[深入浅出iOS库]之图形库Core Plot
[深入浅出iOS库]之图形库CorePlot
罗朝辉 (http://www.cnblogs.com/kesalin/)
本文遵循“署名-非商业用途-保持一致”创作公用协议
一，前言
Core Plot和s7Graph都是可在iOS平台下使用的开源矢量图形库，s7Graph功能相对比较简单一些，在此就不介绍了。Core Plot 功能强大很多，我们可以利用它很方便地画出复杂的曲线图、柱状图和饼图等等。下面我先来介绍如何在项目中配置使用 Core Plot 库，然后通过一个曲线图示例来演示如何使用它，最后结合示例介绍 Core Plot 的框架结构。
本文源代码：https://github.com/kesalin/iOSSnippet/tree/master/CorePlotDemo
效果图：
二，在iOS工程中配置 Core Plot
1，下载 Core Plot 库
Core Plot 代码仓库托管在 Google Code 上，可通过 https://code.google.com/p/core-plot/ 获取最新的库和源码（目前为1.1），在这里我们只关心 iOS平台：
解压 CorePlot_1.1.zip，其目录结构如下：
如果通过静态链接方式引用CorePlot库，那么我们只需要关心Binaries/iOS目录即可，但是作为一个喜欢钻研的程序员，Documentation和Source下面想必你也不会视而不见；如果通过引入工程文件方式引用CorePlot库，那么我们需要引用Source/framework/CorePlot-CocoaTouch.xcodeproj。注意：CorePlot同时支持OS X 和 iOS 平台，CorePlot.xcodeproj 是OS X平台工程。此外，Source/examples 下的大量示例代码绝对是不可忽视的第一手参考资料。
顺便吐槽一句，iOS平台的开源库很多，也会强大，但一如 iOS 系统自身，向后兼容性太差，用过Cocos 2D等库的童鞋应该深有体会。CorePlot也不例外，以前用0.4版本的时候，类名前缀市 CP，现在都修改为 CPT(CorePlot-Touch)了。
2，在工程中添加 Core Plot 库
下面，我将介绍如何用静态链接方式引用 CorePlot 库
a),新建 CorePlotDemo SingleView 工程，拷贝 Binaries/iOS 目录到项目目录下，并重命名 iOS 为 CorePlotLib，如图所示：
b) 在工程中通过添加已存在文件将 CorePlotHeaders 目录下的文件全部添加，并链接 libCorePlotTouch.a 静态库。如图所示：
c) 因为CorePlot使用到 QuartzCore 库，所以我们还需要连接 QuartzCore.framework。此外为了让 XCode 装载导入头文件，需要设置编译环境，在 build setting 中查找 other linker flags，添加 '-all_load -ObjC' 标志。至此设置工作完成。
三，使用 Core Plot 描绘曲线图
1，Core Plot 要求它进行描绘的所在 view 类型必须为 CPTGraphHostingView 类型，所以在这里，我将设置 ViewController.nib 中 View 的类型为 CPTGraphHostingView。如图所示：
2，修改 KSViewController.h 为：
#import <UIKit/UIKit.h> #import "CorePlot-CocoaTouch.h" @interface KSViewController : UIViewController<CPTPlotDataSource, CPTAxisDelegate> @end
如果你用过 NSTableView，那你应该很熟悉 CPTPlotDataSource 这种形式协议的用法， CPTPlotDataSource 为 CorePlot 提供数据源。在这里我还实现了 CPTAxisDelegate 协议，当我们想要对轴刻度的标签进行一定的定制时，需要实现该协议。在本例中，要用不同的颜色对 y 轴方向大于等于0和小于0的刻度标签进行区分，因此需要实现该协议。
3，声明私有成员和方法
请参考文件：https://github.com/kesalin/iOSSnippet/blob/master/CorePlotDemo/CorePlotDemo/KSViewController.m
@interface KSViewController () { CPTXYGraph * _graph; NSMutableArray * _dataForPlot; } - (void)setupCoreplotViews; -(CPTPlotRange *)CPTPlotRangeFromFloat:(float)location length:(float)length; @end
在本例中，要描绘基于 xy 轴的图形，因此，声明了 CPTXYGraph 对象 _graph，然后声明一个可变数字 _dataForPlot 为 Core Plot 提供数据。私有方法 setupCoreplotView 是本例的重点，所有的描绘设置都在这个函数中进行。CPTPlotRangeFromFloat:length:是一个辅助类以简化 CPTPlotRange 的创建，其实现如下：
-(CPTPlotRange *)CPTPlotRangeFromFloat:(float)location length:(float)length { return [CPTPlotRange plotRangeWithLocation:CPTDecimalFromFloat(location) length:CPTDecimalFromFloat(length)]; }
为了支持旋转操作，添加如下代码（注意，本文只考虑了 iOS6 的旋转，这又是 iOS 兼容性不太好的一大明证啊！）：
#pragma mark - #pragma mark Rotation -(BOOL)shouldAutorotateToInterfaceOrientation:(UIInterfaceOrientation)toInterfaceOrientation { return YES; } -(BOOL)shouldAutorotate { return YES; }
4，实现 setupCoreplotViews
先来看效果说明图，此图非常重要，CorePlot常见的概念都在图中有说明，后文会多次引用到该图。
下面，来介绍重点内容，如何使用 CorePlot 对数据进行描绘。
- (void)setupCoreplotViews { CPTMutableLineStyle *lineStyle = [CPTMutableLineStyle lineStyle]; // Create graph from theme: 设置主题 // _graph = [[CPTXYGraph alloc] initWithFrame:CGRectZero]; CPTTheme * theme = [CPTTheme themeNamed:kCPTSlateTheme]; [_graph applyTheme:theme]; CPTGraphHostingView * hostingView = (CPTGraphHostingView *)self.view; hostingView.collapsesLayers = NO; // Setting to YES reduces GPU memory usage, but can slow drawing/scrolling hostingView.hostedGraph = _graph; _graph.paddingLeft = _graph.paddingRight = 10.0; _graph.paddingTop = _graph.paddingBottom = 10.0;
a）首先，创建了一个可编辑的线条风格 lineStyle，用来描述描绘线条的宽度，颜色和样式等，这个 lineStyle 会被多次用到。
然后，创建基于 xy 轴的图：CPTXYGraph，并设置其主题 CPTTheme，CorePlot 中的主题和日常软件中的换肤概念差不多。目前支持五种主题：kCPTDarkGradientTheme, kCPTPlainBlackTheme, kCPTPlainWhiteTheme, kCPTSlateTheme,kCPTStocksTheme, 最后一种股票主题效果见上面的效果图，而石板色主题 kCPTSlateTheme 效果见下面的效果图。你可以修改此处的代码尝试不同的主题效果，^_^。将 hostingView的 hostedGraph与 _graph 关联起来，也就是说：我们要在 View (CPTGraphHostingView)上画一个基于xy轴的图（CPTXYGraph）。至此，我们接触到CorePlot中的两个概念：宿主view 和图graph。然后我们设置_graph的 padding，这样在图的四周与屏幕边缘之间留有一丝空隙。
// Setup plot space: 设置一屏内可显示的x,y量度范围 // CPTXYPlotSpace * plotSpace = (CPTXYPlotSpace *)_graph.defaultPlotSpace; plotSpace.allowsUserInteraction = YES; plotSpace.xRange = [CPTPlotRange plotRangeWithLocation:CPTDecimalFromFloat(1.0) length:CPTDecimalFromFloat(2.0)]; plotSpace.yRange = [CPTPlotRange plotRangeWithLocation:CPTDecimalFromFloat(1.0) length:CPTDecimalFromFloat(3.0)];
上面的代码设置PlotSpace，这是什么意思呢？x,y二维空间可以无限延伸，但在屏幕上我们可以看到的只是一小部分空间，这部分可视空间就由 Plot Space设置。CPTXYPlotSpace 的 xRange 和 yRange 就设置了一屏内可显示的x，y方向的量度范围。在这里，我们设置x，y轴上的起点都是1.0，然后长度分别为2个和3个单位。请结合上面的说明图理解 PlotSpace 的含义。（注意：说明图中的起点不是1.0，这是因为设置了 allowsUserInteraction 为 YES，我对PlotSpace进行了拖动所导致的）。
// Axes: 设置x,y轴属性，如原点，量度间隔，标签，刻度，颜色等 // CPTXYAxisSet *axisSet = (CPTXYAxisSet *)_graph.axisSet; lineStyle.miterLimit = 1.0f; lineStyle.lineWidth = 2.0; lineStyle.lineColor = [CPTColor whiteColor]; CPTXYAxis * x = axisSet.xAxis; x.orthogonalCoordinateDecimal = CPTDecimalFromString(@"2"); // 原点的 x 位置 x.majorIntervalLength = CPTDecimalFromString(@"0.5"); // x轴主刻度：显示数字标签的量度间隔 x.minorTicksPerInterval = 2; // x轴细分刻度：每一个主刻度范围内显示细分刻度的个数 x.minorTickLineStyle = lineStyle; // 需要排除的不显示数字的主刻度 NSArray * exclusionRanges = [NSArray arrayWithObjects: [self CPTPlotRangeFromFloat:0.99 length:0.02], [self CPTPlotRangeFromFloat:2.99 length:0.02], nil]; x.labelExclusionRanges = exclusionRanges;
b), 有了 xy 轴图对象，我们可以来对 xy 轴的显示属性进行设置了。通过获取 XYGraph 的 axisSet 来获取轴的集合，集合中就包含了 x,y 轴对象 CPTXYAxis。在这里，设置 x 轴的原点为 2，主刻度的量度间隔为 0.5，每一个主刻度内显示细分刻度的个数为 2 个，并用白色宽度为2的线条来描绘 x 轴。如果有一些刻度的标签我们不想让它显示那该如何呢？很简单，设置轴的排除标签范围 labelExclusionRanges 即可。
同样，我们设置 y 轴的显示属性：
CPTXYAxis * y = axisSet.yAxis; y.orthogonalCoordinateDecimal = CPTDecimalFromString(@"2"); // 原点的 y 位置 y.majorIntervalLength = CPTDecimalFromString(@"0.5"); // y轴主刻度：显示数字标签的量度间隔 y.minorTicksPerInterval = 4; // y轴细分刻度：每一个主刻度范围内显示细分刻度的个数 y.minorTickLineStyle = lineStyle; exclusionRanges = [NSArray arrayWithObjects: [self CPTPlotRangeFromFloat:1.99 length:0.02], [self CPTPlotRangeFromFloat:2.99 length:0.02], nil]; y.labelExclusionRanges = exclusionRanges; y.delegate = self;
请参考说明图理解上面轴设置的含义。注意，在这里，我设置了 y 轴的 delegate 为自身，这个 delegate 需要实现CPTAxisDelegate 协议，在这里我想要用不同的颜色对 y 轴方向大于等于0和小于0的刻度标签进行区分，因此需要实现该协议方法：axis:shouldUpdateAxisLabelsAtLocations:。
#pragma mark - #pragma mark Axis Delegate Methods -(BOOL)axis:(CPTAxis *)axis shouldUpdateAxisLabelsAtLocations:(NSSet *)locations { static CPTTextStyle * positiveStyle = nil; static CPTTextStyle * negativeStyle = nil; NSNumberFormatter * formatter = axis.labelFormatter; CGFloat labelOffset = axis.labelOffset; NSDecimalNumber * zero = [NSDecimalNumber zero]; NSMutableSet * newLabels = [NSMutableSet set]; for (NSDecimalNumber * tickLocation in locations) { CPTTextStyle *theLabelTextStyle; if ([tickLocation isGreaterThanOrEqualTo:zero]) { if (!positiveStyle) { CPTMutableTextStyle * newStyle = [axis.labelTextStyle mutableCopy]; newStyle.color = [CPTColor greenColor]; positiveStyle = newStyle; } theLabelTextStyle = positiveStyle; } else { if (!negativeStyle) { CPTMutableTextStyle * newStyle = [axis.labelTextStyle mutableCopy]; newStyle.color = [CPTColor redColor]; negativeStyle = newStyle; } theLabelTextStyle = negativeStyle; } NSString * labelString = [formatter stringForObjectValue:tickLocation]; CPTTextLayer * newLabelLayer= [[CPTTextLayer alloc] initWithText:labelString style:theLabelTextStyle]; CPTAxisLabel * newLabel = [[CPTAxisLabel alloc] initWithContentLayer:newLabelLayer]; newLabel.tickLocation = tickLocation.decimalValue; newLabel.offset = labelOffset; [newLabels addObject:newLabel]; } axis.axisLabels = newLabels; return NO; }
在上面的代码中，对于 y 轴上大于等于0的刻度标签用绿色描绘，而小于0的刻度标签用红色描绘。因为在这里我们自己设置了轴标签的描绘，所以这个方法返回 NO 告诉系统不需要使用系统的标签描绘设置了。其效果如下：
至此，xy轴部分的描绘设置完成。
c) 下面我们向图中添加曲线的描绘：
// Create a red-blue plot area // lineStyle.miterLimit = 1.0f; lineStyle.lineWidth = 3.0f; lineStyle.lineColor = [CPTColor blueColor]; CPTScatterPlot * boundLinePlot = [[CPTScatterPlot alloc] init]; boundLinePlot.dataLineStyle = lineStyle; boundLinePlot.identifier = BLUE_PLOT_IDENTIFIER; boundLinePlot.dataSource = self; // Do a red-blue gradient: 渐变色区域 // CPTColor * blueColor = [CPTColor colorWithComponentRed:0.3 green:0.3 blue:1.0 alpha:0.8]; CPTColor * redColor = [CPTColor colorWithComponentRed:1.0 green:0.3 blue:0.3 alpha:0.8]; CPTGradient * areaGradient1 = [CPTGradient gradientWithBeginningColor:blueColor endingColor:redColor]; areaGradient1.angle = -90.0f; CPTFill * areaGradientFill = [CPTFill fillWithGradient:areaGradient1]; boundLinePlot.areaFill = areaGradientFill; boundLinePlot.areaBaseValue = [[NSDecimalNumber numberWithFloat:1.0] decimalValue]; // 渐变色的起点位置 // Add plot symbols: 表示数值的符号的形状 // CPTMutableLineStyle * symbolLineStyle = [CPTMutableLineStyle lineStyle]; symbolLineStyle.lineColor = [CPTColor blackColor]; symbolLineStyle.lineWidth = 2.0; CPTPlotSymbol * plotSymbol = [CPTPlotSymbol ellipsePlotSymbol]; plotSymbol.fill = [CPTFill fillWithColor:[CPTColor blueColor]]; plotSymbol.lineStyle = symbolLineStyle; plotSymbol.size = CGSizeMake(10.0, 10.0); boundLinePlot.plotSymbol = plotSymbol; [_graph addPlot:boundLinePlot];
首先，添加一个由红到蓝渐变的曲线图 CPTScatterPlot，设置该曲线图的曲线线条颜色为蓝色，宽度为3，标识为 @"Blue Plot"，数据源 datasource 为自身。注意：一个图中可以有多个曲线图，每个曲线图通过其 identifier 进行唯一标识。 数据源将在后面介绍。如果我们不仅仅是描绘曲线，还想描绘曲线覆盖的区域，那么就要设置曲线图的区域填充颜色 areaFill，并设置 areaBaseValue。areaBaseValue就是设置该填充颜色从哪个值开始描述，比如本例是从1.0开始描绘（见上图中红色部分开始的位置为 y=1）。在这里我们设置的填充颜色为从红色变到蓝色的渐变色 CPTGradient，CPTGradient默认的变化开始色从x轴左边变化到右边的结束色，如下图所示：
在本例中，将渐变色旋转-90度（即顺时针方向旋转90度），使得红色在下面，蓝色在上面（见说明图）。 对于曲线上的数值点用什么样的符号来表示呢？这就是CPTPlotSymbol 发挥作用的时候了，在这里是用蓝色的实心圆点来表示具体的数值。
d), 有了蓝红曲线图的介绍，下面再来添加一个破折线风格的绿色曲线图：
// Create a green plot area: 画破折线 // lineStyle = [CPTMutableLineStyle lineStyle]; lineStyle.lineWidth = 3.f; lineStyle.lineColor = [CPTColor greenColor]; lineStyle.dashPattern = [NSArray arrayWithObjects: [NSNumber numberWithFloat:5.0f], [NSNumber numberWithFloat:5.0f], nil]; CPTScatterPlot * dataSourceLinePlot = [[CPTScatterPlot alloc] init]; dataSourceLinePlot.dataLineStyle = lineStyle; dataSourceLinePlot.identifier = GREEN_PLOT_IDENTIFIER; dataSourceLinePlot.dataSource = self; // Put an area gradient under the plot above // CPTColor * areaColor = [CPTColor colorWithComponentRed:0.3 green:1.0 blue:0.3 alpha:0.8]; CPTGradient * areaGradient = [CPTGradient gradientWithBeginningColor:areaColor endingColor:[CPTColor clearColor]]; areaGradient.angle = -90.0f; areaGradientFill = [CPTFill fillWithGradient:areaGradient]; dataSourceLinePlot.areaFill = areaGradientFill; dataSourceLinePlot.areaBaseValue= CPTDecimalFromString(@"1.75"); // Animate in the new plot: 淡入动画 dataSourceLinePlot.opacity = 0.0f; CABasicAnimation *fadeInAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"opacity"]; fadeInAnimation.duration = 3.0f; fadeInAnimation.removedOnCompletion = NO; fadeInAnimation.fillMode = kCAFillModeForwards; fadeInAnimation.toValue = [NSNumber numberWithFloat:1.0]; [dataSourceLinePlot addAnimation:fadeInAnimation forKey:@"animateOpacity"]; [_graph addPlot:dataSourceLinePlot];
上面的代码与前面的红蓝渐变曲线图结构大体相同，只不过在这里使用的市破折线风格的线条，并且没有使用特殊符号对数值点进行描绘。在这里，我们添加了一个有意思的淡入动画。
至此，描绘相关设置就完成了。先来回顾一下整个步骤：
a) 在 CPTGraphHostingView 上放置一个 xy 轴图 CPTXYGraph；
b) 然后对 xy 轴图进行设置，设置其主题，可视空间 CPTPlotSpace，以及两个轴 CPTXYAxis；
c) 然后在 xy 轴图上添加红蓝渐变的曲线图CPTScatterPlot；
d) 然后在 xy 轴图上添加绿色破折线曲线图CPTScatterPlot；
e) 最后，我们来初始化一些演示数据，从而结束 setupCoreplotViews 方法的介绍。
// Add some initial data // _dataForPlot = [NSMutableArray arrayWithCapacity:100]; NSUInteger i; for ( i = 0; i < 100; i++ ) { id x = [NSNumber numberWithFloat:0 + i * 0.05]; id y = [NSNumber numberWithFloat:1.2 * rand() / (float)RAND_MAX + 1.2]; [_dataForPlot addObject:[NSMutableDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:x, @"x", y, @"y", nil]]; }
5，实现数据源协议
#pragma mark - #pragma mark Plot Data Source Methods -(NSUInteger)numberOfRecordsForPlot:(CPTPlot *)plot { return [_dataForPlot count]; } -(NSNumber *)numberForPlot:(CPTPlot *)plot field:(NSUInteger)fieldEnum recordIndex:(NSUInteger)index { NSString * key = (fieldEnum == CPTScatterPlotFieldX ? @"x" : @"y"); NSNumber * num = [[_dataForPlot objectAtIndex:index] valueForKey:key]; // Green plot gets shifted above the blue if ([(NSString *)plot.identifier isEqualToString:GREEN_PLOT_IDENTIFIER]) { if (fieldEnum == CPTScatterPlotFieldY) { num = [NSNumber numberWithDouble:[num doubleValue] + 1.0]; } } return num; }
和 NSTableView 相似，我们需要提供数据的个数，以及对应x/y轴的数据。至此，编译允许，你就能看到如期的效果：绿色破折线曲线图淡入，然后整个xy轴图就呈现在你面前，并且该图是允许你拖拽的，不妨多拖拽下，以更好地理解 CorePlot 中各种概念属性的含义。
6，动态修改 CPTPlotSpace 的范围
为了让例子更有趣一点，在 SetupCoreplotViews 的末尾添加如下代码：
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:2.0 target:self selector:@selector(changePlotRange) userInfo:nil repeats:YES];
并实现 changePlotRange 方法：
-(void)changePlotRange { // Change plot space CPTXYPlotSpace * plotSpace = (CPTXYPlotSpace *)_graph.defaultPlotSpace; plotSpace.xRange = [self CPTPlotRangeFromFloat:0.0 length:(3.0 + 2.0 * rand() / RAND_MAX)]; plotSpace.yRange = [self CPTPlotRangeFromFloat:0.0 length:(3.0 + 2.0 * rand() / RAND_MAX)]; }
四，Core Plot 框架结构分析
CorePlot 的类结构关系如下：
其中最核心的就是 CPTGraph，本示例中的 CPTXYGraph是它的子类；一个图 CPTGraph包含一个轴集 CPTAxiset，每个轴集可包含多个轴；一个图 CPTGraph 可包含多个图空间 CPTPlotSpace；一个图 CPTGraph 可包含多个图形CPTSplot（曲线，饼图，柱状图等）；图形CPTSplot 和轴都展现在某个图空间 CPTPlotSpace 中。其余的部分，尚未介绍到，暂且不提。
也许下图能更形象地描述出 Core Plot 各种对象之间的关系。
五，结语
Core Plot 的类结构非常清晰，使用起来也很简单，可定制化程度非常高。保守估计国内做矢量图表展示的至少有 90% 以上在用它，曾经做过的一个基金应用就用到它。BTW，吐槽下iOS开发界的浮躁，很多招聘要求都具体到用会用这个库那个库，如加密/解密，解析json/xml，或数据库 sqlite，或图形库Core Plot 或 Three20 什么的。对于有过一定工作经验的程序员来说，学习这些库的使用也不就是一两天的功夫么？当然，对于程序员本身来说，我们不能浮躁地只停留在使用层面上，应该多一点好奇心，钻研下这些库的实现，适用场景，同类库比较等等是大有裨益的。
