Quartz－2D绘图之概览

最近公司新项目需求要把数据图形化，趁着这个机会，重温了下Quarts-2D这个强大的跨平台2D绘图引擎。

一、Quartz概述

1.Quartz 2D是一个二维的绘图引擎，支持iOS和Mac OS平台。

2.功能：可以用来进行基本路径的绘制、透明度、描影、绘制阴影、透明层、颜色管理、反锯齿、PDF文档生成和PDF元数据访问等

二、Quartz操作

1.绘图顺序：Quartz既然是一个绘图引擎，那么画画的先后顺序是非常重要的，下图便展示了它的操作顺序，相信大家都很熟悉这幅图

2.绘制目标：Graphics Context（绘图上下文） 

相信很多人刚开始接触到这个单词时跟我一样一头雾水，不明白它指的是什么。按照苹果的官方文档解释说，Graphics Context是种数据类型(CGContextRef)，用于封装Quartz绘制图像到输出设备的信息。设备可以是PDF文件、bitmap或者显示器的窗口上。Graphics Context中的信息包括在Page中的图像的图形绘制参数和设备相关的表现形式。Quartz中所有的对象都是绘制到一个Graphics Context中。其实说白了，就是你想在纸上画画，Graphics Context就是那张纸，你想在桌子上画画，Graphics Context就是那张桌子。只不过Graphics Context还保存了你的画笔颜色啊，线条大小啊等一些画图时的参数信息。我们画图时想要画在哪个上面，指定相应的Graphics Context的就可以了。Quartz为我们提供了以下几种类型的Graphics Context

• Bitmap Graphics Context
• PDF Graphics Context
• Window Graphics Context
• Layer Context
• Post Graphics Context

除了Graphics Context这个类型外，Quartz 2D API还定义一些数据类型。由于这些API就是Core Graphics框架的一部分，所以这些数据类型都是以CG开头的，像CGPathRef、CGImageRef之类的，具体的可以参考苹果官方文档，这里不再赘述。

3.图形状态

Quartz通过修改当前图形状态(current graphics state)来修改绘制操作的结果。图形状态包含用于绘制程序的参数。绘制程序根据这些绘图状态来决定如何渲染结果。例如，当你调用设置填充颜色的函数时，你将改变存储在当前绘图状态中的颜色值。

Graphics Context包含一个绘图状态栈。当Quartz创建一个Graphics Context时，栈为空。当保存图形状态时，Quartz将当前图形状态的一个副本压入栈中。当还原图形状态时，Quartz将栈顶的图形状态出栈。出栈的状态成为当前图形状态。

可使用函数CGContextSaveGState来保存图形状态，CGContextRestoreGState来还原图形状态

可能上面说有一些抽象，下面上代码

 - (void)drawRect:(CGRect)rect {

     CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

     // 拷贝一份副本，放入绘图状态栈中，这份副本中的绘制信息为空
     CGContextSaveGState(context);

     // 在当前的上下文中设置绘制信息并进行绘制渲染
     CGContextSetLineWidth(context, );
     [[UIColor redColor] set];
     CGContextMoveToPoint(context, , );
     CGContextAddLineToPoint(context, , );
     CGContextStrokePath(context);

     // CGContextRestoreGState()将绘图上下文栈弹栈，得到上面拷贝的副本并设置为当前上下文
     CGContextRestoreGState(context);
     // 此时的绘制信息完全在副本中设置，不会覆盖上面的参数
     [[UIColor blackColor] set];
     CGContextMoveToPoint(context, , );
     CGContextAddLineToPoint(context, , );
     CGContextStrokePath(context);
 }

而假如我们不保存图形状态，每次设置绘图信息都在同一个上下文中，便会覆盖上一次的状态，最后渲染时只是一种状态，线的颜色啊，线宽什么的都只是以你最后设置的为准。代码如下

 - (void)drawRect:(CGRect)rect {

     CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

     // 拷贝一份副本，放入绘图状态栈中，这份副本中的绘制信息为空
     CGContextSaveGState(context);

     // 在当前的上下文中设置绘制信息并进行绘制渲染
     CGContextSetLineWidth(context, );
     [[UIColor redColor] set];
     CGContextMoveToPoint(context, , );
     CGContextAddLineToPoint(context, , );
     CGContextStrokePath(context);

     //CGContextRestoreGState(context);
     // 此时的绘制信息便会覆盖上面的参数
     [[UIColor blackColor] set];
       CGContextSetLineWidth(context, 10);

     CGContextMoveToPoint(context, , );

     CGContextAddLineToPoint(context, , );

     CGContextStrokePath(context);
 }

注意：并不是当前绘制环境的所有方面都是图形状态的元素。如，图形状态不包含当前路径(current path)。下面列出了图形状态相关的参数：

• Current transformation matrix (CTM)：当前转换矩阵
• Clipping area：裁剪区域
• Line: 线
• Accuracy of curve estimation (flatness)：曲线平滑度
• Anti-aliasing setting：反锯齿设置
• Color: 颜色
• Alpha value (transparency)：透明度
• Rendering intent：渲染目标
• Color space: 颜色空间
• Text: 文本
• Blend mode：混合模式

4.坐标系统

和我们的UIKit坐标系不同，Quartz是一左下角为原点的，沿着x轴从左到右坐标值逐渐增大；沿着y轴从下到上坐标值逐渐增大。如下图

由于不同的设备有不同的图形功能，所以图像的位置及大小依赖于设备。这就意味着，我们必须对其坐标进行相应的映射变换，好在Quartzt通过CTM可以很轻易的办到这一点。CTM是一种特殊类型的矩阵(affine transform, 仿射矩阵)，通过平移(translation)、旋转(rotation)、缩放(scale)操作将点从一个坐标空间映射到另外一个坐标空间。下面上代码

- (void)drawRect:(CGRect)rect {

    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    [[UIColor redColor] set];
    CGContextRotateCTM(context, M_PI/);// 让坐标系顺时针旋转M_PI/8
    CGContextScaleCTM(context, 1.5, 1.5);// 让坐标系放大1.5倍
    CGContextTranslateCTM(context, , );// 平移坐标系
    CGContextMoveToPoint(context, , );
    CGContextAddLineToPoint(context, , );
    CGContextAddLineToPoint(context, , );
    CGContextAddLineToPoint(context, , );
    CGContextStrokePath(context);

}

PS:如果你打算在IOS上开发与Quartz相关的程序，了解以上所讨论的是很有用的，但不是必须的。在IOS 3.2及后续的版本中，当UIKit为你的应用程序创建一个绘图上下文时，也对上下文进行了额外的修改以匹配UIKit的约定。特别的，patterns和shadows(不被CTM影响)单独进行调整以匹配UIKit坐标系统。在这种情况下，没有一个等价的机制让CTM来转换Quartz和UIKit的上下文。我们必须认识到在什么样的上下文中进行绘制，并调整行为以匹配上下文的预期。

5.内存管理

Quartz使用Core Foundation内存管理模型(引用计数)。所以，对象的创建与销毁与通常的方式是一样的。在Quartz中，需要记住如下一些规则：

• 如果创建或拷贝一个对象，你将拥有它，因此你必须释放它。通常，如果使用含有”Create”或“Copy”单词的函数获取一个对象，当使用完后必须释放，否则将导致内存泄露。
• 如果使用不含有”Create”或“Copy”单词的函数获取一个对象，你将不会拥有对象的引用，不需要释放它。
• 如果你不拥有一个对象而打算保持它，则必须retain它并且在不需要时release掉。可以使用Quartz 2D的函数来指定retain和release一个对象。例如，如果创建了一个CGColorspace对象，则使用函数CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease来retain和release对象。同样，可以使用Core Foundation的CFRetain和CFRelease，但是注意不能传递NULL值给这些函数。