Quartz 2D CGPattern学习笔记

CGPattern是在图形上下文中重复绘制的一系列绘制操作。你可以像使用颜色一样使用图案。当使用CGPattern进行绘制时，Quartz将页面划分为一组图案单元格，每个单元格的大小为CGPattern初始化时bounds的大小，并使用您提供的回调来绘制每个单元格。下图为一个简单的CGPattern绘制的图案:

白色部分为图形绘制的上下文 ，带蓝色边框的区域为CGPattern绘制的单元格，它是根据指定规则平铺在图形上下文中的。它总是从上下文的左上角（坐标系原点为左上角时）开始绘制，然后按照一定规则平铺满整个图形上下文。

上面图案的绘制具体代码如下：

override func draw(_ rect: CGRect) {
        guard let context = UIGraphicsGetCurrentContext() else { return }

        context.saveGState() // 保存上下文状态，以便绘制完图案后恢复上下文原来的状态（即：这里保存之前的状态）

        // 初始化一个回调函数
        // 参数
        // 1：版本号，一般传0即可；
        // 2：一个绘制图案的函数（该函数有两个参数，1：CGPattern初始化时第一个参数info；2：绘制图案的上下文）
        // 3：释放CGPattern初始化时第一个参数info指针的回调函数
        var callbacks = CGPatternCallbacks(version: 0, drawPattern: { (info, ctx) in

            // 这里获取CGPattern初始化时传入的图案单元格的size（注意：这里不能用takeRetainedValue()，这样会导致info资源回收，而在下次回调中报错）
            let size = Unmanaged<NSValue>.fromOpaque(info!).takeUnretainedValue().cgSizeValue
            let bounds = CGRect(origin: .zero, size: size)
            // 设置画笔宽度
            ctx.setLineWidth(2)
            // 设置画笔颜色
            ctx.setStrokeColor(UIColor.red.cgColor)
            // 设置填充色
            ctx.setFillColor(UIColor.green.cgColor)
            // 添加一个矩形框
            ctx.addRect(bounds)
            // 绘制边框并填充颜色
            ctx.drawPath(using: .fillStroke)
        }) { info in
            // 需要在这里将CGPattern初始化时传入info指针内存回收
            Unmanaged<NSValue>.fromOpaque(info!).release()
        }

        // 图案单元格的间隙
        let space: CGFloat = 10
        // 当前上下文中，水平方向上单元格的个数（用于计算单元格的size）
        let cellCount: CGFloat = 5
        let drawBounds = bounds // 当前上下文画布矩形
        // 计算图案单元格尺寸
        let cellSize = (drawBounds.width - space * (cellCount - 1)) / cellCount
        let size = CGSize(width: cellSize, height: cellSize)
        // 初始化CGPattern
        // 参数
        // 1：用于向绘制函数中传递的info，这里我们将图案的单元格size作为info（这里使用passRetained，是为了保持NSValue的引用计数）
        // 2：设置图案单元格的尺寸
        // 3：突然单元格的变换矩阵
        // 4：单元格水平方向的间距
        // 5：单元格垂直方向的间距
        // 6：平铺模式
        // 7：图案单元格是否为彩色的（当我们绘制的突然需要颜色时，设置为true）
        // 8：绘制图案的回调
        guard let pattern = CGPattern(info: Unmanaged<NSValue>.passRetained(NSValue(cgSize: size)).toOpaque(),
                                      bounds: CGRect(x: 0, y: 0, width: size.width, height: size.height),
                                      matrix: .identity,
                                      xStep: size.width + space,
                                      yStep: size.height + space,
                                      tiling: .noDistortion,
                                      isColored: true,
                                      callbacks: &callbacks) else {
            print("pattern create fail")
            return
        }
        // 创建颜色空间，采用patternBaseSpace初始化（注意：如果isColored=true，这里一般设置为nil即可）
        guard let colorSpace = CGColorSpace(patternBaseSpace: nil) else {
            print("colorSpace create fail")
            return
        }
        // 设置填充的颜色空间（这里必须设置，否则图案将无法正常绘制填充色）
        context.setFillColorSpace(colorSpace)
        var alpha: CGFloat = 1
        // 设置填充图案CGPattern，用于填充绘制。第二个参数：指定了图案绘制中用到的颜色透明度
        context.setFillPattern(pattern, colorComponents: &alpha)
        // 调用填充绘制，这里会采用上面的pattern进行绘制
        context.fill(drawBounds)
        context.restoreGState() // 恢复上下文状态
    }

具体细节已在代码注释中说明，但是这里我要着重说明一下xStep和yStep这两个参数。我们用一张图来理解一下：

从图中可知，xStep是距离前一个图案单元格水平原点的距离，yStep是距离前一个图案单元格垂直原点的距离。因此，如果xStep小于单元格的宽度，那么前后两个单元格在水平方向将会重叠，yStep同样如此。

我们可以在回调函数中任意绘制我们的图案，不局限在绘制矩形或线条，向下面这样：

下面是具体绘制的部分代码：

var callbacks = CGPatternCallbacks(version: 0, drawPattern: { (info, ctx) in

    // 这里获取CGPattern初始化时传入的图案单元格的size（注意：这里不能用takeRetainedValue()，这样会导致info资源回收，而在下次回调中报错）
    let size = Unmanaged<NSValue>.fromOpaque(info!).takeUnretainedValue().cgSizeValue

    // 设置填充色
    ctx.setFillColor(UIColor.red.cgColor)

    let psize = min(size.width, size.height)
    var r: Double, theta: Double
    r = 0.8 * psize / 2
    theta = 2 * Double.pi * (2.0 / 5.0)
    ctx.translateBy(x: psize/2, y: psize/2)
    ctx.move(to: .init(x: 0, y: r))
    for k in 1..<5 {
        ctx.addLine(to: .init(x: r * sin(Double(k) * theta), y: r * cos(Double(k) * theta)))
    }
    ctx.closePath()
    ctx.fillPath()
}) { info in
    // 需要在这里将CGPattern初始化时传入info指针内存回收
    Unmanaged<NSValue>.fromOpaque(info!).release()
}