iOS开发之Quartz2D的介绍与使用详解

一、前言

Quartz2D的API是纯C语言的，它是一个二维绘图引擎，同时支持iOS和Mac系统。Quartz2D的API来自于Core Graphics框架，数据类型和函数基本都以CG作为前缀。通常，我们可以使用系统提供的控件去完成大部分UI，但是有些UI界面极其复杂、而且比较个性化，用普通的UI控件无法实现，这时可以利用Quartz2D技术将控件内部的结构画出来，类似自定义控件。其实，iOS中大部分控件的内容都是通过Quartz2D画出来的，因此，Quartz2D在iOS开发中很重要的一个价值是：自定义view（自定义UI控件）。

Quartz 2D能完成的工作：

绘制图形 : 线条\三角形\矩形\圆\弧等；
绘制文字；
绘制\生成图片(图像)；
读取\生成PDF；
截图\裁剪图片；
自定义UI控件；
… …

二、图形上下文（Graphics Context）

图形上下文（Graphics Context）：是一个CGContextRef类型的数据。

图形上下文的作用：

（1）保存绘图信息、绘图状态

（2）决定绘制的输出目标（绘制到什么地方去？）

（输出目标可以是PDF文件、Bitmap或者显示器的窗口上）

相同的一套绘图序列，指定不同的Graphics Context，就可将相同的图像绘制到不同的目标上。

Quartz2D提供了以下几种类型的Graphics Context：

（1）Bitmap Graphics Context

（2）PDF Graphics Context

（3）Window Graphics Context

（4）Layer Graphics Context

（5）Printer Graphics Context

将当前的上下文copy一份,保存到栈顶(那个栈叫做”图形上下文栈”)：

void CGContextSaveGState(CGContextRef c)

将栈顶的上下文出栈,替换掉当前的上下文（清空之前对于上下文设置）：

void CGContextRestoreGState(CGContextRef c)

三、使用Quartz2D自定义View

1、Quartz2D自定义view

如何利用Quartz2D自定义view？（自定义UI控件）如何利用Quartz2D绘制东西到view上？

首先，得有图形上下文，因为它能保存绘图信息，并且决定着绘制到什么地方去。

其次，那个图形上下文必须跟view相关联，才能将内容绘制到view上面。

自定义view的步骤：

（1）新建一个类，继承自UIView

（2）实现- (void)drawRect:(CGRect)rect方法，然后在这个方法中

（a）取得跟当前view相关联的图形上下文

CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();

（b）绘制相应的图形内容

例如：画1/4圆（扇形）

CGContextMoveToPoint(ctx, 100, 100);
 
CGContextAddLineToPoint(ctx, 100, 150);
 
CGContextAddArc(ctx, 100, 100, 50, -M_PI_2, M_PI, 1);
 
CGContextClosePath(ctx);
 
 
[[UIColor redColor] set];

（3）利用图形上下文将绘制的所有内容渲染显示到view上面

CGContextFillPath(ctx);

注：

//M_PI的含义:π
//M_PI * 2的含义:2π
 
//M_PI_2的含义:π/2
//M_PI / 2的含义:π/2
 
// 画的图形路径
//bezierPathWithArcCenter:弧所在的圆心
//radius:圆的半径
//startAngle:开始角度,圆的最右侧为0度
//endAngle:截至角度,向下为正,向上为负.
//clockwise:时针的方向,yes:顺时针 no:逆时针
UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:self.center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:NO];

完整代码：

//
// MyView.m
// Quartz2DTest
//
// Created by 李峰峰 on 2017/2/6.
// Copyright © 2017年 李峰峰. All rights reserved.
//
 
#import "MyView.h"
 
@implementation MyView
 
- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame
{
 self = [super initWithFrame:frame];
 if (self) {
 self.backgroundColor = [UIColor whiteColor];//设置背景为白色，为了便于观察绘制后的效果
 }
 return self;
}
 
 
- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 
 CGContextMoveToPoint(ctx, 100, 100);
 CGContextAddLineToPoint(ctx, 100, 150);
 CGContextAddArc(ctx, 100, 100, 50, -M_PI_2, M_PI, 1);
 CGContextClosePath(ctx);
 
 [[UIColor redColor] set];
 
 CGContextFillPath(ctx);
 
}
 
@end

运行效果：

2、核心方法drawRect:

为什么要实现drawRect:方法才能绘图到view上？

因为在drawRect:方法中才能取得跟view相关联的图形上下文

drawRect:方法在什么时候被调用？

当view第一次显示到屏幕上时（被加到UIWindow上显示出来）

调用view的setNeedsDisplay或者setNeedsDisplayInRect:时.

注意4点:

手动调用drawRect:方法，不会自动创建跟View相关联的上下文。应该调用setNeedsDisplay方法,系统底层会自动调用drawRect，告诉系统重新绘制View.这样，系统底层会自动创建跟View相关联的上下文
setNeedsDisplay底层会调用drawRect,并不是立马调用的.只是设了一个调用的标志.调用时刻是等下一次屏幕刷新时才去调用drawRect。屏幕每一秒刷新30-60秒次,所以1秒调用drawRect方法大概30-60次,速度非常快哦
view内部有个layer（图层）属性，drawRect:方法中取得的是一个Layer Graphics Context，因此，绘制的东西其实是绘制到view的layer上去了
View之所以能显示东西，完全是因为它内部的layer

3、Quartz2D绘图的代码步骤

第一步：获得图形上下文：

CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();

第二步：拼接路径（下面代码是绘制一条线段）：

CGContextMoveToPoint(ctx, 10, 10);
CGContextAddLineToPoint(ctx, 100, 100);

第三步：绘制路径：

CGContextStrokePath(ctx); // CGContextFillPath(ctx);

四、Quartz2D重要函数

1、常用拼接路径函数

新建一个起点

void CGContextMoveToPoint(CGContextRef c, CGFloat x, CGFloat y)

添加新的线段到某个点

void CGContextAddLineToPoint(CGContextRef c, CGFloat x, CGFloat y)

添加一个矩形

void CGContextAddRect(CGContextRef c, CGRect rect)

添加一个椭圆

void CGContextAddEllipseInRect(CGContextRef context, CGRect rect)

添加一个圆弧

void CGContextAddArc(CGContextRef c, CGFloat x, CGFloat y,
 
CGFloat radius, CGFloat startAngle, CGFloat endAngle, int clockwise)

2、常用绘制路径函数

一般以CGContextDraw、CGContextStroke、CGContextFill开头的函数，都是用来绘制路径的。

Mode参数决定绘制的模式

void CGContextDrawPath(CGContextRef c, CGPathDrawingMode mode)

绘制空心路径

void CGContextStrokePath(CGContextRef c)

绘制实心路径

void CGContextFillPath(CGContextRef c)

3、矩阵操作函数

利用矩阵操作，能让绘制到上下文中的所有路径一起发生变化。

缩放：

void CGContextScaleCTM(CGContextRef c, CGFloat sx, CGFloat sy)

旋转：

void CGContextRotateCTM(CGContextRef c, CGFloat angle)

平移：

void CGContextTranslateCTM(CGContextRef c, CGFloat tx, CGFloat ty)

4、其他常用函数

设置线段宽度

CGContextSetLineWidth(ctx, 10);

设置线段头尾部的样式

CGContextSetLineCap(ctx, kCGLineCapRound);

设置线段转折点的样式

CGContextSetLineJoin(ctx, kCGLineJoinRound);

设置颜色

CGContextSetRGBStrokeColor(ctx, 1, 0, 0, 1);

五、Quartz2D的内存管理

关于Quartz2D内存管理，有以下原则：

（1）使用含有“Create”或“Copy”的函数创建的对象，使用完后必须释放，否则将导致内存泄露。

（2）使用不含有“Create”或“Copy”的函数获取的对象，则不需要释放

（3）如果retain了一个对象，不再使用时，需要将其release掉。

（4）可以使用Quartz 2D的函数来指定retain和release一个对象。例如，如果创建了一个CGColorSpace对象，则使用函数CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease来retain和release对象。

（5）也可以使用Core Foundation的CFRetain和CFRelease。注意不能传递NULL值给这些函数。

六、Quartz2D使用案例

1、画矩形、正方形

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 //1.获取上下文
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 //2.描述路径
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRect:CGRectMake(50, 50, 200, 200)];
 //3.把路径添加到上下文
 CGContextAddPath(ctx, path.CGPath);
 
 [[UIColor redColor] set];// 路径的颜色
 
 //4.把上下文的内容渲染到View的layer.
 //CGContextStrokePath(ctx);// 描边路径
 CGContextFillPath(ctx);// 填充路径
 
}

运行效果：

2、画扇形

除上面“二、使用Quartz2D自定义View”中的方法外，也可以使用OC中自带画图方法实现，如下：

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 CGPoint center = CGPointMake(rect.size.width * 0.5, rect.size.height * 0.5);
 CGFloat radius = rect.size.width * 0.5 - 10;
 CGFloat startA = 0;
 CGFloat endA = -M_PI_2;
 // 画弧的路径
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:NO];
 // 添加一根线到圆心
 [path addLineToPoint:center];
 // 闭合路径
 [path closePath];
 // 路径颜色
 [[UIColor redColor] set];
 // 填充路径
 [path fill];
 // 描边路径
 //[path stroke];
 
}

运行效果：

注：

判断一个点是否在一个矩形框内

CGRectContainsPoint（rect,point）;//判断point这个点是否在rect这个矩形框内

3、画圆形

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 //1.获取上下文
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 //2.描述路径
 // cornerRadius:圆角半径。矩形的宽高都为200，如果圆角为100，那么两个角之间弧线上任意一点到矩形中心的距离都为100,所以为圆形
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:CGRectMake(50, 50, 200, 200) cornerRadius:100];
 //3.把路径添加到上下文
 CGContextAddPath(ctx, path.CGPath);
 
 [[UIColor redColor] set];// 路径的颜色
 
 //4.把上下文的内容渲染到View的layer.
 // CGContextStrokePath(ctx);// 描边路径
 CGContextFillPath(ctx);// 填充路径
 
}

运行效果：

4、画圆角矩形

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 //1.获取上下文
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 //2.描述路径
 // cornerRadius:圆角半径。
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:CGRectMake(50, 50, 200, 200) cornerRadius:50];
 //3.把路径添加到上下文
 CGContextAddPath(ctx, path.CGPath);
 
 [[UIColor redColor] set];// 路径的颜色
 
 //4.把上下文的内容渲染到View的layer.
 CGContextStrokePath(ctx);// 描边路径
 //CGContextFillPath(ctx);// 填充路径
 
}

运行效果：

5、画直线

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 //1.获取跟View相关联的上下文(uigraphics开头)
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 
 //2.描述路径
 //一条路径可以绘制多条线 路径:path  路径绘制多条线:path使用了两次（2次的起点到终点），都是将线添加到某个点
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPath];
 //设置起点
 [path moveToPoint:CGPointMake(50, 150)];
 //添加一根线Line到某个点
 [path addLineToPoint:CGPointMake(250, 50)];
 
 //画第二根线
 [path moveToPoint:CGPointMake(50, 250)];
 [path addLineToPoint:CGPointMake(250, 100)];
 
 //设置线宽
 CGContextSetLineWidth(ctx, 20);
 //设置线的连接样式
 CGContextSetLineJoin(ctx, kCGLineJoinBevel);
 //设置线的顶角样式
 CGContextSetLineCap(ctx, kCGLineCapRound);// 圆角线条
 //设置线条颜色
 [[UIColor redColor] set];
 
 //3.把路径添加到上下文
 CGContextAddPath(ctx, path.CGPath);
 //4.把上下文当中绘制的内容渲染到跟View关联的layer
 CGContextStrokePath(ctx);
 
}

运行效果：

6、画曲线

本塞尔曲线原理：

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 //1.获取跟View相关联的上下文.】
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 //2.描述路径
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPath];
 //画曲线,设置起点.还有一个控制点(用来控制曲线的方向跟弯曲程度)
 //设置起点
 [path moveToPoint:CGPointMake(10, 150)];
 //添加一要曲线到某个点
 [path addQuadCurveToPoint:CGPointMake(200, 150) controlPoint:CGPointMake(150, 10)];
 //3.把路径添加到上下文当中
 CGContextAddPath(ctx, path.CGPath);
 //4.把上下文的内容渲染View上
 CGContextStrokePath(ctx);
 
}

运行效果：

7、画饼图

方法1：

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 NSArray *dataArray = @[@25,@25,@50];
 // 画弧
 CGPoint center = CGPointMake(rect.size.width * 0.5, rect.size.height * 0.5);
 // 半径
 CGFloat radius = rect.size.width * 0.5 - 10;
 
 CGFloat startA = 0;
 CGFloat angle = 0;
 CGFloat endA = 0;
 
 for (NSNumber *num in dataArray) {
  startA = endA;
  // 遍历出第一个对象25,angle =25/100 *2π，即angle = π/2，所以为1/4圆,
  angle = num.intValue / 100.0 * M_PI * 2;
  // 截至角度= 开始的角度+ 遍历出的对象所占整个圆形的角度
  endA = startA + angle;
  // 顺势针画贝塞尔曲线
  UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:YES];
  // 设置随机颜色
  [[self randomColor] set];
  // 添加一根线到圆心
  [path addLineToPoint:center];
  // 填充路径
  [path fill];
  // 描边路径
//  [path stroke];
 }
 
}
 
 
/**
 生成随机颜色
 
 @return UIColor
 */
-(UIColor *)randomColor{
 
 CGFloat redLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 CGFloat greenLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 CGFloat blueLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 
 return [UIColor colorWithRed: redLevel green: greenLevel blue: blueLevel alpha: 1.0];
}

运行效果：

方法二：

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 CGPoint center = CGPointMake(self.bounds.size.width * 0.5, self.bounds.size.height * .5);
 CGFloat radius = self.bounds.size.width * 0.5 - 10;
 CGFloat startA = 0;
 CGFloat endA = 25 / 100.0 * M_PI * 2;
 UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:YES];
 [[UIColor redColor] set];
 //添加一根线到圆心
 [path addLineToPoint:center];
 [path fill];
 
 //第二个扇形
 startA = endA;
 CGFloat angle = 25 / 100.0 * M_PI * 2;
 endA = startA + angle;
 UIBezierPath *path2 = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:YES];
 [[UIColor greenColor] set];
 //添加一根线到圆心
 [path2 addLineToPoint:center];
 [path2 fill];
 
 startA = endA;
 angle = 50 / 100.0 * M_PI * 2;
 endA = startA + angle;
 UIBezierPath *path3 = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:center radius:radius startAngle:startA endAngle:endA clockwise:YES];
 [[UIColor blueColor] set];
 //添加一根线到圆心
 [path3 addLineToPoint:center];
 [path3 fill];
 
}
 
 
/**
 生成随机颜色
 
 @return UIColor
 */
-(UIColor *)randomColor{
 
 CGFloat redLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 CGFloat greenLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 CGFloat blueLevel = rand() / (float) RAND_MAX;
 
 return [UIColor colorWithRed: redLevel green: greenLevel blue: blueLevel alpha: 1.0];
}

注：

如果想实现点击以下变换颜色可以加上如下代码：

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
 
 //重绘
 [self setNeedsDisplay];
 
}

8、绘制文字

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
 
 NSString *str = @"李峰峰博客：http://www.imlifengfeng.com/";
 
 NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];
 //设置字体
 dict[NSFontAttributeName] = [UIFont systemFontOfSize:30];
 //设置颜色
 dict[NSForegroundColorAttributeName] = [UIColor redColor];
 //设置描边
 dict[NSStrokeColorAttributeName] = [UIColor blueColor];
 dict[NSStrokeWidthAttributeName] = @3;
 //设置阴影
 NSShadow *shadow = [[NSShadow alloc] init];
 shadow.shadowColor = [UIColor greenColor];
 shadow.shadowOffset = CGSizeMake(-2, -2);
 shadow.shadowBlurRadius = 3;
 dict[NSShadowAttributeName] = shadow;
 
 //设置文字的属性
 //drawAtPoint不会自动换行
 //[str drawAtPoint:CGPointMake(0, 0) withAttributes:dict];
 //drawInRect会自动换行
 [str drawInRect:self.bounds withAttributes:dict];
 
}

运行效果：

9、加水印

//
// ViewController.m
// Quartz2DTest
//
// Created by 李峰峰 on 2017/2/6.
// Copyright © 2017年 李峰峰. All rights reserved.
//
 
#import "ViewController.h"
#import "MyView.h"
 
@interface ViewController ()
 
@end
 
@implementation ViewController
 
- (void)viewDidLoad {
 [super viewDidLoad];
 
 UIImageView *myImageView = [[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width, [UIScreen mainScreen].bounds.size.height)];
 [self.view addSubview:myImageView];
 
 
 //生成一张图片
 //0.加载图片
 UIImage *oriImage = [UIImage imageNamed:@"test"];
 //1.创建位图上下文(size:开启多大的上下文,就会生成多大的图片)
 UIGraphicsBeginImageContext(oriImage.size);
 //2.把图片绘制到上下文当中
 [oriImage drawAtPoint:CGPointZero];
 //3.绘制水印(虽说UILabel可以快速实现这种效果，但是我们也可以绘制出来)
 NSString *str = @"李峰峰博客";
 
 
 NSMutableDictionary *dict = [NSMutableDictionary dictionary];
 dict[NSFontAttributeName] = [UIFont systemFontOfSize:20];
 dict[NSForegroundColorAttributeName] = [UIColor redColor];
 
 [str drawAtPoint:CGPointZero withAttributes:dict];
 //4.从上下文当中生成一张图片
 UIImage *newImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
 //5.关闭位图上下文
 UIGraphicsEndImageContext();
 
 
 myImageView.image = newImage;
 
}
 
@end

运行效果：

10、屏幕截图

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
 
 //生成图片
 //1.开启一个位图上下文
 UIGraphicsBeginImageContext(self.view.bounds.size);
 //2.把View的内容绘制到上下文当中
 CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
 //UIView内容想要绘制到上下文当中, 必须使用渲染的方式
 [self.view.layer renderInContext:ctx];
 //3.从上下文当中生成一张图片
 UIImage *newImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
 //4.关闭上下文
 UIGraphicsEndImageContext();
 //把图片转成二进制流
 //NSData *data = UIImageJPEGRepresentation(newImage, 1);
 NSData *data = UIImagePNGRepresentation(newImage);
 
 [data writeToFile:@"/Users/lifengfeng/Downloads/imlifengfeng.jpg" atomically:YES];
 
}

运行效果：

截图而已，就跟普通截图一样，自己试。

总结

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