Cairo 图形指南(1) —— 基本绘图

这一部分讲述如何绘制一些简单的图元，包括直线、填充与笔画操作、虚线、线端（Cap）与线的交合等图形的绘制方法。

直线段

直线段是非常基础的矢量图形对象。画一条直线段，需要调用两个函数：cairo_move_to() 函数，用于设置线段起点；cairo_line_to() 用于设定线段终点。

#include <cairo.h>
#include <gtk/gtk.h>

double coordx[100];
double coordy[100];

int count = 0;

static gboolean
on_expose_event(GtkWidget *widget,
                GdkEventExpose *event,
                gpointer data)
{
        cairo_t *cr;
       
        cr = gdk_cairo_create(widget->window);
       
        cairo_set_source_rgb(cr, 0, 0, 0);
        cairo_set_line_width (cr, 0.5);
       
        int i, j;
        for ( i =0; i <= count -1; i++){
                for ( j  = 0; j <= count -1; j++ ) {
                        cairo_move_to(cr, coordx[i], coordy[i]);
                        cairo_line_to(cr, coordx[j], coordy[j]);
                }
        }
       
        count = 0;
        cairo_stroke(cr);
        cairo_destroy(cr);
       
        return FALSE;
}

gboolean clicked(GtkWidget *widget, GdkEventButton *event,
                 gpointer user_data)
{
        if (event->button ==1){
                coordx[count] = event->x;
                coordy[count++] = event->y;
        }
       
        if (event->button ==3){
                gtk_widget_queue_draw(widget);
        }
       
        return TRUE;
}


int
main (int argc,char *argv[])
{
       
        GtkWidget *window;
       
        gtk_init(&argc, &argv);
       
        window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
       
        gtk_widget_add_events (window, GDK_BUTTON_PRESS_MASK);
       
        g_signal_connect(window, "expose-event",
                         G_CALLBACK(on_expose_event),NULL);
        g_signal_connect(window, "destroy",
                         G_CALLBACK(gtk_main_quit),NULL);
        g_signal_connect(window, "button-press-event",
                         G_CALLBACK(clicked),NULL);
       
        gtk_window_set_position(GTK_WINDOW(window), GTK_WIN_POS_CENTER);
        gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window),"lines");
        gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window),400,300);
        gtk_widget_set_app_paintable(window, TRUE);
       
        gtk_widget_show_all(window);
       
        gtk_main();
       
        return 0;
}

该示例会创建一个支持鼠标交互绘制直线段的 GTK+ 窗口。在窗口中使用鼠标左键随便点几下，每一次点击时，光标位置的坐标都会被记入长度为 100 的数组；然后点击鼠标右键，所有由鼠标左键点击所得到的点会被彼此连接形成直线段；在窗口中再次点击鼠标右键时，会对窗口绘图区域进行清除。

下面对该示例程序代码进行分析：

        cairo_set_source_rgb(cr,0,0, 0);
        cairo_set_line_width (cr, 0.5);

设置颜色为黑色，线宽为 0.5pt 为参数，绘制直线段。

        int i, j;
        for ( i =0; i <= count -1; i++){
                for ( j  = 0; j <= count -1; j++ ) {
                        cairo_move_to(cr, coordx[i], coordy[i]);
                        cairo_line_to(cr, coordx[j], coordy[j]);
                }
        }

用 cairo_move_to() 和 cairo_line_to() 函数在 cr 中定义绘图路径 (path)，连接 coordx[] 和 coordy[] 所记录的每个点。

        cairo_stroke(cr);

cairo_stroke() 函数会将 cr 中的路径绘制出来。

        g_signal_connect(window,"button-press-event",
                         G_CALLBACK(clicked),NULL);

设定 button-press-event 事件的回调函数为 clicked ()。

        if (event->button ==1){
                coordx[count] = event->x;
                coordy[count++] = event->y;
        }

在 clicked () 函数中，当鼠标左键点击事件发生时，讲光标所在位置的 x 和 y 坐标分别记入数组coordx 和 coordy。

        if (event->button ==3){
                gtk_widget_queue_draw(widget);
        }

 在 clicked () 函数中，当鼠标右键单击时，调用 gtk_widget_queue_draw () 函数重绘窗口区域。

描绘 (Stroke) 与填充 (Fill)

描绘 (Stroke) 可以绘制形状的轮廓，填充 (Fill) 则用于向形状内部灌注颜色。 

#include <math.h>
#include <cairo.h>
#include <gtk/gtk.h>

static gboolean
on_expose_event (GtkWidget * widget,
                 GdkEventExpose * event, gpointer data)
{
        cairo_t *cr;

        cr = gdk_cairo_create (widget->window);

        int width, height;
        gtk_window_get_size (GTK_WINDOW (widget), &width, &height);
        cairo_set_line_width (cr, 9);

        cairo_set_source_rgb (cr, 0.69, 0.19, 0);
        cairo_arc (cr, width / 2, height / 2,
                   (width < height ? width : height) /2 -10,0,
                   2 * M_PI);
        cairo_stroke_preserve (cr);

        cairo_set_source_rgb (cr, 0.3, 0.4, 0.6);
        cairo_fill (cr);

        cairo_destroy (cr);

        return FALSE;
}

int
main (int argc,char *argv[])
{
        GtkWidget *window;

        gtk_init (&argc, &argv);

        window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

        g_signal_connect (G_OBJECT (window), "expose-event",
                          G_CALLBACK (on_expose_event),NULL);
        g_signal_connect (G_OBJECT (window), "destroy",
                          G_CALLBACK (gtk_main_quit),NULL);

        gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (window),
                                 GTK_WIN_POS_CENTER);
        gtk_window_set_default_size (GTK_WINDOW(window),200,150);

        gtk_widget_set_app_paintable (window, TRUE);
        gtk_widget_show_all (window);

        gtk_main ();

        return 0;
}

这个示例绘制一个内部填充灰色的圆。

下面对代码进行解析：

#include <math.h>

之所以引入这个头文件，是因为程序中使用了圆周率常量 M_PI。

        int width, height;
        gtk_window_get_size (GTK_WINDOW (widget), &width, &height);

获取窗口的宽度与高度尺寸。程序中将使用这些值作为绘制圆形的参考尺寸，以实现窗口尺寸变化时，所绘制的圆的尺寸也会相应变化。

        cairo_set_source_rgb (cr, 0.69, 0.19, 0);
        cairo_arc (cr, width / 2, height / 2,
                   (width < height ? width : height) /2 -10,0,
                   2 * M_PI);
        cairo_stroke_preserve (cr);

描绘圆的轮廓。这里要注意一下 cairo_stroke_preserve () 函数与 cairo_stroke () 函数的区别（最好的办法是用后者替换一下前者，看看程序执行效果）。cairo_stroke_preserve () 函数会将它绘制的路径依然保存在 cairo 环境中，而 cairo_stroke () 所绘制的路径，在绘制完成后，就从 cairo的环境中清除了。

        cairo_set_source_rgb (cr, 0.3, 0.4,0.6);
        cairo_fill (cr);

对使用 cairo_stroke_preserve () 函数绘制的路径进行蓝色填充。

虚线 (Dash)

每条线都可以用不同的虚线笔 (dash pen) 来画。虚线模式是通过 cairo_set_dash () 函数来设定。模式类型通过一个数组来定义，数组中的值均为正数，它们用于设置虚线的虚部分与实部分。数组的长度与偏移量可以在程序中设定。如果数组的长度 为 0，虚线模式就是被禁止了，那所绘制的线是实线。如果数组长度为 1，则对应着虚实均匀分布的虚线模式。偏移量是用来设置在虚线的始端在一个虚线周期（包含一个实部单元和一个虚部单元）内的起始位置。

#include <cairo.h>
#include <gtk/gtk.h>

static gboolean
on_expose_event (GtkWidget * widget,
                 GdkEventExpose * event, gpointer data)
{
        cairo_t *cr;

        cr = gdk_cairo_create (widget->window);

        cairo_set_source_rgba (cr, 0, 0, 0,1);

        static constdouble dashed1[] ={4.0,1.0 };
        static int len1 =sizeof(dashed1) /sizeof(dashed1[0]);

        static constdouble dashed2[] ={4.0,10.0, 4.0 };
        static int len2 =sizeof(dashed2) /sizeof(dashed2[0]);

        static constdouble dashed3[] ={1.0};

        cairo_set_line_width (cr, 1.5);

        cairo_set_dash (cr, dashed1, len1, 0);

        cairo_move_to (cr, 40, 60);
        cairo_line_to (cr, 360, 60);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_set_dash (cr, dashed2, len2, 10);

        cairo_move_to (cr, 40, 120);
        cairo_line_to (cr, 360, 120);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_set_dash (cr, dashed3, 1, 0);

        cairo_move_to (cr, 40, 180);
        cairo_line_to (cr, 360, 180);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_destroy (cr);

        return FALSE;
}


int
main (int argc,char *argv[])
{

        GtkWidget *window;
        GtkWidget *darea;

        gtk_init (&argc, &argv);

        window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

        darea = gtk_drawing_area_new ();
        gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), darea);

        g_signal_connect (darea, "expose-event",
                          G_CALLBACK (on_expose_event),NULL);
        g_signal_connect (window, "destroy",
                          G_CALLBACK (gtk_main_quit),NULL);

        gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (window),
                                 GTK_WIN_POS_CENTER);
        gtk_window_set_default_size (GTK_WINDOW(window),400,300);

        gtk_widget_show_all (window);

        gtk_main ();

        return 0;
}

该示例演示了三种虚线模式的设置及绘制。

下面分析一下关键代码。

        static constdouble dashed1[] ={4.0,1.0 };

设定第一条虚线的模式，它的实部是 4 个像素，虚部是 1 个像素。

        static int len1 =sizeof (dashed1) /sizeof(dashed1[0]);

计算数组 dashed1 的长度。

        cairo_set_dash (cr, dashed1, len1,0);

设置虚线模式。

        darea = gtk_drawing_area_new ();
        gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), darea);

这次，我们是在 drawing_area 部件上绘图，不再是窗口区域了。

线帽 (Line caps)

线帽是针对直线段的端点形状而言的，分为三种：

• CAIRO_LINE_CAP_SQUARE
• CAIRO_LINE_CAP_ROUND
• CAIRO_LINE_CAP_BUTT

对应形状如下图所示：

同一条直线段，CAIRO_LINE_CAP_SQUARE 线帽与 CAIRO_LINE_CAP_BUTT 线帽会导致直线段长度有所差别，前者会比后者长一个线宽尺寸。

#include <cairo.h>
#include <gtk/gtk.h>

static gboolean
on_expose_event (GtkWidget * widget,
                 GdkEventExpose * event, gpointer data)
{
        cairo_t *cr;

        cr = gdk_cairo_create (widget->window);

        cairo_set_source_rgba (cr, 0, 0, 0,1);
        cairo_set_line_width (cr, 10);

        cairo_set_line_cap (cr, CAIRO_LINE_CAP_BUTT);
        cairo_move_to (cr, 40, 60);
        cairo_line_to (cr, 360, 60);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_set_line_cap (cr, CAIRO_LINE_CAP_ROUND);
        cairo_move_to (cr, 40, 150);
        cairo_line_to (cr, 360, 150);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_set_line_cap (cr, CAIRO_LINE_CAP_SQUARE);
        cairo_move_to (cr, 40, 240);
        cairo_line_to (cr, 360, 240);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_set_line_width (cr, 1.5);

        cairo_move_to (cr, 40, 40);
        cairo_line_to (cr, 40, 260);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_move_to (cr, 360, 40);
        cairo_line_to (cr, 360, 260);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_move_to (cr, 365, 40);
        cairo_line_to (cr, 365, 260);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_destroy (cr);

        return FALSE;
}

该示例绘制三条具有不同线帽的直线段，同时也展示了不同线帽对线的长度的影响。

下面对关键代码进行简单分析：

        cairo_set_line_width (cr, 10);

设置线的宽度为 10px。

        cairo_set_line_cap (cr, CAIRO_LINE_CAP_ROUND);
        cairo_move_to (cr, 40, 150);
        cairo_line_to (cr, 360, 150);
        cairo_stroke (cr);

 画了一条线帽为 CAIRO_LINE_CAP_ROUND 的直线段。

        cairo_move_to (cr,40,40);
        cairo_line_to (cr, 40, 260);
        cairo_stroke (cr);

这是三条竖线之一，用于表现线帽对线的长度的影响。

线的交合 (Line joins)

线的交合存在以下三种风格：

• CAIRO_LINE_JOIN_MITER
• CAIRO_LINE_JOIN_BEVEL
• CAIRO_LINE_JOIN_ROUND

对应形状如下图所示。

#include <cairo.h>
#include <gtk/gtk.h>

static gboolean
on_expose_event (GtkWidget * widget,
                 GdkEventExpose * event, gpointer data)
{
        cairo_t *cr;

        cr = gdk_cairo_create (widget->window);

        cairo_set_source_rgb (cr, 0.1, 0, 0);

        cairo_rectangle (cr, 30, 30, 100,100);
        cairo_set_line_width (cr, 14);
        cairo_set_line_join (cr, CAIRO_LINE_JOIN_MITER);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_rectangle (cr, 160, 30, 100,100);
        cairo_set_line_width (cr, 14);
        cairo_set_line_join (cr, CAIRO_LINE_JOIN_BEVEL);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_rectangle (cr, 100, 160, 100,100);
        cairo_set_line_width (cr, 14);
        cairo_set_line_join (cr, CAIRO_LINE_JOIN_ROUND);
        cairo_stroke (cr);

        cairo_destroy (cr);

        return FALSE;
}

int
main (int argc,char *argv[])
{
        GtkWidget *window;
        GtkWidget *darea;

        gtk_init (&argc, &argv);

        window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);

        darea = gtk_drawing_area_new ();
        gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), darea);

        g_signal_connect (darea, "expose-event",
                          G_CALLBACK (on_expose_event),NULL);
        g_signal_connect (window, "destroy",
                          G_CALLBACK (gtk_main_quit),NULL);

        gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (window),
                                 GTK_WIN_POS_CENTER);
        gtk_window_set_default_size (GTK_WINDOW(window),300,280);

        gtk_widget_show_all (window);

        gtk_main ();

        return 0;
}
 

该示例采用不同的交合类型绘制了三个矩形。

下面对关键代码进行简单分析：

        cairo_rectangle (cr, 30, 30,100,100);
        cairo_set_line_width (cr, 14);
        cairo_set_line_join (cr, CAIRO_LINE_JOIN_MITER);
        cairo_stroke (cr);

绘制了一个线宽为 14px，交合类型为 CAIRO_LINE_JOIN_MITER 的矩形。