填充算法（一）递归填充算法

1、首先介绍两个概念，就是“4-联通算法”和“8-联通算法”。既然是搜索就涉及到搜索的方向问题，从区域内任意一点出发，如果只是通过上、下、左、右四个方向搜索到达区域内的任意像素，则用这种方法填充的区域就称为四连通域，这种填充方法就称为“4-联通算法”。如果从区域内任意一点出发，通过上、下、左、右、左上、左下、右上和右下全部八个方向到达区域内的任意像素，则这种方法填充的区域就称为八连通域，这种填充方法就称为“8-联通算法”。下面引用几张网络上的图片，辅助说明：

2、下面以VS2010，MFC对话框工程为环境实现算法。

3、注入填充算法（Flood Fill Algorithm）

（1）介绍：注入填充算法不特别强调区域的边界，它只是从指定位置开始，将所有联通区域内某种指定颜色的点都替换成另一种颜色，从而实现填充效果。注入填充算法能够实现颜色替换之类的功能，这在图像处理软件中都得到了广泛的应用。注入填充算法的实现非常简单，核心就是递归和搜索。

（2）4联通算法实现1：

//************************************
// Parameter: CDC * pDC
// Parameter: int x （填充起始点的x坐标）
// Parameter: int y （填充起始点的y坐标）
// Parameter: COLORREF colorOld （被填充色）
// Parameter: COLORREF colorNew	（填充色）
//************************************
void FloodSeedFill(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew);
		FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew);
		FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew);
		FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew);
	}
}

（3）4联通算法实现2（注：同实现1，只是写法不同）：

typedef struct tagDIRECTION
{
	int x_offset;
	int y_offset;
}DIRECTION;
DIRECTION direction_4[] = { {-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {0, -1} };
void FloodSeedFill(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		for(int i = 0; i < 4; i++)
		{
			FloodSeedFill(pDC, x + direction_4[i].x_offset, y + direction_4[i].y_offset, colorOld, colorNew);
		}
	}
}

（4）注： 上述两个算法实现理论上是没有错误的，但是在实际环境下，却会运行中断，具体原因是因为当递归深度过深时，栈溢出；而由递归深度引起的栈溢出（Stack overflow）是无解的（递归深度无法确定，栈大小修改不便），除非不用递归算法。附：修改工程栈大小：

（5）尝试减少递归深度，还是Stack Overflow，代码如下：

void FloodSeedFill(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew, int nIgnore/* = 0*/)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		switch (nIgnore)
		{
		case 0:
			FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 1:
			FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			//FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 2:
			FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			//FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 3:
			//FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 4:
			FloodSeedFill(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			//FloodSeedFill(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		default:
			break;
		}
	}
}

（6）上述两个实现都是4联通的，8联通只是多加几行代码，这里就不再累述了；

DIRECTION direction_8[] = { {-1, 0}, {-1, 1}, {0, 1}, {1, 1}, {1, 0}, {1, -1}, {0, -1}, {-1, -1} };

4、边界填充算法（Boundary Fill Algorithm）

（1）介绍：边界填充算法与注入填充算法的本质其实是一样的，都是递归和搜索，区别只在于对边界的确认，也就是递归的结束条件不一样。注入填充算法没有边界的概念，只是对联通区域内指定的颜色进行替换，而边界填充算法恰恰强调边界的存在，只要是边界内的点无论是什么颜色，都替换成指定的颜色。边界填充算法在应用上也非常的广泛，画图软件中的“油漆桶”功能就是边界填充算法的例子。

（2）4通道算法实现：

void BoundarySeedFill(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorBoundary, COLORREF colorNew)
{
	COLORREF colorCurrent = pDC->GetPixel( CPoint(x, y) );
	if (colorCurrent != colorBoundary && colorCurrent != colorNew)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		BoundarySeedFill(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew);
	}
}

5、两种（注入和边界）填充方法的区别：

（1）注入填充算法（替换相连像素点的颜色）：

填充前

填充过程1

填充过程2

填充过程3

填充过程4

填充完毕：填充色为蓝色

（2）边界填充算法（替换边界内所有像素点的颜色）：下例根据黑色边框填充

填充前同上

填充完效果

6、下面是一个填充效果截图，另附一个测试工程源码：

7、MFC下测试代码片段：

（1）初始化界面代码：

void CFillAlgorithm_TestDlg::DrawTestGraphics(CDC* pDC)
{
	CPen pen(PS_SOLID, 4, RGB(0, 0, 0));
	CPen* pOldPen = pDC->SelectObject(&pen);

	CRect rc;
	GetClientRect(&rc);
	pDC->Rectangle(&rc);

	pDC->MoveTo(CPoint(50, 50));
	pDC->LineTo(CPoint(250, 50));
	pDC->LineTo(CPoint(250, 210));
	pDC->LineTo(CPoint(450, 210));
	pDC->LineTo(CPoint(450, 450));
	pDC->LineTo(CPoint(200, 450));
	pDC->LineTo(CPoint(200, 270));
	pDC->LineTo(CPoint(50, 270));
	pDC->LineTo((CPoint(50, 50)));

	pDC->FillRect(&CRect(CPoint(100, 100), CPoint(180, 180)), &CBrush(RGB(255, 255, 0)));
	pDC->FillRect(&CRect(CPoint(202, 212), CPoint(448, 448)), &CBrush(RGB(255, 0, 0)));

	pDC->Ellipse(&CRect(CPoint(360, 50), CPoint(460, 100)));

	CFont font;
	VERIFY(font.CreatePointFont(350, _T("Arial"), pDC));
	CFont* pOldFont = pDC->SelectObject(&font);

	pDC->Rectangle(&CRect(CPoint(500, 120), CPoint(1000, 400)));

	pDC->SetBkMode(TRANSPARENT);
	pDC->SetTextColor(RGB(255, 0, 0));
	pDC->DrawText(_T("请等待填充完成\n弹出提示对话框后\n再操作鼠标，\n以防程序停止工作！"), &CRect(CPoint(500, 120), CPoint(1000, 400)), DT_CENTER | DT_VCENTER);
	

	pen.DeleteObject();
	font.DeleteObject();
	pDC->SelectObject(pOldPen);
}

（2）算法实现及调用：

//
// 4联通递归算法
void CFillAlgorithm_TestDlg::OnFlood()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		COLORREF colorOld = pDC->GetPixel(m_ptStrat);
		DWORD startTm = GetTickCount();
		FloodSeedFill1(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, colorOld, m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("注入式填充完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::FloodSeedFill1(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		FloodSeedFill1(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew); // 上
		FloodSeedFill1(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew); // 右
		FloodSeedFill1(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew); // 下
		FloodSeedFill1(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew); // 左
	}
}

void CFillAlgorithm_TestDlg::OnFlood2()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		COLORREF colorOld = pDC->GetPixel(m_ptStrat);
		DWORD startTm = GetTickCount();
		FloodSeedFill2(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, colorOld, m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("注入式填充2完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::FloodSeedFill2(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew, int nIgnore /*= 0*/)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		switch (nIgnore)
		{
		case 0:
			FloodSeedFill2(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill2(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill2(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill2(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 1:
			FloodSeedFill2(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill2(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			//FloodSeedFill2(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill2(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 2:
			FloodSeedFill2(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill2(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill2(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			//FloodSeedFill2(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 3:
			//FloodSeedFill2(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			FloodSeedFill2(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill2(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill2(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		case 4:
			FloodSeedFill2(pDC, x, y - 1, colorOld, colorNew, 1); // 上
			//FloodSeedFill2(pDC, x + 1, y, colorOld, colorNew, 2); // 右
			FloodSeedFill2(pDC, x, y + 1, colorOld, colorNew, 3); // 下
			FloodSeedFill2(pDC, x - 1, y, colorOld, colorNew, 4); // 左
			break;

		default:
			break;
		}
	}
}

void CFillAlgorithm_TestDlg::OnBoundary()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		AfxMessageBox(_T("边界填充以黑色为边界"));
		DWORD startTm = GetTickCount();
		BoundarySeedFill1(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, RGB(0, 0, 0), m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("边界式填充完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::BoundarySeedFill1(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorBoundary, COLORREF colorNew)
{
	COLORREF colorCurrent = pDC->GetPixel( CPoint(x, y) );
	if (colorCurrent != colorBoundary && colorCurrent != colorNew)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		BoundarySeedFill1(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill1(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill1(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew);
		BoundarySeedFill1(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew);
	}
}

void CFillAlgorithm_TestDlg::OnBoundary2()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		AfxMessageBox(_T("边界填充以黑色为边界"));
		DWORD startTm = GetTickCount();
		BoundarySeedFill2(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, RGB(0, 0, 0), m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("边界式填充2完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::BoundarySeedFill2(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorBoundary, COLORREF colorNew, int nIgnore /*= 0*/)
{
	COLORREF colorCurrent = pDC->GetPixel( CPoint(x, y) );
	if (colorCurrent != colorBoundary && colorCurrent != colorNew)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		switch (nIgnore)
		{
		case 0:
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew, 1); // 上
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew, 2); // 下
			BoundarySeedFill2(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew, 3); // 左
			BoundarySeedFill2(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew, 4); // 右
			break;

		case 1:
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew, 1); // 上
			//BoundarySeedFill2(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew, 2); // 下
			BoundarySeedFill2(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew, 3); // 左
			BoundarySeedFill2(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew, 4); // 右
			break;

		case 2:
			//BoundarySeedFill2(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew, 1); // 上
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew, 2); // 下
			BoundarySeedFill2(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew, 3); // 左
			BoundarySeedFill2(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew, 4); // 右
			break;

		case 3:
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew, 1); // 上
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew, 2); // 下
			BoundarySeedFill2(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew, 3); // 左
			//BoundarySeedFill2(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew, 4); // 右
			break;

		case 4:
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y - 1, colorBoundary, colorNew, 1); // 上
			BoundarySeedFill2(pDC, x, y + 1, colorBoundary, colorNew, 2); // 下
			//BoundarySeedFill2(pDC, x - 1, y, colorBoundary, colorNew, 3); // 左
			BoundarySeedFill2(pDC, x + 1, y, colorBoundary, colorNew, 4); // 右
			break;

		default:
			break;
		}
	}
}



//
// 8联通递归算法
typedef struct tagDIRECTION
{
	int x_offset;
	int y_offset;
}DIRECTION;
DIRECTION direction_8[] = { {-1, 0}, {-1, 1}, {0, 1}, {1, 1}, {1, 0}, {1, -1}, {0, -1}, {-1, -1} };
//DIRECTION direction_4[] = { {-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {0, -1} };

void CFillAlgorithm_TestDlg::OnFlood3()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		COLORREF colorOld = pDC->GetPixel(m_ptStrat);
		DWORD startTm = GetTickCount();
		FloodSeedFill3(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, colorOld, m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("注入式填充3(8联通)完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::FloodSeedFill3(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorOld, COLORREF colorNew)
{
	if (pDC->GetPixel( CPoint(x, y) ) == colorOld)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		for(int i = 0; i < 8; i++)
		{
			FloodSeedFill3(pDC, x + direction_8[i].x_offset, y + direction_8[i].y_offset, colorOld, colorNew);
		}
	}
}	

void CFillAlgorithm_TestDlg::OnBoundary3()
{
	// TODO: 在此添加命令处理程序代码
	if (m_ptStrat == m_ptOrigin)
	{
		AfxMessageBox(_T("提示：请先单击鼠标左键确定填充的起始点！"));
	}
	else
	{
		CDC* pDC = GetDC();
		AfxMessageBox(_T("边界填充以黑色为边界"));
		DWORD startTm = GetTickCount();
		BoundarySeedFill3(pDC, m_ptStrat.x, m_ptStrat.y, RGB(0, 0, 0), m_colorFill);
		DWORD finishTm = GetTickCount();
		CString str;
		str.Format(_T("边界式填充3(8联通)完毕,用时：%d ms"), finishTm - startTm);
		AfxMessageBox(str);
		ReleaseDC(pDC);
	}
}
void CFillAlgorithm_TestDlg::BoundarySeedFill3(CDC* pDC, int x, int y, COLORREF colorBoundary, COLORREF colorNew)
{
	COLORREF colorCurrent = pDC->GetPixel( CPoint(x, y) );
	if (colorCurrent != colorBoundary && colorCurrent != colorNew)
	{
		pDC->SetPixel( CPoint(x, y), colorNew);

		for(int i = 0; i < 8; i++)
		{
			BoundarySeedFill3(pDC, x + direction_8[i].x_offset, y + direction_8[i].y_offset, colorBoundary, colorNew);
		}
	}
}

8、源码：