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iOS坐标系的深入探究

2019年07月23日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

洛拉托兹,玫瑰花茶作用,无私奉献演讲稿

前言

app在渲染视图时，需要在坐标系中指定绘制区域。

这个概念看似乎简单，事实并非如此。

when an app draws something in ios, it has to locate the drawn content in a two-dimensional space defined by a coordinate system.
this notion might seem straightforward at first glance, but it isn't.

正文

我们先从一段最简单的代码入手，在drawrect中显示一个普通的uilabel；

为了方便判断，我把整个view的背景设置成黑色：

- (void)drawrect:(cgrect)rect {
 [super drawrect:rect];
 cgcontextref context = uigraphicsgetcurrentcontext();
 nslog(@"cgcontext default ctm matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));
 uilabel *testlabel = [[uilabel alloc] initwithframe:cgrectmake(0, 0, 100, 28)];
 testlabel.text = @"测试文本";
 testlabel.font = [uifont systemfontofsize:14];
 testlabel.textcolor = [uicolor whitecolor];
 [testlabel.layer renderincontext:context];
}

这段代码首先创建一个uilabel，然后设置文本，显示到屏幕上，没有修改坐标。

所以按照uilabel.layer默认的坐标(0, 0)，在左上角进行了绘制。


uilabel绘制

接着，我们尝试使用coretext来渲染一段文本。

- (void)drawrect:(cgrect)rect {
 [super drawrect:rect];
 cgcontextref context = uigraphicsgetcurrentcontext();
 nslog(@"cgcontext default matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));
 nsattributedstring *attrstr = [[nsattributedstring alloc] initwithstring:@"测试文本" attributes:@{
             nsforegroundcolorattributename:[uicolor whitecolor],
             nsfontattributename:[uifont systemfontofsize:14],
             }];
 ctframesetterref framesetter = ctframesettercreatewithattributedstring((__bridge cfattributedstringref) attrstr); // 根据富文本创建排版类ctframesetterref
 uibezierpath * bezierpath = [uibezierpath bezierpathwithrect:cgrectmake(0, 0, 100, 20)];
 ctframeref frameref = ctframesettercreateframe(framesetter, cfrangemake(0, 0), bezierpath.cgpath, null); // 创建排版数据
 ctframedraw(frameref, context);
}

首先用nsstring创建一个富文本，然后根据富文本创建ctframesetterref，结合cgrect生成的uibezierpath，我们得到ctframeref，最终渲染到屏幕上。

但是结果与上文不一致：文字是上下颠倒。


coretext的文本绘制

从这个不同的现象开始，我们来理解ios的坐标系。

坐标系概念

在ios中绘制图形必须在一个二维的坐标系中进行，但在ios系统中存在多个坐标系，常需要处理一些坐标系的转换。
先介绍一个图形上下文(graphics context)的概念，比如说我们常用的cgcontext就是quartz 2d的上下文。图形上下文包含绘制所需的信息，比如颜色、线宽、字体等。用我们在windows常用的画图来参考，当我们使用画笔🖌在白板中写字时，图形上下文就是画笔的属性设置、白板大小、画笔位置等等。

ios中，每个图形上下文都会有三种坐标：

1、绘制坐标系（也叫用户坐标系），我们平时绘制所用的坐标系；

2、视图（view）坐标系，固定左上角为原点（0，0）的view坐标系；

3、物理坐标系，物理屏幕中的坐标系，同样是固定左上角为原点；

根据我们绘制的目标不同（屏幕、位图、pdf等），会有多个context；


quartz常见的绘制目标

不同context的绘制坐标系各不相同，比如说uikit的坐标系为左上角原点的坐标系，coregraphics的坐标系为左下角为原点的坐标系；


coregraphics坐标系和uikit坐标系的转换

coretext基于coregraphics，所以坐标系也是coregraphics的坐标系。

我们回顾下上文提到的两个渲染结果，我们产生如下疑问：

uigraphicsgetcurrentcontext返回的是cgcontext，代表着是左下角为原点的坐标系，用uilabel（uikit坐标系）可以直接renderincontext，并且“测”字对应为uilabel的（0，0）位置，是在左上角？

当用coretext渲染时，坐标是（0，0），但是渲染的结果是在左上角，并不是在左下角；并且文字是上下颠倒的。

为了探究这个问题，我在代码中加入了一行log：

nslog(@"cgcontext default matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));

其结果是cgcontext default matrix [2, 0, 0, -2, 0, 200]；

cgcontextgetctm返回是cgaffinetransform仿射变换矩阵：

一个二维坐标系上的点p，可以表达为(x, y, 1)，乘以变换的矩阵，如下：

把结果相乘，得到下面的关系


此时，我们再来看看打印的结果[2, 0, 0, -2, 0, 200]，可以化简为

x' = 2x, y' = 200 - 2y

因为渲染的view高度为100，所以这个坐标转换相当于把原点在左下角（0，100）的坐标系，转换为原点在左上角（0，0）的坐标系！通常我们都会使用uikit进行渲染，所以ios系统在drawrect返回cgcontext的时候，默认帮我们进行了一次变换，以方便开发者直接用uikit坐标系进行渲染。


我们尝试对系统添加的坐标变换进行还原：

先进行cgcontexttranslatectm(context, 0, self.bounds.size.height);

对于x' = 2x, y' = 200 - 2y，我们使得x=x,y=y+100；（self.bounds.size.height=100）

于是有x' = 2x, y' = 200-2(y+100) = -2y;

再进行cgcontextscalectm(context, 1.0, -1.0);

对于x' = 2x, y' = -2y，我们使得x=x, y=-y;

于是有 x'=2x, y' = -2(-y) = 2y；

- (void)drawrect:(cgrect)rect {
 [super drawrect:rect];
 cgcontextref context = uigraphicsgetcurrentcontext();
 cgcontexttranslatectm(context, 0, self.bounds.size.height);
 cgcontextscalectm(context, 1.0, -1.0);
 nslog(@"cgcontext default matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));
 nsattributedstring *attrstr = [[nsattributedstring alloc] initwithstring:@"测试文本" attributes:@{
             nsforegroundcolorattributename:[uicolor whitecolor],
             nsfontattributename:[uifont systemfontofsize:14],
             }];
 ctframesetterref framesetter = ctframesettercreatewithattributedstring((__bridge cfattributedstringref) attrstr); // 根据富文本创建排版类ctframesetterref
 uibezierpath * bezierpath = [uibezierpath bezierpathwithrect:cgrectmake(0, 0, 100, 20)];
 ctframeref frameref = ctframesettercreateframe(framesetter, cfrangemake(0, 0), bezierpath.cgpath, null); // 创建排版数据
 ctframedraw(frameref, context);
}

通过log也可以看出来cgcontext default matrix [2, 0, -0, 2, 0, 0]；

最终结果如下，文本从左下角开始渲染，并且没有出现上下颠倒的情况。

这时我们产生新的困扰：

用coretext渲染文字的上下颠倒现象解决，但是修改后的坐标系uikit无法正常使用，如何兼容两种坐标系？

ios可以使用cgcontextsavegstate()方法暂存context状态，然后在coretext绘制完后通过cgcontextrestoregstate ()可以恢复context的变换。

- (void)drawrect:(cgrect)rect {
 [super drawrect:rect];

 cgcontextref context = uigraphicsgetcurrentcontext();
 nslog(@"cgcontext default matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));
 cgcontextsavegstate(context);
 cgcontexttranslatectm(context, 0, self.bounds.size.height);
 cgcontextscalectm(context, 1.0, -1.0);
 nsattributedstring *attrstr = [[nsattributedstring alloc] initwithstring:@"测试文本" attributes:@{
                         nsforegroundcolorattributename:[uicolor whitecolor],
                         nsfontattributename:[uifont systemfontofsize:14],
                         }];
 ctframesetterref framesetter = ctframesettercreatewithattributedstring((__bridge cfattributedstringref) attrstr); // 根据富文本创建排版类ctframesetterref
 uibezierpath * bezierpath = [uibezierpath bezierpathwithrect:cgrectmake(0, 0, 100, 20)];
 ctframeref frameref = ctframesettercreateframe(framesetter, cfrangemake(0, 0), bezierpath.cgpath, null); // 创建排版数据
 ctframedraw(frameref, context);
 cgcontextrestoregstate(context);
 
 
 nslog(@"cgcontext default ctm matrix %@", nsstringfromcgaffinetransform(cgcontextgetctm(context)));
 uilabel *testlabel = [[uilabel alloc] initwithframe:cgrectmake(0, 0, 100, 20)];
 testlabel.text = @"测试文本";
 testlabel.font = [uifont systemfontofsize:14];
 testlabel.textcolor = [uicolor whitecolor];
 [testlabel.layer renderincontext:context];
}

渲染结果如下，控制台输出的两个matrix都是[2, 0, 0, -2, 0, 200]；

遇到的问题

1、uilabel.layer在renderincontext的时候frame失效

初始化uilabel时设定了frame，但是没有生效。

uilabel *testlabel = [[uilabel alloc] initwithframe:cgrectmake(20, 20, 100, 28)];

这是因为frame是在上一层view中坐标的偏移，在renderincontext中坐标起点与frame无关，所以需要修改的是bounds属性：

testlabel.layer.bounds = cgrectmake(50, 50, 100, 28);

2、renderincontext和drawincontext的选择

在把uilabel.layer渲染到context的时候，应该采用drawincontext还是renderincontext？


虽然这两个方法都可以生效，但是根据画线部分的内容来判断，还是采用了renderincontext，并且问题1就是由这里的一句renders in the coordinate space of the layer，定位到问题所在。

3、如何理解coregraphics坐标系不一致后，会出现绘制结果异常？

我的理解方法是，我们可以先不考虑坐标系变换的情况。

如下图，上半部分是普通的渲染结果，可以很容易的想象；

接下来是增加坐标变换后，坐标系变成原点在左上角的顶点，相当于按照下图的虚线进行了一次垂直的翻转。


也可以按照坐标系变换的方式去理解，将左下角原点的坐标系相对y轴做一次垂直翻转，然后向上平移height的高度，这样得到左上角原点的坐标系。

附录

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对移动技术网的支持。

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