[深入浅出Windows 10]QuickCharts图表控件库解析

13.4 QuickCharts图表控件库解析

    QuickCharts图表控件是Amcharts公司提供的一个开源的图表控件库，这个控件库支持WPF、Silverlight、和Windows等平台，源代码可以从Github网站上下载到（https://github.com/ailon/amCharts-Quick-Charts）。目前从Github上下载到的QuickCharts图表控件的源代码并不能直接在Windows 10上使用，但是由于都是基于XAML来创建的，所以很方便进行移植到Windows 10平台，移植的代码请参考本书的配套源代码。QuickCharts图表控件封装了一些常用的图表控件如饼图、柱形图、折线图、区域图等，可以直接在项目中进行其提供的图表控件来创建图表。使用QuickCharts图表控件来创建图表控件是比较简单的，通过设置相关的属性就可以实现一个完整的图表，这一小节主要是根据QuickCharts的源码来讲解QuickCharts项目的结构和图表控件实现的原理，同时这也是一种实现图表的很好的思路，可以给实现其他的图表控件作为一个参考。

13.4.1 QuickCharts项目结构分析

    打开QuickCharts的项目可以看到QuickCharts的项目结构如图13.8所示，Themes文件夹下面存放的是图表控件和控件相关模块的XAML样式文件，Generic.xaml文件是控件的样式入口文件，所有的控件都是默认从这里来读取样式的，所以在Generic.xaml里面会通过资源字典（ResourceDictionary）的方式把其他的样式文件都加载进来。在QuickCharts项目中每个样式文件都与一个相关的控件对应起来，如PieChart.xaml样式文件对应了饼图PieChart类。控件的初始化的时候会自动到Themes/Generic.xaml这个路径下去搜素控件关联的样式的 这是一种典型的自定义控件的方式。

    QuickCharts控件库里面包含了两类图表，一种是饼图图表PieChart，另外一种是连续图表SerialChart。连续图表包含了线形、柱形、区域图这些图形，因为这些图形有很多共同的特点如坐标轴，网格等，所以QuickCharts控件库把这些图形进行了统一的封装处理。

    QuickCharts项目类图如图13.9和图13.10所示，主要的类和接口的说明如下：

    ILegendItem接口：定义了图例基本属性。

    SerialGraph抽象类：定义了连续图表图形的基本方法和属性，继承Control控件和ILegendItem接口。

    AreaGraph类：实现了区域图的逻辑，继承SerialGraph类。

    LineGraph类：实现了线性图的逻辑，继承SerialGraph类。

    ColumnGraph类：实现了柱形图的逻辑，继承SerialGraph类。

    SerialChart类:表示是连续图形图表，可以看作是AreaGraph类、LineGraph类和ColumnGraph类的容器，继承Control类。

    LegendItem类：表示单条的图例记录，继承DependencyObject类和ILegendItem接口。

    Legend类：表示图表的图例，继承ItemsControl类，是一个列表控件，LegendItem为其列表项的类型。

    Indicator类：表示连续图表图形的标示，继承Control类。

    Balloon类：表示图表弹出的数据指示框提示，继承Control类。

    CategoryAxis类：表示连续图形图表的分类轴，通常为X轴，继承Control类。

    ValueAxis类：表示连续图形图表的数值轴，通常为Y轴，继承Control类。

    ValueGrid类：表示连续图形图表的网格，继承Control类。

    Slice类：表示一块片形饼图，继承Control控件和ILegendItem接口。

    PieChart类：表示饼图图表，继承Control类。

13.4.2 饼图图表PieChart的实现逻辑

    在QuickCharts控件库里面饼图PieChart是由多个饼图切片Slice控件，一个图例Legend控件和一个标注Balloon控件组成。下面来看一下PieChart是怎么把这些模块组合起来实现一个饼图图表的。

    （1）Slice控件的实现

    文件Slice.xaml里面定义了Slice控件的样式，使用Path图形来绘图，Slice控件的形状如图所示。在Slice类里面封装了初始化的方法RenderSlice()方法，RenderSlice方法里面会根据当前的Slice图形所占的比例来实现Slice图形，如果小于1则是饼图里面的一个切片，否则则是一个完整的圆。代码如下所示：

代码清单5-4：QuickCharts控件（源代码：第5章\Examples_5_4）

Slice.cs文件主要代码
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    // 初始化图形
    private void RenderSlice()
    {
        if (_sliceVisual != null)
        {
            _sliceVisual.Fill = Brush;
            if (_percentage < 1)
            {
                RenderRegularSlice();
            }
            else
            {
                RenderSingleSlice();
            }
        }
    }
    // 只有一个数据的情况，直接创建一个圆形
    private void RenderSingleSlice()
    {
        EllipseGeometry ellipse = new EllipseGeometry()
        {
            Center = new Point(0, 0),
            RadiusX = _radius,
            RadiusY = _radius
        };
        _sliceVisual.Data = ellipse;
    }
    // 创建扇形图形
    private void RenderRegularSlice()
    {
        PathGeometry geometry = new PathGeometry();
        PathFigure figure = new PathFigure();
        geometry.Figures.Add(figure);
        _sliceVisual.Data = geometry;
        // 根据比例计算角度
        double endAngleRad = _percentage * 360 * Math.PI / 180;
        Point endPoint = new Point(_radius * Math.Cos(endAngleRad), _radius * Math.Sin(endAngleRad));
        // 添加直线
        figure.Segments.Add(new LineSegment() { Point = new Point(_radius, 0) });
        // 添加弧线
        figure.Segments.Add(new ArcSegment()
        {
            Size = new Size(_radius, _radius),
            Point = endPoint,
            SweepDirection = SweepDirection.Clockwise,
            IsLargeArc = _percentage > 0.5
        });
        // 添加直线
        figure.Segments.Add(new LineSegment() { Point = new Point(0, 0) });
    }

    （2）图例Legend控件的实现

    图例Legend控件是通过继承ItemsControl类实现了一个列表控件，列表项是由LegendItem类组成的，在样式文件Legend.xaml上可以找到这个列表控件所实现的绑定的逻辑。LegendItem类有两个属性一个是Brush表示图形的颜色画刷，一个是Title表示图形的标题，它们跟Legend控件绑定的ItemTemplate的XAML代码如下所示：

Legend.xaml文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    <DataTemplate>
        <StackPanel Orientation="Horizontal">
            <Rectangle Fill="{Binding Brush}" Height="10" Width="10" Margin="5" />
            <TextBlock Text="{Binding Title}" VerticalAlignment="Center" />
        </StackPanel>
    </DataTemplate>

    （3）标注Balloon控件的实现

    Balloon控件是由Border控件和TextBlock控件组成的，用来显示图形的标注，Balloon类的Text属性则是表示标示的文本内容，XAML的语法如下：

Balloon.xaml文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    <ControlTemplate TargetType="amq:Balloon">
        <Border Background="#20000000"
                BorderBrush="{TemplateBinding BorderBrush}"
                BorderThickness="{TemplateBinding BorderThickness}"
                CornerRadius="5"
                Padding="5">
            <TextBlock Text="{TemplateBinding Text}" />
        </Border>
    </ControlTemplate>

    （4）PieChart控件把Slice控件、Legend控件和Balloon控件组成饼图图表

    在上面已经讲解了Slice控件、Legend控件和Balloon控件的实现方式，可以把这三个控件看作是饼图图表的三大模块，接下来PieChart控件要做的事情就是把这三者结合起来形成一个完整的饼图图表。先来看一下PieChart控件的XAML样式，分析它的UI布局。打开PieChart.xaml样式文件，可以看到如下的代码：

PieChart.xaml文件主要代码
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    <ControlTemplate TargetType="amq:PieChart">
        <Border Background="{TemplateBinding Background}"
                BorderBrush="{TemplateBinding BorderBrush}"
                BorderThickness="{TemplateBinding BorderThickness}"
                Padding="{TemplateBinding Padding}">
            <Grid>
                <Grid.ColumnDefinitions>
                    <ColumnDefinition />
                </Grid.ColumnDefinitions>
                <Border x:Name="PART_SliceCanvasDecorator" Background="Transparent">
                    <Canvas x:Name="PART_SliceCanvas" />
                </Border>
                <amq:Legend x:Name="PART_Legend" HorizontalAlignment="Right" VerticalAlignment="Top" Margin="10,0,0,0" Visibility="{TemplateBinding LegendVisibility}"/>
                <Canvas>
                    <amq:Balloon x:Name="PART_Balloon" 
                                    BorderBrush="{TemplateBinding Foreground}" 
                                    BorderThickness="2" Visibility="Collapsed"/>
                </Canvas>
            </Grid>
        </Border>
    </ControlTemplate>

    命名为PART_SliceCanvas的Canvas对象是饼图的图形面板，在该面板上会添加多个饼图切片Slice控件形成一个完成的圆形，组成一个饼图，当然如果只有一个数据的时候就只有一个Slice控件，这时候Slice控件是一个完整的圆。PieChart类里面定义的Legend对象对应样式里面的命名为PART_Legend的Legend控件，表示饼图的图例，显示在饼图图表的右上角上。PieChart类里面定义的Balloon对象对应样式里面的命名为PART_Balloon的Balloon控件，表示饼图的标示，这个Balloon控件是在一个Canvas面板的里面的，它的位置会根据用户点击的Slice控件的位置而进行改变，改变的原理是通过设置Balloon控件的Canvas.LeftProperty和Canvas.TopProperty属性来实现。

    在PieChart控件里面最核心的逻辑就是对Slice控件初始化的过程了，这个过程是通过调用ProcessData()方法来初始化饼图里面所有的Slice控件，在ProcessData()方法里面先后调用了三个封装好的方法，SetData()方法、ReallocateSlices()方法和RenderSlices()方法。SetData()方法设置饼图数据属性的绑定，饼图的数据包含了标题和数值两个属性，标题是用于表示Slice控件的含义，数值是用来计算Slice控件的大小。ReallocateSlices()方法创建和初始化饼图图表里面所有的Slice控件，把Slice控件添加到PART_SliceCanvas面板上。RenderSlices()方法用于设置Slice控件在PART_SliceCanvas面板上的位置和隐藏Balloon控件，因为Balloon控件要点击了Slice控件才显示出来。

    （5）使用PieChart控件

    PieChart控件把相关的图形创建初始化等逻辑都封装好了，使用PieChart控件创建饼图图表只需要设置好TitleMemberPath属性和ValueMemberPath属性和数据源数据属性的对应关系，就可以把饼图图表显示出来。

    XAML代码如下所示：

PieChart.xaml文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    <amq:PieChart x:Name="pie1" TitleMemberPath="title" ValueMemberPath="value"></amq:PieChart>

    后台CS代码如下所示：

PieChart.xaml.cs文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    public ObservableCollection<PData> Data = new ObservableCollection<PData>()
    {
        new PData() { title = "slice #1", value = 30 },
        new PData() { title = "slice #2", value = 60 },
        new PData() { title = "slice #3", value = 40 },
        new PData() { title = "slice #4", value = 10 },
    };
    private void PhoneApplicationPage_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        // 通过DataSource属性把数据集合传递给饼图图表
        pie1.DataSource = Data;
    }
    ……省略若干代码
    // 饼图绑定的数据集合的数据类型表示饼图的一块
    public class PData
    {
        public string title { get; set; }
        public double value { get; set; }
    }

13.4.3 连续图形图表SerialChart的实现逻辑

    在QuickCharts控件库里面连续图形图表SerialChart实现了三种图形，线性图LineGraph、柱形图ColumnGraph和区域图AreaGraph。可以在SerialChart图表里面显示其中一种或多种图形，因为这三种图形实现的原理是类似，都是在坐标轴上连续性地展示相关的数据，只是图形的形状不一样，所以在QuickCharts控件库里面这三种图形统一使用SerialChart控件来封装起来。先打开SerialChart控件的样式文件分析SerialChart控件的样式结构，SerialChart控件的样式文件SerialChart.xaml的主要代码如下所示：

SerialChart.xaml文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    <ControlTemplate TargetType="amq:SerialChart">
        <Border Background="{TemplateBinding Background}"
                BorderBrush="{TemplateBinding BorderBrush}"
                BorderThickness="{TemplateBinding BorderThickness}"
                Padding="{TemplateBinding Padding}">
            <Grid>
                <Grid.RowDefinitions>
                    <RowDefinition />
                    <RowDefinition Height="Auto" />
                </Grid.RowDefinitions>
                <!--轴线 X轴 Y轴-->
                <amq:ValueAxis x:Name="PART_ValueAxis" Grid.Row="0" Margin="0,0,0,-2" 
                                Canvas.ZIndex="100"
                                Foreground="{TemplateBinding AxisForeground}"
                                HorizontalAlignment="Right"
                                />
                <!--轴线上的类别-->
                <amq:CategoryAxis x:Name="PART_CategoryAxis" Grid.Row="1" 
                                    Foreground="{TemplateBinding AxisForeground}"
                                    />
                <!--图表网格-->
                <Border Grid.Row="0" Background="{TemplateBinding PlotAreaBackground}">
                    <amq:ValueGrid x:Name="PART_ValueGrid" Foreground="{TemplateBinding GridStroke}" />
                </Border>
                <!--图形面板-->
                <Border x:Name="PART_GraphCanvasDecorator" Grid.Row="0">
                    <Canvas x:Name="PART_GraphCanvas" Background="Transparent" />
                </Border>
                <!--图例-->
                <amq:Legend x:Name="PART_Legend" Grid.Row="0" 
                            Margin="10,0,0,0" 
                            Visibility="{TemplateBinding LegendVisibility}"
                            VerticalAlignment="Top" HorizontalAlignment="Left"
                            />
                <!--标注-->
                <Canvas Grid.Row="0">
                    <amq:Balloon x:Name="PART_Balloon" 
                                    BorderBrush="{TemplateBinding AxisForeground}" 
                                    BorderThickness="2"
                                    Visibility="Collapsed"
                                    />
                </Canvas>
            </Grid>
        </Border>
    </ControlTemplate>

    从SerialChart控件的样式里面可以看到SerialChart控件是由数值轴控件/Y轴控件（ValueAxis）、类别轴控件/X轴控件（CategoryAxis）、图表网格控件（ValueGrid）、图形面板（Canvas面板上添加LineGraph、ColumnGraph和AreaGraph控件）、图例控件（Legend）和标注控件（Balloon）组成的。其中图例和标注控件在上一小节已经讲解了，下面看一下其他的控件的实现原理以及如何使用SerialChart控件。

    （1）数值轴控件/Y轴控件（ValueAxis）和类别轴控件/X轴控件（CategoryAxis）

    ValueAxis和CategoryAxis控件的实现原理是基本一样的，打开它们的样式文件可以看到，轴控件是由两个Canvas面板和一个Rectangle控件组成，命名为PART_ValuesPanel的Canvas面板是用于显示轴上的数字，命名为PART_TickPanel的Canvas面板是用于显示轴上的刻度（数值和轴之间的小线段），Rectangle控件则是用于表示轴线。Y轴（ValueAxis）采用Grid面板的ColumnDefinitions来排列，X轴（CategoryAxis）则是采用RowDefinition。

    （2）图表网格控件（ValueGrid）

    ValueGrid控件是由一个Canvas面板组成，在使用ValueGrid控件的时候需要通过SetLocations方法来把图表的坐标数值传递进来，然后ValueGrid控件再根据坐标的数值在Canvas面板上来创建Line线段绘制成网格。

    （3）LineGraph、ColumnGraph和AreaGraph控件

    LineGraph、ColumnGraph和AreaGraph控件是SerialChart图表里面最核心的图形，这三个控件的XAML样式文件都是只有一个Canvas面板，三个控件类都继承SerialGraph抽象类，SerialGraph类封装了三个控件共性的一些属性，如Locations（图表数据的点集合）、XStep（X轴的两个值的间距）等。LineGraph控件表示线性图，实现的原理是通过图表的数据点集合来创建一个Polyline图形添加到Canvas面板上。ColumnGraph控件则是使用Path来绘制柱形的形状。AreaGraph控件使用Polygon图形来绘制区域图。

    （4）SerialChart控件

    SerialChart控件把各大模块组成连续图形图表的原理和PieChart控件是一样的流程，只是在PieChart控件里面初始化的是Slice控件，而在SerialChart控件里面初始化的是LineGraph、ColumnGraph和AreaGraph控件。

    （5）使用SerialChart控件

    因为SerialChart控件是可以加载LineGraph、ColumnGraph和AreaGraph三种控件的，所以提供了一个Graphs属性，可以通过Graphs属性来添加多个图形。代码如下所示：

SerialChart.xaml文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    <amq:SerialChart x:Name="chart1" DataSource="{Binding Data}" CategoryValueMemberPath="cat1" AxisForeground="White" PlotAreaBackground="Black" GridStroke="DarkGray">
        <amq:SerialChart.Graphs>
            <amq:LineGraph ValueMemberPath="val1" Title="Line #1" Brush="Blue" />
            <amq:ColumnGraph ValueMemberPath="val2" Title="Column #2" Brush="#8000FF00" ColumnWidthAllocation="0.4" />
            <amq:AreaGraph ValueMemberPath="val3" Title="Area #1" Brush="#80FF0000" />
        </amq:SerialChart.Graphs>
    </amq:SerialChart>

SerialChart.xaml.cs文件主要代码
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    // 图表数据实体类
    public class TestDataItem
    {
        // cat1表示X轴的分类
        public string cat1 { get; set; }
        // 用来作为LineGraph图形的展示数据
        public double val1 { get; set; }
        // 用来作为ColumnGraph图形的展示数据
        public double val2 { get; set; }
        // 用来作为AreaGraph图形的展示数据
        public decimal val3 { get; set; }
    }
    private ObservableCollection<TestDataItem> _data = new ObservableCollection<TestDataItem>()
    {
        new TestDataItem() { cat1 = "cat1", val1=5, val2=15, val3=12},
        new TestDataItem() { cat1 = "cat2", val1=13.2, val2=1.5, val3=2.1M},
        new TestDataItem() { cat1 = "cat3", val1=25, val2=5, val3=2},
        new TestDataItem() { cat1 = "cat4", val1=8.1, val2=1, val3=8},
        new TestDataItem() { cat1 = "cat5", val1=8.1, val2=1, val3=4},
        new TestDataItem() { cat1 = "cat6", val1=8.1, val2=1, val3=10},
    };
    // 绑定的数据集合属性
    public ObservableCollection<TestDataItem> Data { get { return _data; } }
    private void PhoneApplicationPage_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        this.DataContext = this;
    }

本文来源于《深入浅出Windows 10通用应用开发》

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