1 =new Bitmap(picture
39、Box1.Image);从指定的图像文件建立Bitmap对象，其中“C:MyImagesTestImage.bmp”已存在的图像文件Bitmap box2 =new Bitmap(C:MyImagesTestImage.bmp);从现有的Bitmap对象建立新的Bitmap对象Bitmap box3 = new Bitmap(box1);7.2.2图像的输入和保存1图像的输入在窗体或图形框内输入图像有两种方式：（一）在窗体设计时使用图形框对象的Image属性输入；（二）在程序中通过打开文件对话框输入。方法（一）、窗体设计时使用图形框对象的Image属性输入窗体设计时使用对象的Image属性输入
40、图像的操作如下：（1）在窗体上，建立一个图形框对象（pictureBox1），选择图形框对象属性中的Image属性，如图7.12所示。（2）单击Image属性右侧的【】，弹出一个“选择资源”窗口，在该窗口中选择“本地资源”，单击【导入(M).】将弹出一个“打开”对话框，如图7.13所示。上图7.12 Image属性下图7.13“打开”对话框（3）选择图像文件后，单击【打开】按钮。方法（二）、使用“打开文件”对话框输入图像在窗体上添加一个命令按钮（button1）和一个图形框对象（pictureBox1），双击命令按钮，在响应方法中输入如下代码：private void button1_Clic
41、k(object sender, EventArgs e)OpenFileDialog ofdlg = new OpenFileDialog();ofdlg.Filter = BMP File(*.bmp)|*.bmp;if (ofdlg.ShowDialog() = DialogResult.OK) Bitmap image = new Bitmap(ofdlg.FileName);pictureBox1.Image = image;执行该程序时，使用“打开文件”对话框，选择图像文件，该图像将会被打开，并显示在pictureBox1图像框中。【例7.7】图像输入。采用方法（二）来实现图像的输
42、入。设计步骤如下：（1）建立如图7.14所示的项目界面，在窗体上加入【打开图像】命令按钮和一个PictureBox控件。（2）双击【打开图像】命令按钮，编辑按钮的单击事件响应函数，其代码同方法（二）中所写代码，在此不再重复。图7.14 图像输入（3）运行后单击【打开图像】按钮，弹出一个“打开文件”对话框，选择图象文件名，运行结果如图7.15所示。图7.15 运行结果2图像的保存保存图像的步骤如下：（1）当使用按钮和保存对话框保存文件时，加入保存按钮和PictureBox控件，窗体设计如图7.16所示。（2）保存命令钮的单击事件的响应函数代码如下：private void button2_Cli
43、ck(object sender, EventArgs e)string str;Bitmap box1 = new Bitmap(pictureBox1.Image);SaveFileDialog sfdlg = new SaveFileDialog();sfdlg.Filter = bmp文件(*.BMP)|*.BMP|All File(*.*)|*.*;sfdlg.ShowDialog();str = sfdlg.FileName;box1.Save(str);执行该过程时，将打开“另存为”对话框，如图7.17所示。图7.16 保存图像图7.17 “另存为”对话框选择图像文件的保存路径。
44、3图像格式的转换使用Bitmap对象的Save方法，可以把打开的图像保存为不同的文件格式，从而实现图像格式的转换。在上述例子中添加一个命令按钮，双击该命令按钮，编辑其相应代码如下：private void button3_Click(object sender, EventArgs e)string str;Bitmap box1 = new Bitmap(pictureBox1.Image);SaveFileDialog sfdlg = new SaveFileDialog();sfdlg.Filter = bmp文件(*.jpeg)|*.jpeg|All File(*.*)|*.*;sfd
45、lg.ShowDialog();str = sfdlg.FileName;box1.Save(str,System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);Bitmap对象的Save方法中的第二个参数指定了图像保存的格式。Imaging.ImageFormat支持的格式如表7.9所示：表7.9 Imaging.ImageFormat支持的格式7.2.3 图像的拷贝和粘贴图像拷贝和粘贴是图像处理的基本操作之一，通常有两种方法来完成图像的拷贝和粘贴：一种可以使用剪贴板拷贝和粘贴图像，一种使用AxPictureClip控件拷贝和粘贴图像。1使用剪贴板拷贝和粘贴图像剪贴板是
46、在Windwos系统中单独预留出来的一块内存，它用来暂时存放在Windwos应用程序间要交换的数据，使用剪贴板对象可以轻松实现应用程序间的数据交换，这些数据包括图像或文本。在C#中，剪贴板通过Clipboard类来实现，Clipboard类的常用方法如表7.10所示。表7.10 Clipboard类常用方法将数据置于剪贴板中。从剪贴板中检索数据。下面简要介绍剪贴板的使用。（1）将数据置于剪贴板中可以通过SetDataObject方法将数据置于剪贴板中，SetDataObject方法有以下三种形式的定义：Clipboard.SetDataObject(Object)：将非持久性数据置于系统剪贴板中。由.NET Compact Framework支持。Clipboard.SetDataObject(Object,Boolean)：将数据置于系统剪贴板中，并指定在退出应用程序后是否将数据保留在剪贴板中。Clboard.SetDataObje