新手入门 CAD 开发：用 C+++Qt 搭建基础框架（第一步：画布与基础绘图）

        上一篇文章我们理清了 CAD 开发的核心基础知识，这一篇就从实战出发 —— 用 C++ 结合 Qt 搭建 CAD 软件的基础框架，完成 “可绘图的画布” 核心功能。作为新手，这一步的目标很明确：创建一个带菜单栏的窗口，实现 “画点、画直线、画圆” 的基础操作，理解 Qt 绘图的核心逻辑，为后续扩展打下基础。

一、前期准备（新手必看）

1. 开发环境搭建

• 工具：Qt Creator（直接下载 Qt 官方安装包，包含 Qt 库和编译器，新手推荐 Qt 5.15 版本，兼容性好）；
• 语言：C++（Qt 对 C++ 支持完善，且后续几何计算、性能优化更方便）；
• 无需额外库：本章仅用 Qt 自带的QWidget（画布）、QPainter（绘图工具）、QEvent（事件处理），不用额外安装第三方库，降低入门难度。

2. 核心思路拆解

本次搭建的基础框架，核心是实现 3 件事：

1. 一个 “画布” 窗口：作为绘图区域，支持鼠标交互；
2. 绘图功能：通过菜单栏选择 “画点 / 画直线 / 画圆”，用鼠标操作完成绘制；
3. 数据存储：用简单的数据结构存储绘制的图形（比如直线的两个端点、圆的圆心和半径），确保窗口刷新后图形不消失。

二、实战开发步骤（分模块讲解，附完整代码）

第一步：创建 Qt 项目

1. 打开 Qt Creator，新建 “Qt Widgets Application” 项目；
2. 项目名称：SimpleCAD，选择保存路径；
3. 基类选择QMainWindow（带菜单栏、工具栏，适合做软件主窗口）；
4. 取消 “创建界面文件（.ui）”（新手先手动写代码，理解界面逻辑，后续再用 UI 设计器）。

第二步：设计核心数据结构（存储图形）

CAD 软件的核心是 “图形数据”，每个图形需要存储：类型（点 / 线 / 圆）、坐标、样式（颜色 / 线型）。我们用 C++ 的 “结构体 + 枚举” 来定义，清晰又好维护。

在SimpleCAD.h中添加以下代码：

// 图形类型枚举（支持点、直线、圆）
enum ShapeType {
    Point,
    Line,
    Circle,
    None // 无选中绘图工具
};

// 基础图形结构体（存储所有图形的通用属性）
struct BaseShape {
    ShapeType type;       // 图形类型
    QColor color;         // 颜色
    int penWidth;         // 线宽
    // 构造函数（初始化默认值）
    BaseShape(ShapeType t) : type(t), color(Qt::black), penWidth(2) {}
};

// 点图形（继承基础图形，添加坐标属性）
struct PointShape : public BaseShape {
    QPointF pos;          // 点的坐标（用QPointF支持浮点数，精度更高）
    PointShape() : BaseShape(Point) {}
};

// 直线图形（继承基础图形，添加两个端点坐标）
struct LineShape : public BaseShape {
    QPointF startPos;     // 起点
    QPointF endPos;       // 终点
    LineShape() : BaseShape(Line) {}
};

// 圆图形（继承基础图形，添加圆心和半径）
struct CircleShape : public BaseShape {
    QPointF center;       // 圆心
    qreal radius;         // 半径（qreal是Qt的浮点数类型，跨平台兼容）
    CircleShape() : BaseShape(Circle), radius(0) {}
};

第三步：搭建主窗口框架（菜单栏 + 画布）

主窗口包含两部分：顶部菜单栏（选择绘图工具）、中央画布（绘图区域）。我们用QMainWindow作为主窗口，自定义一个CanvasWidget类作为画布（继承QWidget）。

1. 自定义画布类（CanvasWidget）

画布是绘图的核心，需要处理：鼠标事件（点击、拖动）、绘图事件（刷新时重绘图形）。在SimpleCAD.h中添加CanvasWidget类：

#include <QMainWindow>
#include <QWidget>
#include <QPainter>
#include <QVector>
#include <QMouseEvent>

// 画布类（负责绘图和鼠标交互）
class CanvasWidget : public QWidget {
    Q_OBJECT
public:
    CanvasWidget(QWidget *parent = nullptr) : QWidget(parent) {
        setBackgroundColor(Qt::white); // 画布默认白色
        currentTool = None;             // 初始无选中工具
    }

    // 设置当前绘图工具（从主窗口菜单栏调用）
    void setCurrentTool(ShapeType tool) {
        currentTool = tool;
    }

private:
    ShapeType currentTool;            // 当前选中的绘图工具
    QVector<BaseShape*> shapes;       // 存储所有绘制的图形（动态数组，自动扩容）
    // 临时图形（比如画直线时，拖动过程中显示的临时线）
    BaseShape* tempShape = nullptr;

    // 设置画布背景色
    void setBackgroundColor(QColor color) {
        setPalette(QPalette(color));
        setAutoFillBackground(true);
    }

    // 绘图事件（窗口刷新时自动调用，必须重写）
    void paintEvent(QPaintEvent *event) override {
        Q_UNUSED(event);
        QPainter painter(this);       // 创建绘图工具
        painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing); // 抗锯齿（避免线条锯齿）

        // 绘制所有已保存的图形
        foreach (BaseShape* shape, shapes) {
            drawShape(&painter, shape);
        }

        // 绘制临时图形（比如拖动过程中的直线/圆）
        if (tempShape != nullptr) {
            drawShape(&painter, tempShape);
        }
    }

    // 鼠标按下事件（绘图的起点）
    void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override {
        if (currentTool == None) return; // 无选中工具，不处理
        QPointF pos = event->pos();      // 获取鼠标点击坐标（相对于画布）

        // 根据当前工具创建临时图形
        switch (currentTool) {
            case Point: {
                // 画点：点击即完成，直接添加到图形列表
                PointShape* point = new PointShape;
                point->pos = pos;
                shapes.append(point);
                update(); // 刷新画布，显示新图形
                break;
            }
            case Line: {
                // 画直线：按下是起点，拖动是终点，先创建临时线
                LineShape* line = new LineShape;
                line->startPos = pos;
                line->endPos = pos; // 初始终点=起点
                tempShape = line;
                break;
            }
            case Circle: {
                // 画圆：按下是圆心，拖动是半径，创建临时圆
                CircleShape* circle = new CircleShape;
                circle->center = pos;
                tempShape = circle;
                break;
            }
            default:
                break;
        }
    }

    // 鼠标移动事件（拖动时更新临时图形）
    void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) override {
        if (tempShape == nullptr) return; // 无临时图形，不处理
        QPointF pos = event->pos();

        // 根据临时图形类型更新坐标
        switch (tempShape->type) {
            case Line: {
                LineShape* line = dynamic_cast<LineShape*>(tempShape);
                line->endPos = pos; // 更新直线终点
                break;
            }
            case Circle: {
                CircleShape* circle = dynamic_cast<CircleShape*>(tempShape);
                // 计算圆心到当前鼠标位置的距离（半径）
                circle->radius = sqrt(pow(pos.x() - circle->center.x(), 2) + 
                                     pow(pos.y() - circle->center.y(), 2));
                break;
            }
            default:
                break;
        }
        update(); // 实时刷新画布，显示拖动效果
    }

    // 鼠标释放事件（完成绘图，保存临时图形）
    void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event) override {
        Q_UNUSED(event);
        if (tempShape != nullptr) {
            // 过滤无效图形（比如半径为0的圆）
            if (tempShape->type == Circle) {
                CircleShape* circle = dynamic_cast<CircleShape*>(tempShape);
                if (circle->radius < 1) { // 半径太小，视为无效
                    delete tempShape;
                    tempShape = nullptr;
                    return;
                }
            }
            // 将临时图形添加到正式列表
            shapes.append(tempShape);
            tempShape = nullptr; // 清空临时图形
        }
    }

    // 辅助函数：根据图形类型绘制（统一绘图逻辑）
    void drawShape(QPainter* painter, BaseShape* shape) {
        if (shape == nullptr) return;
        // 设置画笔样式（颜色、线宽）
        QPen pen(shape->color, shape->penWidth);
        painter->setPen(pen);

        // 根据图形类型绘制
        switch (shape->type) {
            case Point: {
                PointShape* point = dynamic_cast<PointShape*>(shape);
                // 画点：用小圆形表示（点太小看不见）
                painter->drawEllipse(point->pos, 3, 3); 
                break;
            }
            case Line: {
                LineShape* line = dynamic_cast<LineShape*>(shape);
                painter->drawLine(line->startPos, line->endPos);
                break;
            }
            case Circle: {
                CircleShape* circle = dynamic_cast<CircleShape*>(shape);
                // 画圆：QPainter的drawEllipse参数是“矩形区域”，需计算左上角坐标
                QRectF rect(circle->center.x() - circle->radius, 
                            circle->center.y() - circle->radius,
                            circle->radius * 2, circle->radius * 2);
                painter->drawEllipse(rect);
                break;
            }
            default:
                break;
        }
    }
};

2. 主窗口类（SimpleCADWindow）

主窗口负责创建菜单栏，将画布作为中央部件，关联 “绘图工具” 菜单与画布的绘图功能。在SimpleCAD.h中添加主窗口类：

// 主窗口类（包含菜单栏和画布）
class SimpleCADWindow : public QMainWindow {
    Q_OBJECT
public:
    SimpleCADWindow(QWidget *parent = nullptr) : QMainWindow(parent) {
        // 设置窗口大小和标题
        setWindowTitle("SimpleCAD - 新手入门版");
        resize(800, 600);

        // 创建画布并设置为中央部件
        canvas = new CanvasWidget(this);
        setCentralWidget(canvas);

        // 创建菜单栏
        createMenuBar();
    }

private:
    CanvasWidget* canvas;

    // 创建菜单栏
    void createMenuBar() {
        QMenuBar* menuBar = new QMenuBar(this);
        setMenuBar(menuBar);

        // 1. 绘图工具菜单（核心）
        QMenu* drawMenu = new QMenu("绘图工具(&D)", this);
        menuBar->addMenu(drawMenu);

        // 菜单动作：画点
        QAction* pointAction = new QAction("画点(&P)", this);
        pointAction->setShortcut(QKeySequence("Ctrl+P")); // 快捷键
        connect(pointAction, &QAction::triggered, [=]() {
            canvas->setCurrentTool(Point);
        });

        // 菜单动作：画直线
        QAction* lineAction = new QAction("画直线(&L)", this);
        lineAction->setShortcut(QKeySequence("Ctrl+L"));
        connect(lineAction, &QAction::triggered, [=]() {
            canvas->setCurrentTool(Line);
        });

        // 菜单动作：画圆
        QAction* circleAction = new QAction("画圆(&C)", this);
        circleAction->setShortcut(QKeySequence("Ctrl+C"));
        connect(circleAction, &QAction::triggered, [=]() {
            canvas->setCurrentTool(Circle);
        });

        // 添加动作到菜单
        drawMenu->addAction(pointAction);
        drawMenu->addAction(lineAction);
        drawMenu->addAction(circleAction);

        // 2. 辅助菜单：清空画布
        QMenu* editMenu = new QMenu("编辑(&E)", this);
        menuBar->addMenu(editMenu);
        QAction* clearAction = new QAction("清空画布(&Clear)", this);
        clearAction->setShortcut(QKeySequence("Ctrl+Del"));
        connect(clearAction, &QAction::triggered, [=]() {
            // 重新创建画布（简单粗暴，新手易懂）
            delete canvas;
            canvas = new CanvasWidget(this);
            setCentralWidget(canvas);
        });
        editMenu->addAction(clearAction);
    }
};

3. 主函数（程序入口）

在main.cpp中编写主函数，启动应用程序：

#include <QApplication>
#include "SimpleCAD.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication a(argc, argv);
    SimpleCADWindow w;
    w.show(); // 显示主窗口
    return a.exec(); // 进入Qt事件循环
}

第三步：编译运行，测试功能

1. 点击 Qt Creator 的 “运行” 按钮（绿色三角），编译无错误后会弹出窗口；
2. 测试核心功能：
   • 菜单栏 “绘图工具”→“画点”（或 Ctrl+P），点击画布任意位置，会出现黑色小点；
   • 选择 “画直线”（Ctrl+L），鼠标按下拖动，释放后生成直线；
   • 选择 “画圆”（Ctrl+C），鼠标按下（圆心）拖动（半径），释放后生成圆；
   • 菜单栏 “编辑”→“清空画布”（Ctrl+Del），可重置画布。

三、核心逻辑讲解（新手必懂）

1. Qt 绘图的核心：QPainter与paintEvent

• QPainter：Qt 的绘图工具，相当于 “画笔”，可以设置颜色、线宽、抗锯齿等，提供drawLine、drawEllipse等绘图函数；
• paintEvent：窗口刷新时（比如拖动窗口、调用update()）自动触发的事件，所有绘图操作必须放在这里，否则图形会消失；
• 抗锯齿：painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing)，新手一定要加，否则线条边缘会有锯齿，影响视觉效果。

2. 鼠标事件的联动：按下→移动→释放

CAD 绘图的核心交互逻辑就是这三个事件的配合：

• 按下（mousePressEvent）：确定绘图起点（比如直线的起点、圆的圆心）；
• 移动（mouseMoveEvent）：实时更新图形（比如直线的终点、圆的半径），通过update()刷新画布，实现 “拖动实时显示”；
• 释放（mouseReleaseEvent）：完成绘图，将临时图形保存到正式列表中。

3. 图形数据的存储：QVector与继承

• 用QVector<BaseShape*>存储所有图形，QVector是 Qt 的动态数组，支持动态添加、遍历，适合存储不确定数量的图形；
• 所有图形继承自BaseShape，统一存储在一个列表中，绘图时通过dynamic_cast转换类型，这种设计便于后续扩展（比如添加矩形、多边形）。

四、新手扩展建议（下一步优化方向）

完成这个基础框架后，新手可以按以下方向逐步扩展，加深理解：

1. 增加图形样式设置：比如菜单栏添加 “颜色选择”“线宽调整”，修改BaseShape的color和penWidth属性；
2. 实现图形选中功能：在mousePressEvent中判断鼠标坐标是否落在图形上（比如直线的附近、圆的内部），选中后高亮显示；
3. 添加文件保存功能：用 Qt 的QFile将shapes列表中的图形坐标、类型保存为 JSON 文件，支持 “打开文件” 重新绘制；
4. 优化清空画布逻辑：不用重新创建画布，而是遍历shapes列表删除所有图形对象，避免内存泄漏（新手可先了解delete的使用）。

五、常见问题排查（新手避坑）

1. 编译报错 “未定义标识符”：检查头文件是否包含完整，QVector、QPainter等类是否添加了对应的头文件（比如#include <QVector>）；
2. 图形拖动时闪烁：Qt 默认开启双缓冲绘图，一般不会闪烁，如果出现闪烁，可在CanvasWidget的构造函数中添加setAttribute(Qt::WA_NoSystemBackground, true);；
3. 鼠标坐标不准确：event->pos()获取的是相对于当前部件（画布）的坐标，event->globalPos()是屏幕坐标，新手务必用pos()；
4. 内存泄漏：每次删除shapes中的图形时，要调用delete释放内存（比如清空画布时，遍历shapes并delete每个元素，再clear()列表）。

总结

用 C+++Qt 搭建 CAD 基础框架，核心是掌握 “Qt 绘图机制 + 鼠标事件处理 + 图形数据存储” 这三个关键点。本章实现的框架虽然简单，但已经包含了 CAD 软件的核心逻辑：通过交互事件获取用户操作，将操作转换为几何数据，再通过绘图工具显示在画布上。

作为新手，不用急于添加复杂功能，先把这个基础框架吃透，理解每个函数、每个类的作用，再逐步扩展。下一篇文章我们会实现 “图形选中、移动、编辑” 功能，进一步完善 CAD 的核心交互逻辑。如果在实践中遇到问题，欢迎在评论区交流～