Core Graphic（一）：历史与介绍

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Mac和iOS为开发者提供了许多不同的API用于用户界面的开发。UIKit和AppKit库都拥有很多image，color和path类。Core Animation提供了layer层展示的API。使用OpenGL可以渲染3-D画面。Spritekit可以实现一些列动画。AVFoundation提供了播放视频/音频的接口。

Core Graphic又被称作“Quartz”，它是一个早期被被用来在系统中实现一系列图形相关的API库。Quartz是2-D画面渲染的基础。用Core Graphic库可以实现各种图形，形状的绘制，填充，阴影效果，还能合成图像，创建PDF文件。可见功能非常强大。

CG（Core Graphic）是一个相当大的图形API库，包括基本的几何图形元素（点，大小，矢量和矩形等），还能对这些元素进行操作，渲染图像中的元素，所有这些都是通过事件处理来完成的。你可以创建“Tap事件”，用来监听交互事件（鼠标点击，屏幕触控和键盘输入）。

看到上面这些介绍，比较困惑的就是为什么图形API可以处理用户事件？这些都是历史遗留问题。如果对这些历史有所了解就能理解为什么CG是这么设计的。

一切要从PostScript谈起

让我们把时间倒回到1980年，当年邓丽君还在风风火火。当时的图形API跟今天的比起来还很小儿科。那时的API提供的功能也有限，你只能从很少的颜色中选取一种，然后画画线，画画图形，你还能通过一个个的像素点来组成一个图形。当时Mac上有一个叫做AuickDraw的软件，能完成一些比较酷的操作，它能画出不规则的图形，并实现填充，剪切等功能。但说到头来，这些API还都是停留在对像素进行操作。

1985年，苹果开发出了一款兼做激光打印机的设备，这个设备比当时的计算机价格要高出两倍。这个打印机中安装了一个微处理器器，比电脑上的强大的多。这个打印机依靠了一种叫做PostScript的技术，能打印出非常漂亮的图片。

PostScript是由Adobe发明的一种基于堆栈的编程语言，和FORTH很相似。通过PostScript技术可以创建矢量图形（使用数学公式进行描述的图形），而不是通过像素这种方式。激光打印机中有一个用来解释PostScript的处理器，当需要打印图形的时候，可以现在Mac中编好程序，然后下载到打印机中，就可以开始打印了。

下面有一张关于PostScript的Demo，左边是程序，右边是效果：

你可以在 github 中下载该项目。

将图像用程序来进行表示，是一个非常天才的设计。程序可以通过编写特定的算法来描述图形，这样的好处的就是通过这些算法，可以输出任意精度的分辨率图形。不管是300dpi还是1200dpi都是用的同一套代码。

PostScript不光可以用来渲染图像，它其实就是一个编程语言，可以用来设计web server。

NeXT

当NeXT的工程师在设计他们的系统的时，他们选择了PostScript作为渲染模型。他们拓展了PostScript模型（DPS），并使其可以在屏幕上显示出来，而不仅仅是通过打印机输出，但是核心还是PostScript技术。NeXT设计出的程序可以在屏幕显示和打印机输出上使用同一个代码，并且还能将PostScript嵌入到C程序中。

DPS是用户界面的基础，事件响应（鼠标，键盘等）也一并通过DPS集成到了软件中。

除了NeXT系统之外，Sun公司的NeWS系统也是使用的PostScript技术来驱动用户界面系统的。

Quartz

前面说了这么多，但为什么Mac和iOS不是用的PostScript呢？因为，钱！Adobe持有PostScript的版权，凡是使用者都要交版权费。而且，苹果还有一个特点就是，它希望自己能掌握核心技术，而不是使用别人的。他们实现了和PostScript同等功能的技术，这样可以避免交版权税，还能拥有自己的core graphic代码。

大家一种公认为Quartz是“基于”PDF实现的，这么说也是有一些道理的。PDF（Adobe’s protable Document Format）是一个PostScript绘画模型实现的，它遵循严格的编码规则。Quartz也实现了一套和PDF所兼容的的APIs。

Quartz保留了基本的实现机制，甚至是DPS中的事件处理也被Quartz包含进来了，但是DPS的实现已经完全被Quzrtz所替代，下图可以看到进程栈里出现了DPS的字样：

基本架构

下一章会对Quartz有更加深入的讲解。我们平时所提到的“图像”，实际在计算机中被抽象成“渲染”，“渲染”可以将图像显示在NSView对象中，或者在UIImage中显示，甚至可以通过PDF来显示。

所有通过CG来绘画的都叫做“context”，context是一个集合，它将所有的数据结构和函数收集起来，然后控制它们如何进行渲染。

有许多不同种类的context，例如NSWindowGraphicsContext（Mac）。这个context将渲染图像的代码放到内存中的一个共享区域中，window server从这个共享区域取出代码，然后显示在屏幕上。

另一个CG context是image context。编写的代码是通过一个个的像素表现，然后这些像素在组成位图。你可以将这个位图context嵌入到其他的context中，或者保存为PNG，JPEG格式。这里还有一种叫PDF的context，这种context的绘画编码不是变成一个个的像素，而是转换程PDF脚本保存成文件。当PDF阅读器打开这个文件的时候，可以将这些脚本进行解析，渲染，转变成我们可以阅读的样式。