iOS绘图框架CoreGraphics分析

由于CoreGraphics框架有太多的API,对于初次接触或者对该框架不是十分了解的人,在绘图时,对API的选择会感到有些迷茫,甚至会觉得iOS的图形绘制有些繁琐。因此,本文主要介绍一下iOS的绘图方法和分析一下CoreGraphics框架的绘图原理。

一、绘图系统简介

iOS的绘图框架有多种,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UIImageNSStringUIBezierPathUIColor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。除了UIKit,还有CoreGraphicsCore AnimationCore ImageOpenGL ES等多种框架,来满足不同的绘图要求。各个框架的大概介绍如下:

  • UIKit:最常用的视图框架,封装度最高,都是OC对象
  • CoreGraphics:主要绘图系统,常用于绘制自定义视图,纯C的API,使用Quartz2D做引擎
  • CoreAnimation:提供强大的2D和3D动画效果
  • CoreImage:给图片提供各种滤镜处理,比如高斯模糊、锐化等
  • 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

绘图系统


图1

二、绘图方式

实际的绘图包括两部分:视图绘制视图布局,它们实现的功能是不同的,在理解这两个概念之前,需要了解一下什么是绘图周期,因为都是在绘图周期中进行绘制的。

绘图周期

  • iOS在运行循环中会整合所有的绘图请求,并一次将它们绘制出来
  • 不能在子线程中绘制,也不能进行复杂的操作,否则会造成主线程卡顿

1.视图绘制

调用UIViewdrawRect:方法进行绘制。如果调用一个视图的setNeedsDisplay方法,那么该视图就被标记为重新绘制,并且会在下一次绘制周期中重新绘制,自动调用drawRect:方法。

2.视图布局

调用UIViewlayoutSubviews方法。如果调用一个视图的setNeedsLayout方法,那么该视图就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,我们应该尽量多使用布局,少使用绘制,是因为布局使用的是GPU,而绘制使用的是CPUGPU对于图形处理有优势,而CPU要处理的事情较多,且不擅长处理图形,所以尽量使用GPU来处理图形。

三、绘图状态切换

iOS的绘图有多种对应的状态切换,比如:pop/pushsave/restorecontext/imageContextCGPathRef/UIBezierPath等,下面分别进行介绍:

1.pop / push

设置绘图的上下文环境(context)

push:UIGraphicsPushContext(context)把context压入栈中,并把context设置为当前绘图上下文

pop:UIGraphicsPopContext将栈顶的上下文弹出,恢复先前的上下文,但是绘图状态不变

下面绘制的视图是黑色

2.save / restore

设置绘图的状态(state)

save:CGContextSaveGState 压栈当前的绘图状态,仅仅是绘图状态,不是绘图上下文

restore:恢复刚才保存的绘图状态

下面绘制的视图是红色

3.context / imageContext

iOS的绘图必须在一个上下文中绘制,所以在绘图之前要获取一个上下文。如果是绘制图片,就需要获取一个图片的上下文;如果是绘制其它视图,就需要一个非图片上下文。对于上下文的理解,可以认为就是一张画布,然后在上面进行绘图操作。

context:图形上下文,可以通过UIGraphicsGetCurrentContext:获取当前视图的上下文

imageContext:图片上下文,可以通过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

4.CGPathRef / UIBezierPath

图形的绘制需要绘制一个路径,然后再把路径渲染出来,而CGPathRef就是CoreGraphics框架中的路径绘制类,UIBezierPath是封装CGPathRef的面向OC的类,使用更加方便,但是一些高级特性还是不及CGPathRef

四、具体绘图方法

由于iOS常用的绘图框架有UIKitCoreGraphics两个,所以绘图的方法也有多种,下面介绍一下iOS的几种常用的绘图方法。

1.图片类型的上下文

图片上下文的绘制不需要在drawRect:方法中进行,在一个普通的OC方法中就可以绘制

使用UIKit实现

使用CoreGraphics实现

2.drawRect:

UIView子类的drawRect:方法中实现图形重新绘制,绘图步骤如下:

  • 获取上下文
  • 绘制图形
  • 渲染图形

UIKit方法

CoreGraphics

3.drawLayer:inContext:

UIView子类的drawLayer:inContext:方法中也可以实现绘图任务,它是一个图层的代理方法,而为了能够调用该方法,需要给图层的delegate设置代理对象,其中代理对象不能是UIView对象,因为UIView对象已经是它内部根层(隐式层)的代理对象,再将它设置为另一个层的代理对象就会出问题。

一个view被添加到其它view上时,图层的变化如下:

  • 先隐式地把此viewlayerCALayerDelegate设置成此view
  • 调用此viewself.layerdrawInContext方法
  • 由于drawLayer方法的注释:If defined, called by the default implementation of -drawInContext:说明了drawInContextif([self.delegate responseToSelector:@selector(drawLayer:inContext:)])就执行drawLayer:inContext:方法,这里我们因为实现了drawLayer:inContext:所以会执行
  • [super drawLayer:layer inContext:ctx]会让系统自动调用此viewdrawRect:方法,至此self.layer画出来了
  • self.layer上再加一个子layer,当调用[layer setNeedsDisplay];时会自动调用此layerdrawInContext方法
  • 如果drawRect不重写,就不会调用其layerdrawInContext方法,也就不会调用drawLayer:inContext方法

调用内部根层的drawLayer:inContext:

调用外部代理对象的drawLayer:inContext:

由于不能把UIView对象设置为CALayerDelegate的代理,所以我们需要创建一个NSObject对象,然后实现drawLayer:inContext:方法,这样就可以在代理对象里绘制所需图形。另外,在设置代理时,不需要遵守CALayerDelegate的代理协议,即这个方法是NSObject的,不需要显式地指定协议。

详细实现过程

UIView需要显示时,它内部的层会准备好一个CGContextRef(图形上下文),然后调用delegate(这里就是UIView)的drawLayer:inContext:方法,并且传入已经准备好的CGContextRef对象。而UIViewdrawLayer:inContext:方法中又会调用自己的drawRect:方法。平时在drawRect:中通过UIGraphicsGetCurrentContext()获取的就是由层传入的CGContextRef对象,在drawRect:中完成的所有绘图都会填入层的CGContextRef中,然后被拷贝至屏幕。


iOS绘图框架分析如上,如有不足之处,欢迎指出,共同进步。(本文图片来自互联网,版权归原作者所有)

参考资料

iOS绘图系统(一) UIKit与CoreGraphics

CoreGraphics之CGContextSaveGState与UIGraphicsPushContext

Core Graphics快速入门——从一行代码说起

iOS绘图教程

UIGraphicsPushContext

Basic Zooming Using the Pinch Gestures

iOS开发UI篇—CAlayer(自定义layer)

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