iOS-绘图-CoreGraphics

这一篇写的绘图，其实主要写的是CoreGraphics。下面我们通过一张图来了解一下CoreGraphics在整个系统的框架中的位置。

我们可以看到它位于Media Layer（Media Layer：媒体层提供应用中视听方面的技术，如图形图像相关的CoreGraphics,CoreImage,GLKit,OpenGL ES,CoreText,ImageIO等等。声音技术相关的CoreAudio,OpenAL,AVFoundation,视频相关的CoreMedia,Media Player框架，音视频传输的AirPlay框架等）。

一、系统的绘图框架都有哪些

系统绘图框架

UIKit
我们平常最常用的就是UIKit，其底层是依赖CoreGraphics实现的，而且绝大多数的图形界面也都是由UIKit完成，并且UIImage、NSString、UIBezierPath、UIColor等都知道如何绘制自己，也提供了一些方法来满足我们常用的绘图需求。
CoreGraphics
主要的绘图系统，常用于绘制自定义视图，纯C的API，使用Quartz2D做引擎。Core Graphics数据结构和函数可以通过CG前缀来识别。
Core Animation
提供了强大的2D和3D动画服务，它也与UIView高度集成。
Core Image
提供了非常快的图片过滤方式，比如模糊，切图，锐化，扭曲和其他一些你能想象的变形效果。
OpenGL-ES
主要用于游戏绘制，但它是一套编程规范，具体由设备制造商实现。

二、绘图方式

1. 绘图周期（个人理解还不透彻，会继续学习更新）

首先我们需要了解绘图周期，因为都是在绘图周期中进行的。

iOS会在运行循环中整合所有绘图请求，并在RunLoop将要结束时，一次将他们绘制出来。

所以，不能在子线程中绘制，也不能进行过于复杂的操作（否则会造成主线程卡顿）。

2. 绘图方式

视图绘制
调用UIView的drawRect方法进行绘制。如果调用一个view的setNeedsDisplay方法，那么该视图会被标记为需要重新绘制，会在下个绘制周期中重新绘制（此时会自动调用drawRect方法）。

drawRect被触发：
1.会在第一次被add到父视图上；2.还有调用setNeedsDisplay。

视图布局
调用UIView的layoutSubviews进行布局。如果调用一个view的setNeedsLayout方法，那么该view会被标记为需要重新布局，UIKit会自动调用layoutSubviews方法及其子视图的layoutSubviews方法。

在绘图时，我们应该多使用布局，少使用绘制，因为布局使用的是GPU，绘制使用的是CPU。GPU对于图形处理有优势，CPU要处理的事情较多，且不擅长图形处理。

三、准备工作

在介绍具体方法之前，我们需要知道，iOS的绘图必须在上下文中绘制，所以绘制前必须先获取上下文。如果是绘制图片，则先获取一个图片上下文，如果是其他视图，就需要获取一个非图片上下文。上下文可以理解为画布，在上面进行绘图。

1.上下文

context（在drawRect方法中获取）
图形上下文（注意不是图片），可以通过UIGraphicsGetCurrentContext获取。
imageContext (不必在drawRect方法中)
图片上下文，通过UIGraphicsBeginImageContextWithOptions:获取一个图片上下文，然后绘制完成后，调用UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext获取绘制的图片，最后要记得关闭图片上下文UIGraphicsEndImageContext。

四、具体绘图方法

由于iOS常见的绘图框架有两种，所以绘图的方法也有多种，我们介绍几种常见的方法。

1.通过图片类型的上下文

图片类型的上下文，不需要在drawRect方法中，在普通的oc方法中就可以进行绘制：
使用CoreGraphics实现：

// 获取图片上下文
UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(CGSizeMake(100,100), NO, 0);
// 绘图
CGContextRef con = UIGraphicsGetCurrentContext();
CGContextAddEllipseInRect(con, CGRectMake(0,0,100,100));
CGContextSetFillColorWithColor(con, [UIColor blueColor].CGColor);
CGContextFillPath(con);
// 从图片上下文中获取绘制的图片
UIImage* im = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
// 关闭图片上下文
UIGraphicsEndImageContext();

使用UIKit方式实现

// 获取图片上下文
UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(CGSizeMake(100,100), NO, 0);
// 绘图
UIBezierPath* p = [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(0,0,100,100)];
[[UIColor blueColor] setFill];
[p fill];
// 从图片上下文中获取绘制的图片
UIImage* im = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
// 关闭图片上下文
UIGraphicsEndImageContext();

2.通过drawRect:方法

在view的drawRect方法中，实现重新绘制：
使用CoreGraphics实现：

- (void) drawRect: (CGRect) rect {
    CGContextRef con = UIGraphicsGetCurrentContext();
    CGContextAddEllipseInRect(con, CGRectMake(0,0,100,100));
    CGContextSetFillColorWithColor(con, [UIColor blueColor].CGColor);
    CGContextFillPath(con);
}

使用UIKit方式实现

- (void) drawRect: (CGRect) rect {
    UIBezierPath* p = [UIBezierPathbezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(0,0,100,100)];
    [[UIColor blueColor] setFill];
    [p fill];
}

3.通过drawLayer:inContext:

待续。。。

五、CoreGraphics具体如何使用

上边内容大多是告诉我们CoreGraphics的使用场景以及系统相关内容介绍，下边我们来看看具体CoreGraphics是如何使用的

1.具体步骤：

先在drawRect方法中获得上下文context（或通过imageContext）；
绘制图形（线，图形，图片等）；
设置一些修饰属性；
渲染到上下文，完成绘图。
show me code

#import "CustomView.h"

@implementation CustomView

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    // 1.获取上下文
    CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
    
    // --------------------------实心圆
    
    // 2.画图
    CGContextAddEllipseInRect(ctx, CGRectMake(10, 10, 50, 50));
    [[UIColor greenColor] set];
    
    // 3.渲染
    CGContextFillPath(ctx);
    
    
    
    // --------------------------空心圆
    
    CGContextAddEllipseInRect(ctx, CGRectMake(70, 10, 50, 50));
    [[UIColor redColor] set];
    CGContextStrokePath(ctx);
    
    
    
    // --------------------------椭圆
    //画椭圆和画圆方法一样，椭圆只是设置不同的长宽
    CGContextAddEllipseInRect(ctx, CGRectMake(130, 10, 100, 50));
    [[UIColor purpleColor] set];
    CGContextFillPath(ctx);
    
    
    
    // --------------------------直线
    CGContextMoveToPoint(ctx, 20, 80); // 起点
    CGContextAddLineToPoint(ctx, self.frame.size.width-10, 80); //终点
//    CGContextSetRGBStrokeColor(ctx, 0, 1.0, 0, 1.0); // 颜色
    [[UIColor redColor] set]; // 两种设置颜色的方式都可以
    CGContextSetLineWidth(ctx, 2.0f); // 线的宽度
    CGContextSetLineCap(ctx, kCGLineCapRound); // 起点和重点圆角
    CGContextSetLineJoin(ctx, kCGLineJoinRound); // 转角圆角
    CGContextStrokePath(ctx); // 渲染（直线只能绘制空心的，不能调用CGContextFillPath(ctx);）
    
    
    
    // --------------------------三角形
    CGContextMoveToPoint(ctx, 10, 150); // 第一个点
    CGContextAddLineToPoint(ctx, 60, 100); // 第二个点
    CGContextAddLineToPoint(ctx, 100, 150); // 第三个点
    [[UIColor purpleColor] set];
    CGContextClosePath(ctx);
    CGContextStrokePath(ctx);
    
    
    
    // --------------------------矩形
    CGContextAddRect(ctx, CGRectMake(20, 170, 100, 50));
    [[UIColor orangeColor] set];
//    CGContextStrokePath(ctx); // 空心
    CGContextFillPath(ctx);
    
    
    
    // --------------------------圆弧
    CGContextAddArc(ctx, 200, 170, 50, M_PI, M_PI_4, 0);
    CGContextClosePath(ctx);
    CGContextFillPath(ctx);
    
    
    // --------------------------文字
    NSString *str = @"你在红楼，我在西游";
    NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];
    dict[NSForegroundColorAttributeName] = [UIColor whiteColor]; // 文字颜色
    dict[NSFontAttributeName] = [UIFont systemFontOfSize:14]; // 字体
    
    [str drawInRect:CGRectMake(20, 250, 300, 30) withAttributes:dict];
    

    // --------------------------图片
    UIImage *img = [UIImage imageNamed:@"yingmu"];
//    [img drawAsPatternInRect:CGRectMake(20, 280, 300, 300)]; // 多个平铺
//    [img drawAtPoint:CGPointMake(20, 280)]; // 绘制到指定点，图片有多大就显示多大
    [img drawInRect:CGRectMake(20, 280, 80, 80)]; // 拉伸
}

六、UIBezierPath

而前者所属UIKit，其实是对Core Graphics框架关于path的进一步封装，所以使用起来比较简单。但是毕竟Core Graphics更接近底层，所以它更加强大。

UIBezierPath可以创建基于矢量的路径，例如椭圆或者矩形，或者有多个直线和曲线段组成的形状。
使用UIBezierPath，你只能在当前上下文中绘图。
1.所以如果你当前处于UIGraphicsBeginImageContextWithOptions函数或drawRect：方法中，你就可以直接使用UIKit提供的方法进行绘图。
2.如果你持有一个context：参数，那么使用UIKit提供的方法之前，必须将该上下文参数转化为当前上下文。幸运的是，调用UIGraphicsPushContext 函数可以方便的将context：参数转化为当前上下文，记住最后别忘了调用UIGraphicsPopContext函数恢复上下文环境。

它的绘图的步骤是这样的：

重写drawRect方法。但不需要我们自己获取当前上下文context；
创建相应图形的UIBezierPath对象，并设置一些修饰属性；
渲染，完成绘制。

1.绘制多边形

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    UIColor *color = [UIColor colorWithRed:0 green:0.7 blue:0 alpha:1];
    //[[UIColor redColor] setFill];//设置填充色
    //[[UIColor redColor] setStroke];//设置线条
    [color set];//同时设置线条颜色和填充颜色
    
    UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPath];
    aPath.lineWidth = 5.0;
    
    aPath.lineCapStyle = kCGLineCapRound;
    aPath.lineJoinStyle = kCGLineCapRound;
    
    // 起点
    [aPath moveToPoint:CGPointMake(100.0, 0.0)];
    
    // 绘制线条
    [aPath addLineToPoint:CGPointMake(200.0, 40.0)];
    [aPath addLineToPoint:CGPointMake(160, 140)];
    [aPath addLineToPoint:CGPointMake(40.0, 140)];
    [aPath addLineToPoint:CGPointMake(0.0, 40.0)];
    [aPath closePath];//第五条线通过调用closePath方法得到的
    
    //根据坐标点连线
    [aPath stroke];
    [aPath fill];
}

//椭圆
UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(20, 20, 100, 50)];
//矩形
UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPathWithRect:CGRectMake(20, 20, 100, 50)];

2.圆弧

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    UIColor *color = [UIColor redColor];
    [color set]; //设置线条颜色
    
    UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:CGPointMake(80, 80)
                                                         radius:75
                                                     startAngle:0
                                                       endAngle:DEGREES_TO_RADIANS(135)
                                                      clockwise:YES];
    
    aPath.lineWidth = 5.0;
    aPath.lineCapStyle = kCGLineCapRound; //线条拐角
    aPath.lineJoinStyle = kCGLineCapRound; //终点处理
    
    [aPath stroke];
}

3.曲线

两种曲线：

一个control point

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    UIColor *color = [UIColor redColor];
    [color set]; //设置线条颜色
    
    UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPath];
    
    aPath.lineWidth = 5.0;
    aPath.lineCapStyle = kCGLineCapRound; //线条拐角
    aPath.lineJoinStyle = kCGLineCapRound; //终点处理
    
    [aPath moveToPoint:CGPointMake(20, 100)];
    
    [aPath addQuadCurveToPoint:CGPointMake(120, 100) controlPoint:CGPointMake(70, 0)];
    
    [aPath stroke];
}

2.两个control point

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    UIColor *color = [UIColor redColor];
    [color set]; //设置线条颜色
    
    UIBezierPath* aPath = [UIBezierPath bezierPath];
    
    aPath.lineWidth = 5.0;
    aPath.lineCapStyle = kCGLineCapRound; //线条拐角
    aPath.lineJoinStyle = kCGLineCapRound; //终点处理
    
    [aPath moveToPoint:CGPointMake(5, 80)];
    
    [aPath addCurveToPoint:CGPointMake(155, 80) controlPoint1:CGPointMake(80, 0) controlPoint2:CGPointMake(110, 100)];
    
    [aPath stroke];
}

参考：
iOS绘图框架CoreGraphics分析
iOS的不同绘图系统
绘图(具体使用)