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版本号	时间
V1.0	2017.08.08

前言

quartz是一个通用的术语，用于描述在iOS和MAC OS X 中整个媒体层用到的多种技术包括图形、动画、音频、适配。Quart 2D 是一组二维绘图和渲染API，Core Graphic会使用到这组API，Quartz Core专指Core Animation用到的动画相关的库、API和类。CoreGraphics 是UIKit下的主要绘图系统，频繁的用于绘制自定义视图。Core Graphics是高度集成于UIView和其他UIKit部分的。Core Graphics数据结构和函数可以通过前缀CG来识别。在app中很多时候绘图等操作我们要利用CoreGraphic框架，它能绘制字符串、图形、渐变色等等，是一个很强大的工具。下面几篇就主要介绍CoreGraphics这个工具。

框架概览

我们先看一下框架CoreGraphics的组成。

#import <CoreGraphics/CoreGraphics.h>

这个框架包含以下的文件。

#ifndef COREGRAPHICS_H_
#define COREGRAPHICS_H_

#include <CoreGraphics/CGBase.h>

#include <CoreGraphics/CGAffineTransform.h>
#include <CoreGraphics/CGBitmapContext.h>
#include <CoreGraphics/CGColor.h>
#include <CoreGraphics/CGColorConversionInfo.h>
#include <CoreGraphics/CGColorSpace.h>
#include <CoreGraphics/CGContext.h>
#include <CoreGraphics/CGDataConsumer.h>
#include <CoreGraphics/CGDataProvider.h>
#include <CoreGraphics/CGError.h>
#include <CoreGraphics/CGFont.h>
#include <CoreGraphics/CGFunction.h>
#include <CoreGraphics/CGGeometry.h>
#include <CoreGraphics/CGGradient.h>
#include <CoreGraphics/CGImage.h>
#include <CoreGraphics/CGLayer.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFArray.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFContentStream.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFContext.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFDictionary.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFDocument.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFObject.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFOperatorTable.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFPage.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFScanner.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFStream.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFString.h>
#include <CoreGraphics/CGPath.h>
#include <CoreGraphics/CGPattern.h>
#include <CoreGraphics/CGShading.h>

#endif  /* COREGRAPHICS_H_ */

使用这些文件时必须显式的引用。

#import <CoreGraphics/CoreGraphics.h>

框架的应用

1. 几个应用方向

这个框架主要应用的方向其实就是绘制自定义视图，几个具有代表性的方向：

绘制文字
根据任意路径绘制图像
绘制渐变色
抗锯齿渲染

2. 几个专业术语

还需要注意下面几个专业术语：

路径 path
阴影 shadow
笔画 stroke
剪裁路径 Clip Path
线条粗细 Line Width
混合模式Blend Mode
填充色 Fill Color
当前形变矩阵Current Transform Matrix
线条图案Line Dash

3. 几个重要概念

上下文 Context

这个是绘图中最重要的概念，相当于我们画图的画布，我们可以简单地给Quartz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设备上。而不需要任何设备相关的计算，这些都由Quartz替我们完成。

我们还可以从下面角度理解上下文。

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。
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，通过调用UIGraphicsGetCurrentContext()方法可以获取当前的Graphics Context。
Quartz2D的坐标系统原点是左下角，UI控件的坐标系统原点是左上角，如果绘图的上下文，是使用UIGraphicsGetCurrentContext或者其他以UI开头的方法获取到的，在绘图时无需进行坐标转换。

主要有下面几种上下文：

Bitmap Graphics Context
PDF Graphics Context
Window Graphics Context
Layer Graphics Context
Printer Graphics Context

4. 框架架构及原理

下面看一下ios图像处理模块的经典原理配图。

ios图像处理

最上层是UIKit框架，这是服务于Application的最前端框架，封装了所有控件类和操作；在其之下是Core Animation框架，借助与这个框架，Apple向开发人员提供了非常方便的动画处理功能和图像渲染功能。再往下，分离成基于GPU绘图的OpenGL ES层和基于CPU绘图的Core Graphic层。最底层的就是支持最终绘图的硬件平台，包括GPU，CPU，缓存，总线等等。

下面看一下CoreAnimation渲染。

CoreAnimation渲染

这里虽然画着是他们都具有很明显的分隔，但是实际上他们的应用是十分紧密的，可以看一下下面的原理图。

工作原理图

这里可以看见，CPU和GPU都可以绘图，不过最终都是送到GPU进行显示了。

CPU和GPU工作关系

下面看几个容易混淆的概念CoreGraphics、QuartzCore和Quartz。

CoreGraphics.framework
- Quartz 2D : API manages the graphic context and implements drawing.
- Quartz Services : API provides low level access to the window server. This includes display hardware, resolution, refresh rate, and others.
QuartzCore.framework
- Core Animation : Objective-C API to do 2D animation.
- Core Image: image and video processing (filters, warp, transitions).iOS 5
Quartz.framework （OS X only）
- Image Kit: display and edit images.
- PDF Kit: display and edit PDFs.
- Quartz Composer: display Quartz Composer compositions.
- QuickLookUI: preview media elements.
其它一些Quartz技术：
- Quartz Extreme: GPU acceleration for Quartz Composer.
- QuartzGL (aka "Quartz 2D Extreme"): GPU acceleration for Quartz 2D.

5. 几个重要的问题

Quartz2D坐标转换

CGContextRotateCTM(CGContextRef c, CGFloat angle)方法可以相对原点旋转上下文坐标系。
-CGContextTranslateCTM(CGContextRef c, CGFloat tx, CGFloat ty)方法可以相对原点平移上下文坐标系。
CGContextScaleCTM(CGContextRef c, CGFloat sx, CGFloat sy)方法可以缩放上下文坐标系。

注意：

转换坐标系前，使用CGContextSaveGState(CGContextRef c)保存当前上下文状态。
坐标系转换后，使用CGContextRestoreGState(CGContextRef c)可以恢复之前保存的上下文状态。

drawRect:方法注意事项

是在UIViewController的loadView和viewDidLoad两方法之后调用的。
如果在UIView初始化时没有设置CGRect，drawRect:将不会被自动调用。
如果设置UIView的contentMode属性值为UIViewContentModeRedraw，那么将在每次更改frame时自动调用drawRect:。
如果使用UIView绘图，只能在drawRect:方法中获取相应的CGContextRef并绘图。而在其他方法中获取的CGContextRef不能用于绘图。
重绘时应该调用setNeedsDisplay，而不能直接调用drawRect:，setNeedsDisplay会自动调用drawRect:。

内存管理问题

Quartz2D是C语言的框架,并且部分需要自己管理内存，使用含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。
使用不含有Create或Copy的函数获取的对象，则不需要释放。
如果retain了一个对象，不再使用时，需要将其release掉。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。也可以使用 Core Foundation的CFRetain和CFRelease。注意不能传递NULL值给这些函数。

参考文章

1. iOS 2D Graphic（1）—— Concept 基本概念和原理
 2. 整理一下CoreGraphic和Quartz2D的知识(一)

后记

未完，待续~~~

秋天

CoreGraphic框架解析（一）—— 基本概览