Windows如何实现打印技术？-睿诚科技协会

Windows 打印技术概述

Windows 的打印系统是一个成熟、复杂且高度模块化的体系结构，它的核心设计思想是将打印请求（应用程序）与打印设备（打印机）解耦，通过一系列的中间层（驱动程序、后台处理程序、假脱机程序）来管理整个打印流程。

（图片来源网络，侵删）

其核心组件和流程可以概括为：

应用程序：用户发起打印请求，生成打印作业。
GDI / Graphics Device Interface：Windows 图形设备接口，是应用程序与打印系统交互的桥梁，它提供了一套标准的 API，让开发者无需关心具体打印机的细节。
打印驱动程序：这是打印系统中最关键的“翻译官”，它将 GDI 生成的一系列绘图命令（如画线、画矩形、填充文本、位图等）转换成特定打印机能够理解的“语言”（如 PCL, PostScript, XPS 等）。
假脱机程序：为了提高系统响应速度，Windows 并不直接将数据发送给打印机，相反，它会将打印作业“假脱机”（Spool）到一个文件中，存储在硬盘的 C:\Windows\System32\spool\PRINTERS 目录下，这个后台程序就是 Spooler (Spooler Service)。
后台打印程序：这是 Spooler 的一个组件，负责读取假脱机文件，并将其通过合适的端口（如 USB, 网络）发送给物理打印机。
打印机端口监视器：负责与打印机硬件进行通信，处理数据传输协议。

用户层面的打印实现

对于普通用户和初级开发者来说,实现打印最简单的方式就是调用系统提供的标准打印对话框。

使用标准打印对话框

这是最推荐的方式,因为它能自动处理所有复杂的配置，如选择打印机、设置页数、份数、纸张方向等。

以 C# (WinForms) 为例：

（图片来源网络，侵删）

using System;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Printing;
using System.Windows.Forms;
public class PrintExample
{
    private PrintDocument printDocument = new PrintDocument();
    public void ShowPrintDialog()
    {
        // 设置打印文档的默认打印机（可选）
        // printDocument.PrinterSettings.PrinterName = "Microsoft Print to PDF";
        // 允许用户在打印前配置
        printDocument.PrintPage += new PrintPageEventHandler(this.PrintDocument_PrintPage);
        // 创建并显示打印对话框
        PrintDialog printDialog = new PrintDialog();
        printDialog.Document = printDocument;
        if (printDialog.ShowDialog() == DialogResult.OK)
        {
            // 如果用户点击“确定”，则开始打印
            printDocument.Print();
        }
    }
    // 这是实际打印内容的地方
    private void PrintDocument_PrintPage(object sender, PrintPageEventArgs e)
    {
        // 获取绘图区域
        Graphics g = e.Graphics;
        // 定义要打印的文本和字体
        string text = "这是通过 C# 打印的示例文本。";
        Font font = new Font("Arial", 12);
        // 在页面的 (100, 100) 位置绘制文本
        g.DrawString(text, font, Brushes.Black, 100, 100);
        // 如果还有更多页，可以在这里设置 e.HasMorePages = true
        // 本次只打印一页，所以不需要
    }
}

代码解析：

PrintDocument: 核心类，代表一个打印作业。
PrintDialog: 提供用户界面，让用户选择打印机和设置。
PrintPage 事件：这是打印的核心，当系统准备好打印一页时，会触发此事件，你在这个事件处理函数中负责绘制该页的所有内容（文本、图片、图形等）。
PrintPageEventArgs: 提供了绘制所需的上下文信息，如 Graphics 对象（用于绘图）、PageBounds（页面边界）等。

开发者层面的打印实现

当需要更精细的控制时,开发者可以直接与打印系统交互。

使用 GDI+ 进行打印

如上例所示,GDI+ 是 Windows 应用程序打印的基础，你通过 System.Drawing.Printing 命名空间中的类来控制打印过程。

关键步骤：

（图片来源网络，侵删）

创建 PrintDocument 实例。
设置 PrinterSettings 属性，如打印机名称、打印份数、是否双面打印等。
处理 PrintPage 事件，使用 e.Graphics 对象进行绘制。
调用 Print() 方法开始打印。

使用 XPS (XML Paper Specification) 进行打印

XPS 是 Microsoft 推荐的、更现代的打印和文档格式，它将文档描述为一个固定的、基于 XML 的表示，而不是一系列的绘图命令。

优势：

所见即所得：XPS 文档的屏幕显示效果与打印效果几乎完全一致。
保真度高：包含完整的布局、字体、图像和颜色信息，不会因为驱动程序问题而失真。
性能更好：对于复杂文档，XPS 的处理效率通常高于 GDI。

实现方式：

a) 使用 XpsDocumentWriter (WPF 推荐)

WPF (Windows Presentation Foundation) 内置了对 XPS 的强大支持。

// 在 WPF 应用程序中
using System.Windows;
using System.Windows.Controls;
using System.Windows.Xps;
using System.Windows.Xps.Packaging;
using System.IO;
public void PrintXpsDocument(string xpsFilePath)
{
    try
    {
        // 创建一个 PrintDialog
        PrintDialog printDialog = new PrintDialog();
        if (printDialog.ShowDialog() != true)
        {
            return; // 用户取消
        }
        // 打开 XPS 文档
        using (XpsDocument xpsDoc = new XpsDocument(xpsFilePath, FileAccess.Read))
        {
            // 获取 XpsDocumentWriter
            XpsDocumentWriter xpsDocWriter = XpsDocument.CreateXpsDocumentWriter(xpsDoc);
            // 将整个文档打印到用户选择的打印机
            xpsDocWriter.Write(printDialog.PrintTicket, xpsDoc.GetFixedDocumentSequence());
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        MessageBox.Show($"打印失败: {ex.Message}");
    }
}

b) 将任何文档“打印”为 XPS 文件

Windows 提供了一个虚拟打印机：“Microsoft Print to PDF” 和 “Microsoft XPS Document Writer”，任何支持标准打印的应用程序都可以选择这个“打印机”，将输出保存为 .pdf 或 .xps 文件，这是生成电子文档的常用方法。

底层/专业层面的打印实现

对于需要深度定制或开发打印机驱动程序的开发者,情况会更复杂。

开发打印机驱动程序

这是 Windows 打印技术中最专业、最复杂的部分，驱动程序是连接操作系统和打印机的唯一桥梁。

驱动程序类型：

v3 打印驱动程序：较新的模型，基于 XML，更易于部署和维护，微软推荐用于新开发。
v2 打印驱动程序：传统的模型，基于 INF 文件和 DLL，功能强大但配置复杂。

开发流程通常包括：

选择驱动模型：决定使用 v3 还是 v2。
编写渲染插件：核心部分，负责将 GDI/XPS 命令转换为打印机语言，这通常需要深入理解打印机的硬件规范和语言（如 PCL, PostScript）。
创建 UI 插件：用于在打印属性对话框中显示和配置特定于该打印机的选项（如装订方式、特殊介质等）。
打包和签名：将驱动程序打包成 INF 文件或 CAB 文件，并进行数字签名，以便 Windows 能够安全地安装。

使用 Win32 API 或 C++ 进行打印

对于不使用 .NET 框架的 C++ 应用程序，可以直接调用 Win32 API。

核心 API：

OpenPrinter: 获取打印机句柄。
StartDocPrinter: 开始一个打印作业。
StartPage: 开始新的一页。
WritePrinter: 将数据（通常是渲染好的打印机语言数据）写入打印机。
EndPage: 结束当前页。
EndDocPrinter: 结束打印作业。
ClosePrinter: 关闭打印机句柄。

这种方式非常底层,开发者需要自己处理数据格式转换、内存管理等，通常只在性能要求极高或开发驱动程序时使用。

现代打印技术：通用打印 API

为了统一和简化不同打印技术（GDI, XPS）的访问，微软引入了 Universal Print API，它提供了一个更现代、面向对象的 API，推荐用于新的桌面和 UWP 应用程序开发。

核心类 (在 Windows.Graphics.Printing 命名空间中):

PrintManager: 管理打印体验。
PrintTaskRequestedTrigger: 触发打印请求。
PrintTask: 代表一个打印作业。
PrintDocument: 描述要打印的内容。

优势：

统一模型：为所有打印技术提供了单一、一致的编程模型。
异步操作：支持异步编程，提高应用响应性。
更好的集成：与 Windows 的现代化打印体验（如打印到云打印机）无缝集成。

总结与最佳实践

技术层次	实现方式	适用场景	优点	缺点
用户/初级开发	`PrintDialog` + `PrintDocument` (GDI+)	大多数标准桌面应用	简单、快速、功能完整	灵活性相对较低
中级开发	`XpsDocumentWriter` (WPF/XPS)	WPF 应用、需要高保真度的文档打印	所见即所得、保真度高、性能好	主要绑定于 .NET 和 WPF
底层/专业开发	Win32 API (C++) / 自定义驱动	性能敏感应用、打印机/驱动开发	完全控制、高性能	极其复杂、开发成本高
现代开发	通用打印 API	新型桌面应用、UWP 应用	现代、统一、异步、支持云打印	相对较新，学习曲线存在

最佳实践建议：

首选标准打印对话框：对于绝大多数应用，始终使用 PrintDialog，它能为用户提供最熟悉的体验，并为你处理大量繁琐工作。
优先考虑 XPS：如果你的应用是 WPF 应用，或者你的文档格式复杂且要求高保真度，请使用 XPS 相关的 API，它能避免很多因驱动程序问题导致的打印错位、字体缺失等问题。
了解你的用户：如果你的用户只需要打印简单的文本和表格，GDI+ 足够且高效，如果他们需要打印包含复杂图形、精确布局的报表或设计稿，XPS 是更好的选择。
不要轻易触碰底层：除非你是在开发打印机驱动程序或有特殊性能需求，否则应尽量避免直接使用 Win32 API，维护成本太高。
拥抱未来：对于新项目，特别是面向 Windows 10/11 的应用，可以开始学习和使用通用打印 API，它是未来的趋势。

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