Quartz－2D绘图之路径（Paths）详解
在上篇文章中，我们简单的理解了绘图上下文，今天我们来认识一下Quartz－2D中另一个重要的概念，路径（Paths）。
一、理解路径
路径定义了一个或多个形状，或是子路径。一个子路径可由直线，曲线，或者同时由两者构成。它可以是开放的，也可以是闭合的。一个子路径可以是简单的形状，如线、圆、矩形、星形；也可以是复杂的形状，如山脉的轮廓或者是涂鸦。图3-1显示了一些我们可以创建的路径。左上角的直线可以是虚线；直线也可以是实线。上边中间的路径是由多条曲线组成的开放路径。右上角的同心圆填充了颜色，但没有描边。左下角的加利福尼亚州是闭合路径，由许多曲线和直线构成，且对路径进行填充和描边。两个星形阐明了填充路径的两种方式，我们将详细描述。
二、创建及绘制路径
路径创建及路径绘制是两个独立的工作。首先我们创建路径。当我们需要渲染路径时，我们需要使用Quartz来绘制它。正如图3-1中所示，我们可以选择对路径进行描边，填充路径，或同时进行这两种操作。我们同样可以将其它对象绘制到路径所表示的范围内，即对对象进行裁减。
图3-2绘制了一个路径，该路径包含两个子路径。左边的子路径是一个矩形，右边的子路径是由直线和曲线组成的抽象形状。两个子路径都进行了填充及描边。
图3-3显示了多条独立绘制的路径。每个路径饮食随机生成的曲线，一些进行填充，另一些进行了描边。这些路径都包含在一个圆形裁减区域内。
三、构建块(Building Block)
子路径是由直线、弧和曲线构成的。Quartz同样也提供了简便的函数用于添加矩形或椭圆等形状。点也是路径最基本的构建块，因为点定义了形状的起始点与终止点。
点
点由x, y坐标值定义，用于在用户空间指定 一个位置。我们可以调用函数CGContextMoveToPoint来为新的子路径指定起始点。Quartz跟踪当前点，用于记录路径构建过程中最新的位置。例如，如果调用函数CGContextMoveToPoint并设置位置为(10, 10)，即将当前点移动到位置(10, 10)。如果在水平位置绘制50个单位长度的直线，则直线的终点为(60, 10)，该点变成当前点。直线、弧和曲线总是从当前点开始绘制。
通常我们通过传递(x, y)值给Quartz函数来指定一个点。一些函数需要我们传递一个CGPoint数据结构，该结构包含两个浮点值。
直线
直线由两个端点定义。起始点通常是当前点，所以创建直线时，我们只需要指定终止点。我们使用函数CGContextAddLineToPoint来添加一条直线到子路径中。
我们可以调用CGContextAddLines函数添加一系列相关的直线到子路径中。我们传递一个点数组给这个函数。第一个点必须是第一条直线的起始点；剩下的点是端点。Quartz从第一个点开始绘制一个新子路径，然后每两个相邻点连接成一条线段。
弧
弧是圆弧段。Quartz提供了两个函数来创建弧。函数CGContextAddArc从圆中来创建一个曲线段。我们指定一个圆心，半径和放射角(以弧度为单位)。放射角为2 PI时，创建的是一个圆。图3-4显示了多个独立的路径。每个路径饮食一个自动生成的圆；一些是填充的，另一些是描边的。
函数CGContextAddArcToPoint用于为矩形创建内切弧的场景。Quartz使用我们提供的端点创建两条正切线。同样我们需要提供圆的半径。弧心是两条半径的交叉点，每条半径都与相应的正切线垂直。弧的两个端点是正切线的正切点，如图3-5所示。红色的部分是实际绘制的部分。
下面分别是画直线和圆弧的代码
直线：
1 // 1. 获取一个与视图相关联的上下文 2 CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); 3 4 // 2. 构建路径 5 // 2.1 设置上下文路径起点 6 CGContextMoveToPoint(context, 85, 85); 7 // 2.2 增加路径内容…… 8 CGContextAddLineToPoint(context, 150, 150); 9 CGContextAddLineToPoint(context, 250, 50); 10 // 3. 保存上下文状态 11 // 4. 设置上下文状态 12 // 4.1 设置边线颜色 13 CGContextSetRGBStrokeColor(context, 1, 0, 0, 1); 14 // 4.2 设置线宽 15 CGContextSetLineWidth(context, 10); 16 // 4.3 设置线段连接样式 17 CGContextSetLineJoin(context, kCGLineJoinRound); 18 // 4.4 设置线段收尾样式 19 CGContextSetLineCap(context, kCGLineCapRound); 20 // 4.5 设置虚线样式 21 // 4. 绘制路径 22 CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke);
圆弧：
// 1. 获取一个与视图相关联的上下文 CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); [[UIColor redColor]set]; // 2. 添加弧线 // 2.1 上下文 // 2.2 中心点坐标 // 2.3 半径 // 2.4 开始角度，结束角度，角度的单位是“弧度” CGContextAddArc(context, 160, 230, 100, M_PI, -M_PI_2, 0); // 绘制路径 CGContextStrokePath(context);
曲线
二次与三次Bezier曲线是代数曲线，可以指定任意的曲线形状。曲线上的点通过一个应用于起始、终点及一个或多个控制点的多项式计算得出。这种方式定义的形状是向量图的基础。这个公式比将位数组更容易存储，并且曲线可以在任何分辨下重新创建。
图3-6显示了一些路径的曲线。每条路径包含一条随机生成的曲线；一些是填充的，另一些是描边的。
我们使用函数CGContextAddCurveToPoint将Bezier曲线连接到当前点，并传递控制点和端点作为参数，如图3-7所示。两个控制点的位置决定了曲线的形状。如果两个控制点都在两个端点上面，则曲线向上凸起。如果两个控制点都在两个端点下面，则曲线向下凹。如果第二个控制点比第一个控制点离得当前点近，则曲线自交叉，创建了一个回路。
我们也可以调用函数CGContextAddQuadCurveToPoint来创建Bezier，并传递端点及一个控制点，如图3-8所示。控制点决定了曲线弯曲的方向。由于只使用一个控制点，所以无法创建出如三次Bezier曲线一样多的曲线。例如我们无法创建出交叉的曲线
1 /*画贝塞尔曲线*/ 2 //二次曲线 3 CGContextMoveToPoint(context, 120, 300);//设置Path的起点 4 CGContextAddQuadCurveToPoint(context,190, 310, 120, 390);//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和终点坐标 5 CGContextStrokePath(context); 6 //三次曲线函数 7 CGContextMoveToPoint(context, 200, 300);//设置Path的起点 8 CGContextAddCurveToPoint(context,250, 280, 250, 400, 280, 300);//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和控制点坐标终点坐标 9 CGContextStrokePath(context);
闭合路径
我们可以调用函数CGContextClosePath来闭合曲线。该函数用一条直接来连接当前点与起始点，以使路径闭合。起始与终点重合的直线、弧和曲线并不自动闭合路径，我们必须调用CGContextClosePath来闭合路径。
Quartz的一些函数将路径的子路径看成是闭合的。这些函数显示地添加一条直线来闭合 子路径，如同调用了CGContextClosePath函数。
在闭合一条子路径后，如果程序再添加直线、弧或曲线到路径，Quartz将在闭合的子路径的起点开始创建一个子路径。
椭圆
椭圆是一种特殊的圆。椭圆是通过定义两个焦点，在平面内所有与这两个焦点的距离之和相等的点所构成的图形。图3-9显示了一些独立的路径。每个路径都包含一个随机生成的椭圆；一些进行了填充，另一边进行了描边。
我们可以调用CGContextAddEllipseInRect函数来添加一个椭圆到当前路径。我们提供一个矩形来定义一个椭圆。Quartz利用一系列的Bezier曲线来模拟椭圆。椭圆的中心就是矩形的中心。如果矩形的宽与高相等，则椭圆变成了圆，且圆的半径为矩形宽度的一半。如果矩形的宽与高不相等，则定义了椭圆的长轴与短轴。
添加到路径中的椭圆开始于一个move-to操作，结束于一个close-subpath操作，所有的移动方向都是顺时针。
矩形
我们可以调用CGContextAddRect来添加一个矩形到当前路径中，并提供一个CGRect结构体(包含矩形的原点及大小)作为参数。
添加到路径的矩形开始于一个move-to操作，结束于一个close-subpath操作，所有的移动方向都是顺时针。
我们也可能调用CGContextAddRects函数来添加一系列的矩形到当前路径，并传递一个CGRect结构体的数组。图3-10显示了一些独立的路径。每个路径包含一个随机生成的矩形；一些进行了填充，另一边进行了描边。
四、创建路径
当我们需要在一个图形上下文中构建一个路径时，我们需要调用CGContextBeginPath来标记Quartz。然后，我们调用函数CGContextMovePoint来设置每一个图形或子路径的起始点。在构建起始点后，我们可以添加直线、弧、曲线。记住如下规则：
- 在开始绘制路径前，调用函数CGContextBeginPath；
- 直线、弧、曲线开始于当前点。空路径没有当前点；我们必须调用CGContextMoveToPoint来设置第一个子路径的起始点，或者调用一个便利函数来隐式地完成该任务。
- 如果要闭合当前子路径，调用函数CGContextClosePath。随后路径将开始一个新的子路径，即使我们不显示设置一个新的起始点。
- 当绘制弧时，Quartz将在当前点与弧的起始点间绘制一条直线。
- 添加椭圆和矩形的Quartz程序将在路径中添加新的闭合子路径。
- 我们必须调用绘制函数来填充或者描边一条路径，因为创建路径时并不会绘制路径。
在绘制路径后，将清空图形上下文。我们也许想保留路径，特别是在绘制复杂场景时，我们需要反复使用。基于此，Quartz提供了两个数据类型来创建可复用路径—CGPathRef和CGMutablePathRef。我们可以调用函数CGPathCreateMutable来创建可变的CGPath对象，并可向该对象添加直线、弧、曲线和矩形。Quartz提供了一个类似于操作图形上下文的CGPath的函数集合。这些路径函数操作CGPath对象，而不是图形上下文。这些函数包括：
- CGPathCreateMutable，取代CGContextBeginPath
- CGPathMoveToPoint，取代CGContextMoveToPoint
- CGPathAddLineToPoint，取代CGContexAddLineToPoint
- CGPathAddCurveToPoint，取代CGContexAddCurveToPoint
- CGPathAddEllipseInRect，取代CGContexAddEllipseInRect
- CGPathAddArc，取代CGContexAddArc
- CGPathAddRect，取代CGContexAddRect
- CGPathCloseSubpath，取代CGContexClosePath
如果想要添加一个路径到图形上下文，可以调用CGContextAddPath。路径将保留在图形上下文中，直到Quartz绘制它。我们可以调用CGContextAddPath再次添加路径。
五、绘制路径
我们可以绘制填充或描边的路径。描边(Stroke)是绘制路径的边框。填充是绘制路径包含的区域。Quartz提供了函数来填充或描边路径。描边线的属性(宽度、颜色等)，填充色及Quartz用于计算填充区域的方法都是图形状态的一部分。
影响描边的属性
我们可以使用表3-1中的属性来决定如何对路径进行描边操作。这边属性是图形上下文的一部分，这意味着我们设置的值将会影响到后续的描边操作，直到我们个性这些值。
linewidth是线的总宽度，单位是用户空间单元。
linejoin属性指定如何绘制线段间的联接点。Quartz支持表3-2中描述的联接样式。
Table 3-2 直线联接样式
linecap指定如何绘制直线的端点。Quartz支持表3-3所示的线帽类型。默认的是butt cap。
闭合路径将起始点看作是一个联接点；起始点同样也使用选定的直线连接方法进行渲染。如果通过添加一条连接到起始点的直线来闭合路径，则路径的两个端点都使用选定的线帽类型来绘制。
Linedash pattern(虚线模式)允许我们沿着描边绘制虚线。我们通过在CGContextSetLineDash结构体中指定虚线数组和虚线相位来控制虚线的大小及位置。
CGContextSetLineDash结构如下：
1 void CGContextSetLineDash ( 2 CGContextRef ctx, 3 float phase, 4 const float lengths[], 5 size_t count， 6 );
其中lengths属性指定了虚线段的长度，该值是在绘制片断与未绘制片断之间交替。phase属性指定虚线模式的起始点。图3-11显示了虚线模式：
路径描边的函数
Quartz提供了表3-4中的函数来描边当前路径。其中一些是描边矩形及椭圆的便捷函数。
表3-4 描边路径函数
函数CGContextStrokeLineSegments等同于如下代码
1 CGContextBeginPath(context); for(k = 0; k < count; k += 2) { CGContextMoveToPoint(context,s[k].x, s[k].y); CGContextAddLineToPoint(context,s[k+1].x, s[k+1].y);}CGContextStrokePath(context);
当我们调用CGContextStrokeLineSegments时，我们通过点数组来指定线段，并组织成点对的形式。每一对是由线段的起始点与终止点组成。例如，数组的第一个点指定了第一条直线的起始点，第二个点是第一条直线的终点，第三个点是第二条直线的起始点，依此类推。
六、填充路径
当我们填充当前路径时，Quartz将路径包含的每个子路径都看作是闭合的。然后，使用这些闭合路径并计算填充的像素。 Quartz有两种方式来计算填充区域。椭圆和矩形这样的路径其区域都很明显。但是如果路径是由几个重叠的部分组成或者路径包含多个子路径(如图3-12所示)，我们则有两种规则来定义填充区域。
默认的规则是非零缠绕数规则(nonzero windingnumber rule)。为了确定一个点是否需要绘制，我们从该点开始绘制一条直线穿过绘图的边界。从0开始计数，每次路径片断从左到右穿过直线是，计数加1；而从右到左穿过直线时，计数减1。如果结果为0，则不绘制该点，否则绘制。路径片断绘制的方向会影响到结果。图3-13显示了使用非缠绕数规则对内圆和外圆进行填充的结果。当两个圆绘制方向相同时，两个圆都被填充。如果方向相反，则内圆不填充。
我们也可以使用偶数-奇数规则。为了确定一个点是否被绘制，我们从该点开始绘制一条直线穿过绘图的边界。计算穿过该直线的路径片断的数目。如果是奇数，则绘制该点，如果是偶数，则不绘制该点。路径片断绘制的方向不影响结果。如图3-12所示，无论两个圆的绘制方向是什么，填充结果都是一样的。
Quartz提供了表3-5中的函数来填充当前路径。其中一些是填充矩形及椭圆的便捷函数。
表3-5 填充路径的函数
好，说了这么多下面上代码
1 - (void)drawLine1 2 { 3 // 1. 获取一个与视图相关联的上下文 4 CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); 5 6 // 2. 创建一个可变路径 7 // 2.1 创建路径 8 CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable(); 9 // 2.2 设置路径起点 10 CGPathMoveToPoint(path, NULL, 50, 50); 11 // 2.3 增加路径内容…… 12 CGPathAddLineToPoint(path, NULL, 150, 150); 13 CGPathAddLineToPoint(path, NULL, 50, 150); 14 // CGPathAddLineToPoint(path, NULL, 50, 50); 15 // 闭合路径，关闭路径，闭合路径是收尾相连的 16 CGPathCloseSubpath(path); 17 18 // 3. 将路径添加到上下文; 19 CGContextAddPath(context, path); 20 21 // 4. 设置上下文状态 22 // 4.1 设置边线颜色 23 // 颜色数值 = RGB数值 / 255 24 CGContextSetRGBStrokeColor(context, 255.0 / 255.0, 0.0, 0.0 , 1.0); 25 // 4.2 设置填充颜色 26 CGContextSetRGBFillColor(context, 0.0, 0.0, 128.0 / 255.0, 1.0); 27 // 4.3 设置线宽 28 CGContextSetLineWidth(context, 5); 29 // 4.4 设置线段连接样式 30 CGContextSetLineJoin(context, kCGLineJoinBevel); 31 // 4.5 设置线段首尾样式 32 CGContextSetLineCap(context, kCGLineCapRound); 33 // 4.6 设置虚线样式 34 // lengths 设置公有几条虚线，每条虚线的长度 35 // count 指的是lengths数组的长度 36 CGFloat lengthes[2] = {10.0, 10.0}; 37 CGContextSetLineDash(context, 0, lengthes, 2); 38 // 5. 绘制路径 39 /** 40 kCGPathStroke 绘制边线 41 kCGPathFill 填充 42 */ 43 CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); 44 // 6. 释放路径，不同对象对应着不同的release方法 45 CGPathRelease(path); 46 }
七、裁剪路径
当前裁剪区域是从路径中创建，作为一个遮罩，从而允许遮住我们不想绘制的部分。例如，我们有一个很大的图片，但只需要显示其中一小部分，则可以设置裁减区域来显示我们想显示的部分。
当我们绘制的时候，Quartz只渲染裁剪区域里面的东西。裁剪区域内的闭合路径是可见的；而在区域外的部分是不可见的。
当图形上下文初始创建时，裁减区域包含上下文所有的可绘制区域(例如，PDF上下文的media box)。我们可以通过设置当前路径来改变裁剪区域，然后使用裁减函数来取代绘制函数。裁剪函数与当前已有的裁剪区域求交集以获得路径的填充区域。因此，我们可以求交取得裁减区域，缩小图片的可视区域，但是不能扩展裁减区域。
裁减区域是图形状态的一部分。为了恢复先前的裁减区域，我们可以在裁减前保存图形状态，并在裁减绘制后恢复图形状态。
1 Listing 3-1 Setting up a circular clip area 2 CGContextBeginPath(context); 3 CGContextAddArc(context, w/2, h/2, ((w>h) ? h : w)/2, 0, 2*PI, 0); 4 CGContextClosePath(context); 5 CGContextClip(context);
表3-6 裁减图形上下文的函数
