Quartz 2D编程指南(2) － 图形上下文(Graphics Contexts)
Quartz 2D编程指南(1) － 概览
Quartz 2D编程指南(2) － 图形上下文(Graphics Contexts)
一个Graphics Context表示一个绘制目标。它包含绘制系统用于完成绘制指令的绘制参数和设备相关信息。Graphics Context定义了基本的绘制属性，如颜色、裁减区域、线条宽度和样式信息、字体信息、混合模式等。
我们可以通过几种方式来获取Graphics Context：Quartz提供的创建函数、Mac OS X框架或IOS的UIKit框架提供的函数。Quartz提供了多种Graphics Context的创建函数，包括bitmap和PDF，我们可以使用这些Graphics Context创建自定义的内容。
本章介绍了如何为不同的绘制目标创建Graphics Context。在代码中，我们用CGContextRef来表示一个Graphics Context。当获得一个Graphics Context后，可以使用Quartz 2D函数在上下文(context)中进行绘制、完成操作(如平移)、修改图形状态参数(如线宽和填充颜色)等。
在iOS中的视图Graphics Context进行绘制
在iOS应用程序中，如果要在屏幕上进行绘制，需要创建一个UIView对象，并实现它的drawRect:方法。视图的drawRect:方法在视图显示在屏幕上及它的内容需要更新时被调用。在调用自定义的drawRect:后，视图对象自动配置绘图环境以便代码能立即执行绘图操作。作为配置的一部分，视图对象将为当前的绘图环境创建一个Graphics Context。我们可以通过调用UIGraphicsGetCurrentContext函数来获取这个Graphics Context。
UIKit默认的坐标系统与Quartz不同。在UIKit中，原点位于左上角，y轴正方向为向下。UIView通过将修改Quartz的Graphics Context的CTM[原点平移到左下角，同时将y轴反转(y值乘以-1)]以使其与UIView匹配。
在Mac OS X中创建一个窗口Graphics Context
在Mac OS X中绘制时，我们需要创建一个窗口Graphics Context。Quartz 2D API 没有提供函数来获取窗口Graphics Context。取而代之的是用Cocoa框架来获取一个窗口上下文。
我们可以在Cocoa应用程序的drawRect:中获取一个Quartz Graphics Context，如下代码所示：
CGContextRef myContext = [[NSGraphicsContext currentContext] graphicsPort];
currentContext方法在当前线程中返回NSGraphicsContext实例。graphicsPort方法返回一个低级别、平台相关的Graphics Context(Quartz Graphics Context)。
在获取到Graphics Context后，我们可以在Cocoa应用程序中调用任何Quartz 2D的绘制函数。我们同样可以将Quartz 2D与Cocoa绘制操作混合使用。如图2-1是一个在Cocoa视图中用Quartz 2D绘制的实例。绘图由两个长方形组成(一个不透明的红色长方形和半透明的蓝色长方形)。
为了实现图2-1实例，需要先创建一个Cocoa应用程序。在Interface Builder中，拖动一个Custom View到窗口中，并子类化。然后实现子类视图的，如代码清单2-1所示。视图的drawRect:包含了所有的Quartz绘制代码。
注：NSView的drawRect:方法在每次视图需要绘制时自动调用。
1 Listing 2-1 Drawing to a window graphics context
2 @implementation MyQuartzView
3 - (id)initWithFrame:(NSRect)frameRect
4 {
5 self = [super initWithFrame:frameRect];
6 return self;
7 }
8
9 - (void)drawRect:(NSRect)rec
10 {
11 CGContextRef myContext = [[NSGraphicsContext currentContext] graphicsPort]; //1
12
13 // ********** Your drawing code here ********** //2
14 CGContextSetRGBFillColor (myContext, 1, 0, 0, 1); //3
15 CGContextFillRect (myContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 )); //4
16 CGContextSetRGBFillColor (myContext, 0, 0, 1, .5); //5
17 CGContextFillRect (myContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200)); //6
18 }
19 @end
代码说明：
1.为视图获取一个Graphics Context
2.插入绘图代码的地方。以下四行是使用Quartz 2D函数的例子
3.设置完全不透明的红色填充色。
4.填充一个长方形，其原点为(0, 0), 大小为(200, 100)
5.设置半透明的蓝色填充色。
6.填充一个长方形，其原点为(0, 0), 大小为(100, 200)
创建一个PDF Graphics Context
当创建一个PDF Graphics Context并绘制时，Quartz将绘制操作记录为一系列的PDF绘制命令并写入文件中。我们需要提供一个PDF输出的位置及一个默认的media box(用于指定页面边界的长方形)。图2-2显示了在PDF Graphics Context中绘制及在preview打开PDF的结果。
Quartz 2D API提供了两个函数来创建PDF Graphics Context:
CGPDFContextCreateWithURL：当你需要用Core Foundation URL指定pdf输出的位置时使用该函数。代码清单2-2显示了该函数的使用方法(代码2-2及后面代码的详细解释略)：
1 Listing 2-2 Calling CGPDFContextCreateWithURL to create a PDF graphics context
2 CGContextRef MyPDFContextCreate (const CGRect *inMediaBox, CFStringRef path)
3 {
4 CGContextRef myOutContext = NULL;
5 CFURLRef url;
6 url = CFURLCreateWithFileSystemPath (NULL, path, kCFURLPOSIXPathStyle, false);
7
8 if (url != NULL) {
9 myOutContext = CGPDFContextCreateWithURL (url, inMediaBox, NULL);
10 CFRelease(url);
11 }
12 return myOutContext;
13 }
CGPDFContextCreate：当需要将pdf输出发送给数据用户时使用该方法。代码清单2-3显示了该函数的使用方法：
1 Listing 2-3 Calling CGPDFContextCreate to create a PDF graphics context
2 CGContextRef MyPDFContextCreate (const CGRect *inMediaBox, CFStringRef path)
3 {
4 CGContextRef myOutContext = NULL;
5 CFURLRef url;
6 CGDataConsumerRef dataConsumer;
7
8 url = CFURLCreateWithFileSystemPath (NULL, path, kCFURLPOSIXPathStyle, false);
9
10 if (url != NULL)
11 {
12 dataConsumer = CGDataConsumerCreateWithURL (url);
13 if (dataConsumer != NULL)
14 {
15 myOutContext = CGPDFContextCreate (dataConsumer, inMediaBox, NULL);
16 CGDataConsumerRelease (dataConsumer);
17 }
18
19 CFRelease(url);
20 }
21
22 return myOutContext;
23 }
代码清单2-4显示是如何调用MyPDFContextCreate程序及绘制操作。
1 Listing 2-4 Drawing to a PDF graphics context
2 CGRect mediaBox;
3
4 mediaBox = CGRectMake (0, 0, myPageWidth, myPageHeight);
5 myPDFContext = MyPDFContextCreate (&mediaBox, CFSTR("test.pdf"));
6
7 CFStringRef myKeys[1];
8 CFTypeRef myValues[1];
9
10 myKeys[0] = kCGPDFContextMediaBox;
11 myValues[0] = (CFTypeRef) CFDataCreate(NULL,(const UInt8 *)&mediaBox, sizeof (CGRect));
12
13 CFDictionaryRef pageDictionary = CFDictionaryCreate(NULL, (const void **) myKeys,
14 (const void **) myValues, 1,
15 &kCFTypeDictionaryKeyCallBacks,
16 & kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
17
18 CGPDFContextBeginPage(myPDFContext, &pageDictionary);
19 // ********** Your drawing code here **********
20 CGContextSetRGBFillColor (myPDFContext, 1, 0, 0, 1);
21 CGContextFillRect (myPDFContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 ));
22 CGContextSetRGBFillColor (myPDFContext, 0, 0, 1, .5);
23 CGContextFillRect (myPDFContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200 ));
24 CGPDFContextEndPage(myPDFContext);
25
26 CFRelease(pageDictionary);
27 CFRelease(myValues[0]);
28 CGContextRelease(myPDFContext);
我们可以将任何内容(图片，文本，绘制路径)绘制到pdf中，并能添加链接及加密。
创建位图Graphics Context
一个位图Graphics Context接受一个指向内存缓存(包含位图存储空间)的指针，当我们绘制一个位图Graphics Context时，该缓存被更新。在释放Graphics Context后，我们将得到一个我们指定像素格式的全新的位图。
引用 注：位图Graphics Context有时用于后台绘制。CGLayer对象优化了后台绘制，因为Quartz在显卡上缓存了层。
引用 iOS提示：iOS应用程序使用了UIGraphicsBeginImageContextWithOptions取代Quartz低层函数。如果使用Quartz创建一下后台bitmap，bitmap Graphics Context使用的坐标系统是Quartz默认的坐标系统。而使用UIGraphicsBeginImageContextWithOptions创建图形上下文，UIKit将会对坐标系统使用与UIView对象的图形上下文一样的转换。这允许应用程序使用相同的绘制代码而不需要担心坐标系统问题。虽然我们的应用程序可以手动调整CTM达到相同的效果，但这种做没有任何好处。
我们使用CGBitmapContextCreate来创建位图Graphics Context，该函数有如下参数：
data：一个指向内存目标的指针，该内存用于存储需要渲染的图形数据。内存块的大小至少需要(bytePerRow * height)字节。
width：指定位图的宽度，单位是像素(pixel)。
height：指定位图的高度， 单位是像素(pixel)。
bitsPerComponent：指定内存中一个像素的每个组件使用的位数。例如，一个32位的像素格式和一个rgb颜色空间，我们可以指定每个组件为8位。
bytesPerRow：指定位图每行的字节数。
colorspace：颜色空间用于位图上下文。在创建位图Graphics Context时，我们可以使用灰度(gray), RGB, CMYK, NULL颜色空间。
bitmapInfo：位图的信息，这些信息用于指定位图是否需要包含alpha组件，像素中alpha组件的相对位置(如果有的话)，alpha组件是否是预乘的，及颜色组件是整型值还是浮点值。
代码清单2-5显示了如何创建位图Graphics Context。当向位图Graphics Context绘图时，Quartz将绘图记录到内存中指定的块中。
1 Listing 2-5 Creating a bitmap graphics context
2 CGContextRef MyCreateBitmapContext (int pixelsWide, int pixelsHigh)
3 {
4 CGContextRef context = NULL;
5 CGColorSpaceRef colorSpace;
6 void * bitmapData;
7 int bitmapByteCount;
8 int bitmapBytesPerRow;
9
10 bitmapBytesPerRow = (pixelsWide * 4);
11 bitmapByteCount = (bitmapBytesPerRow * pixelsHigh);
12 colorSpace = CGColorSpaceCreateWithName(kCGColorSpaceGenericRGB);
13 bitmapData = calloc( bitmapByteCount );
14 if (bitmapData == NULL)
15 {
16 fprintf (stderr, "Memory not allocated!");
17 return NULL;
18 }
19 context = CGBitmapContextCreate (bitmapData, pixelsWide, pixelsHigh, 8, bitmapBytesPerRow, colorSpace, kCGImageAlphaPremultipliedLast);
20
21 if (context== NULL)
22 {
23 free (bitmapData);
24 fprintf (stderr, "Context not created!");
25 return NULL;
26 }
27 CGColorSpaceRelease( colorSpace );
28 return context;
29 }
代码清单2-6显示了调用MyCreateBitmapContext 创建一个位图Graphics Context，使用位图Graphics Context来创建CGImage对象，然后将图片绘制到窗口Graphics Context中。绘制结果如图2-3所示：
1 Listing 2-6 Drawing to a bitmap graphics context
2 CGRect myBoundingBox;
3 myBoundingBox = CGRectMake (0, 0, myWidth, myHeight);
4 myBitmapContext = MyCreateBitmapContext (400, 300);
5
6 // ********** Your drawing code here **********
7 CGContextSetRGBFillColor (myBitmapContext, 1, 0, 0, 1);
8 CGContextFillRect (myBitmapContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 ));
9 CGContextSetRGBFillColor (myBitmapContext, 0, 0, 1, .5);
10 CGContextFillRect (myBitmapContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200 ));
11 myImage = CGBitmapContextCreateImage (myBitmapContext);
12 CGContextDrawImage(myContext, myBoundingBox, myImage);
13 char *bitmapData = CGBitmapContextGetData(myBitmapContext);
14 CGContextRelease (myBitmapContext);
15 if (bitmapData) free(bitmapData);
16 CGImageRelease(myImage);
支持的像素格式
表2-1总结了位图Graphics Context支持的像素格式，相关的颜色空间及像素格式支持的Mac OS X最早版本。像素格式用bpp(每像素的位数)和bpc(每个组件的位数)来表示。表格同时也包含与像素格式相关的位图信息常量。
表2-1：位图Graphics Context支持的像素格式
| Null | 8 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaOnly | Mac OS X, iOS |
| Gray | 8 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaNone | Mac OS X, iOS |
| Gray | 8 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaOnly | Mac OS X, iOS |
| Gray | 16 bpp, 16 bpc, kCGImageAlphaNone | Mac OS X |
| Gray | 32 bpp, 32 bpc, kCGImageAlphaNone|kCGBitmapFloatComponents | Mac OS X |
| RGB | 16 bpp, 5 bpc, kCGImageAlphaNoneSkipFirst | Mac OS X, iOS |
| RGB | 32 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaNoneSkipFirst | Mac OS X, iOS |
| RGB | 32 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaNoneSkipLast | Mac OS X, iOS |
| RGB | 32 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaPremultipliedFirst | Mac OS X, iOS |
| RGB | 32 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaPremultipliedLast | Mac OS X, iOS |
| RGB | 64 bpp, 16 bpc, kCGImageAlphaPremultipliedLast | Mac OS X |
| RGB | 64 bpp, 16 bpc, kCGImageAlphaNoneSkipLast | Mac OS X |
| RGB | 128 bpp, 32 bpc, kCGImageAlphaNoneSkipLast |kCGBitmapFloatComponents | Mac OS X |
| RGB | 128 bpp, 32 bpc, kCGImageAlphaPremultipliedLast |kCGBitmapFloatComponents | Mac OS X |
| CMYK | 32 bpp, 8 bpc, kCGImageAlphaNone | Mac OS X |
| CMYK | 64 bpp, 16 bpc, kCGImageAlphaNone | Mac OS X |
| CMYK | 128 bpp, 32 bpc, kCGImageAlphaNone |kCGBitmapFloatComponents | Mac OS X |
反锯齿
位图Graphics Context支持反锯齿，这一操作是人为的较正在位图中绘制文本或形状时产生的锯齿边缘。当位图的分辩率明显低于人眼的分辩率时就会产生锯齿。为了使位图中的对象显得平滑，Quartz使用不同的颜色来填充形状周边的像素。通过这种方式来混合颜色，使形状看起来更平滑。如图2-4显示的效果。我们可以通过调用CGContextSetShouldAntialias来关闭位图Graphics Context的反锯齿效果。反锯齿设置是图形状态的一部分。
可以调用函数CGContextSetAllowsAntialiasing来控制一个特定Graphics Context是否支持反锯齿；false表示不支持。该设置不是图形状态的一部分。当上下文及图形状态设置为true时，Quartz执行反锯齿。
获取打印的Graphics Context
Mac OS X中的Cocoa应用程序通过自定义的NSView子类来实现打印。一个视图通过调用print:方法来进行打印。然后视图以打印机为目标创建一个Graphics Context，并调用drawRect:方法。应用程序使用与在屏幕进行绘制相同的绘制代码。我们同样可以自定义drawRect: 方法将图形绘制到打印机。
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