24、Mac应用开发与图形编程指南-优快云博客

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Mac应用开发与图形编程指南

一、应用开发操作流程

绑定操作
- 选择Album表列，打开Bindings Inspector。将Value绑定到Photos，设置Controller Key为arrangedObjects，Model Key Path为album.title。
- 选择File Path表列，在Bindings Inspector中，将Value绑定到Photos，Controller Key为arrangedObjects，Model Key Path为filePath。
连接出口
- 右键点击File’s Owner图标，将imagesArrayController出口连接到Photos数组控制器。
- 将imagesTable出口连接到表格视图。
- 保存并关闭XIB文件，切换回Xcode。
运行应用程序
- 保存Xcode或Interface Builder中所有打开的文件，按Command - R构建并运行项目。
- 应用程序运行后，在Mac上找到一些照片，将它们拖到浏览器视图中。尝试重新排列照片。
- 可以从Album菜单创建新相册，并拖入不同的照片。
- 在浏览器或列表视图中双击图像，可在编辑器视图中打开它。在编辑器视图中双击图像，可调出图像调整面板。
- 退出应用程序时，Core Data会自动保存数据。添加一些照片和相册，然后按Command - Q退出。重新启动应用程序，所有数据将恢复。如果要永久删除保存的数据，删除/Users/ /Library/Application Support中的CocoaBookGallery文件夹。注意，点击Xcode工具栏中的Tasks停止图标，数据不会保存，这相当于强制退出。
准备发布
- 若要在Xcode之外或另一台Mac上运行应用程序，需使用Release配置进行构建。从Xcode工具栏中选择Release作为活动配置。
- 验证活动架构为x86_64。双击Xcode侧边栏顶部的Gallery项目图标，打开项目检查器，确保Architectures字段仅为64位Intel。
- 按Command - R构建并运行，确保一切正常。此构建可能比Debug构建耗时更长。
- 打开Xcode侧边栏底部附近的Products组，右键点击Gallery.app，选择Reveal in Finder，可在Finder中找到完成的Gallery应用程序（无需复制标记为Gallery.app.dSYM的文件），可将该文件复制到任何运行Snow Leopard的64位Mac上。

二、Mac OS X图形框架介绍

Mac OS X有多个图形框架可供选择，每个框架都有其特点：
| 框架名称 | 特点 |
| ---- | ---- |
| AppKit | Cocoa的UI部分，有处理颜色、几何、样式文本、位图图像和复杂路径的类和方法，是为Mac UI编写自定义绘图代码的首选。 |
| Core Graphics | 基于C的底层2D绘图框架，也是iPhone SDK的一部分，代码可轻松共享，但C函数和内存管理不如Objective - C的AppKit绘图类方便灵活。 |
| Core Animation | 相对较新的框架，基于OpenGL，可实现许多令人印象深刻的3D和过渡效果，有易于使用的Objective - C接口，使用GPU，速度极快，某些情况下可与AppKit结合使用。 |
| Core Image | 可对图像和视图应用特殊效果，如高斯模糊、光晕、颜色调整以及页面卷曲和溶解等过渡效果，通常与其他框架结合使用，目前在iPhone SDK中不可用。 |

三、基本几何知识

几何结构体定义
- NSPoint ：表示视图中的一个点，有x和y坐标，是CGPoint的别名。

typedef CGPoint NSPoint;
struct CGPoint {
  CGFloat x;
  CGFloat y;
};
typedef struct CGPoint CGPoint;

- **NSSize**：有宽度和高度两个浮点值，与CGSize类型可互换。

typedef CGSize NSSize;
struct CGSize {
  CGFloat width;
  CGFloat height;
};
typedef struct CGSize CGSize;

- **NSRect**：由一个NSPoint类型的origin字段和一个NSSize类型的size字段组成，基于CGRect。

typedef CGRect NSRect;
struct CGRect {
  CGPoint origin;
  CGSize size;
};
typedef struct CGRect CGRect;

几何结构体的创建
- NSPoint创建示例

NSPoint point1;
point1.x = 4;
point1.y = 11;
NSPoint point2;
point2.x = 12;
point2.y = 21;
NSPoint point3 = NSMakePoint ( 19, 8 );
NSPoint point4 = NSMakePoint ( 24, 18 );

- **NSSize创建示例**

NSSize size1;
size1.width  = 1920;
size1.height = 1200;
NSSize size2;
size2.width  = 16;
size2.height = 16;
NSSize size3 = NSMakeSize ( 1024, 768 );
NSSize size4 = NSMakeSize ( 640, 480 );

- **NSRect创建示例**

// create a rect from separate point and size variables.
NSPoint origin1 = NSMakePoint (  0,  0 );
NSSize  size1   = NSMakeSize  ( 40, 40 );
NSRect rect1;
rect1.origin = origin1;
rect1.size   = size1;
// create a rect one field at a time.
NSRect rect2;
rect2.origin.x    = 4;
rect2.origin.y    = 4;
rect2.size.width  = 32;
rect2.size.height = 32;
// create the whole rect in a single line.
rect3 = NSMakeRect ( 20, 80, 200, 200 );

几何结构体与字符串、NSValue的转换
- 转换为字符串 ：使用NSStringFromRect()、NSStringFromSize()和NSStringFromPoint()函数将几何结构体转换为字符串。

NSRect    rect1        = NSMakeRect ( 0, 0 , 200, 400 );
NSString* rectString1  = NSStringFromRect ( rect1 );
NSLog ( @"rect1: %@", rectString1 );
NSSize    size1        = NSMakeSize ( 256, 256 );
NSString* sizeString1  = NSStringFromSize ( size1 );
NSLog ( @"size1: %@", sizeString1 );
NSPoint   point1        = NSMakePoint ( 100, 100 );
NSString* pointString1  = NSStringFromPoint ( point1 );
NSLog ( @"point1: %@", pointString1 );

- **从字符串转换回结构体**：使用NSRectFromString()、NSSizeFromString()和NSPointFromString()函数。

NSString* rectPlist  = @"{{0, 0}, {200, 400}}";
NSString* sizePlist  = @"{256, 256}";
NSString* pointPlist = @"{100, 100}";
NSRect  rect1  = NSRectFromString  ( rectPlist );
NSSize  size1  = NSSizeFromString  ( sizePlist );
NSPoint point1 = NSPointFromString ( pointPlist );

- **转换为NSValue**：使用NSValue的+valueWithRect:、+valueWithSize:和+valueWithPoint:方法将几何结构体转换为NSValue对象，存储在集合中。

NSRect   newRect     = NSMakeRect  ( 10, 10, 100, 100 );
NSSize   newSize     = NSMakeSize  ( 40, 40 );
NSPoint  newPoint    = NSMakePoint ( 4, 4 );
NSValue* rectObject  = [NSValue valueWithRect:newRect];
NSValue* sizeObject  = [NSValue valueWithSize:newSize];
NSValue* pointObject = [NSValue valueWithPoint:newPoint];
NSMutableArray* array = [NSMutableArray array];
[array addObject:rectObject];
[array addObject:sizeObject];
[array addObject:pointObject];
NSLog ( @"NSValue 0: %@", [array objectAtIndex:0] );
NSLog ( @"NSValue 1: %@", [array objectAtIndex:1] );
NSLog ( @"NSValue 2: %@", [array objectAtIndex:2] );

- **从NSValue转换回结构体**：使用-rectValue、-sizeValue或-pointValue方法。

NSRect   newRect     = NSMakeRect  ( 0, 0, 80, 180 );
NSSize   newSize     = NSMakeSize  ( 16, 16 );
NSPoint  newPoint    = NSMakePoint ( 0, 0 );
NSValue* rectObject  = [NSValue valueWithRect:newRect];
NSValue* sizeObject  = [NSValue valueWithSize:newSize];
NSValue* pointObject = [NSValue valueWithPoint:newPoint];
// convert the contents of the NSValue object back
// into a geometry struct.
NSRect  storedRect  = rectObject.rectValue;
NSSize  storedSize  = sizeObject.sizeValue;
NSPoint storedPoint = pointObject.pointValue;

四、Cocoa视图坐标

视图层次结构 ：Cocoa应用程序中的大多数屏幕控件是NSView的子类。视图是视图层次结构的一部分，窗口有一个内容视图，它是该窗口的根视图，内容视图可以有任意数量的子视图，每个子视图又可以有自己的子视图，每个窗口本质上有一个以内容视图为根的视图“树”。
视图的坐标属性 ：视图有两个NSRect属性来描述其大小和位置，bounds是视图的内部坐标系，frame是视图在其父视图内的坐标。要在窗口内移动视图，需更改其frame。
坐标系统 ：Cocoa默认使用笛卡尔坐标系，原点在左下角，值越大越向上和向右，这与iPhone和HTML/CSS坐标系统不同，后者原点在左上角。可通过在NSView子类中实现-isFlipped方法并返回YES来更改此行为，但不强烈推荐，建议使用标准系统，尤其是使用Core Animation时。

五、派生矩形与比较函数

派生矩形函数
- NSOffsetRect() ：获取一个矩形的副本并按指定量移动。

NSRect rect1;
rect1.origin.x    = 100;
rect1.origin.y    = 100;
rect1.size.width  = 30;
rect1.size.height = 25;
NSRect rect2 = NSOffsetRect ( rect1, 5, 10 );
NSRect rect3 = NSOffsetRect ( rect1, -40, -60 );

- **NSIntersectionRect()**：获取两个矩形的重叠区域。

NSRect rect1 = NSMakeRect ( 0, 0, 30, 25 );
NSRect rect2 = NSMakeRect ( 5, 5, 30, 25 );
NSRect rect3 = NSIntersectionRect ( rect1, rect2 );

- **NSUnionRect()**：获取一个完全包围两个输入矩形的矩形。

NSRect rect1;
rect1.origin.x    = 0;
rect1.origin.y    = 0;
rect1.size.width  = 30;
rect1.size.height = 25;
NSRect rect2 = rect1;
rect2.origin.x += 5;
rect2.origin.y += 10;
NSRect rect3 = NSUnionRect ( rect1, rect2 );

- **NSInsetRect()**：获取一个矩形的“内缩”或“外扩”版本。

NSRect rect1;
rect1.origin.x    = 0;
rect1.origin.y    = 0;
rect1.size.width  = 30;
rect1.size.height = 25;
NSRect rect2 = NSInsetRect ( rect1, 2, 2 );
NSRect rect3 = NSInsetRect ( rect1, -10, -20 );

比较函数
- 使用NSEqualPoints()、NSEqualRects()和NSEqualSizes()比较几何结构体。

NSRect  rect1  = NSMakeRect ( 0, 0, 280, 101);
NSRect  rect2;
rect2.origin.x    = 0;
rect2.origin.y    = 0;
rect2.size.width  = 280;
rect2.size.height = 101;
if ( NSEqualRects ( rect1, rect2 ) )
    NSLog (@"rect1 and rect2 are equal");
NSSize size1 = NSMakeSize ( 42, 42 );
NSSize size2 = NSMakeSize ( 24, 24 );
if ( NSEqualSizes ( size1, size2) )
    NSLog (@"size1 and size2 are equal");
NSPoint point1 = NSMakePoint ( 0, 0 );
if ( NSEqualPoints ( point1, NSZeroPoint ) )
    NSLog (@"point1 and NSZeroPoint are equal");

- 空间比较函数

方法	描述
NSIntersectsRect()	如果矩形至少部分重叠，返回YES
NSContainsRect()	如果第一个矩形完全包含第二个矩形，返回YES
NSPointInRect()	如果点在矩形内，返回YES

NSRect rect1  = NSMakeRect ( 10, 10,  40,  40 );
NSRect rect2  = NSMakeRect ( 10, 10, 500, 500 );
if ( NSIntersectsRect ( rect1, rect2 ))
    NSLog (@"rect1 intersects rect2");

if ( NSContainsRect ( rect1, rect2 ))
    NSLog (@"rect1 contains rect2");
NSPoint point1 = NSMakePoint ( 10, 10 );
NSRect  rect3  = NSMakeRect  ( 0, 0, 200, 200 );
NSView* view   = [[NSView alloc] initWithFrame:rect3];
if ( NSPointInRect ( point1, view.frame ))
    NSLog (@"point1 is inside the view");
[view release];

六、基本绘图

要进行绘图，有三个必要条件：颜色、要绘制的对象和绘图的位置。使用NSColor类创建颜色，可从简单的矩形开始绘制，绘图位置通常是一个视图。

Mac应用开发与图形编程指南

七、基本绘图的实践步骤

在了解了基本绘图的必要条件后，下面详细说明如何进行基本绘图的操作。
1. 创建颜色 ：利用 NSColor 类来创建颜色。例如，创建红色：

NSColor *redColor = [NSColor redColor];

选择绘图对象 ：以简单的矩形为例，我们可以使用之前提到的 NSRect 结构体来定义矩形的大小和位置。

NSRect rect = NSMakeRect(50, 50, 200, 150);

设置绘图上下文 ：在进行绘图之前，需要设置绘图上下文。这里我们假设在一个自定义的 NSView 子类中进行绘图，重写 drawRect: 方法。

- (void)drawRect:(NSRect)dirtyRect {
    // 获取当前的绘图上下文
    NSGraphicsContext *currentContext = [NSGraphicsContext currentContext];
    // 设置填充颜色
    NSColor *fillColor = [NSColor blueColor];
    [fillColor setFill];
    // 绘制矩形
    NSRectFill(rect);
}

在上述代码中，首先获取当前的绘图上下文，然后设置填充颜色为蓝色，最后使用 NSRectFill 函数绘制矩形。

八、图形编程框架的选择建议

在进行图形编程时，如何选择合适的框架是一个关键问题。下面为不同场景提供一些框架选择建议：
| 场景 | 推荐框架 | 原因 |
| ---- | ---- | ---- |
| 快速开发Mac UI自定义绘图 | AppKit | 具有丰富的类和方法，可处理颜色、几何、样式文本等，且使用Objective - C，开发便捷 |
| 需要跨Mac和iPhone平台共享代码 | Core Graphics | 是iPhone SDK的一部分，代码可共享，但C函数和内存管理需注意 |
| 实现3D和过渡效果 | Core Animation | 基于OpenGL，有简单的Objective - C接口，使用GPU速度快 |
| 应用图像特殊效果 | Core Image | 可实现高斯模糊、颜色调整等效果，通常与其他框架结合使用 |

九、图形编程的常见误区与解决方法

在图形编程过程中，可能会遇到一些常见的误区，以下是一些常见问题及解决方法：
1. 坐标系统混淆 ：由于Cocoa默认使用笛卡尔坐标系，而iPhone和HTML/CSS使用左上角为原点的坐标系，容易造成混淆。解决方法是在开发过程中明确使用的坐标系统，尽量遵循标准系统，尤其是使用Core Animation时。
2. 内存管理问题 ：在使用Core Graphics时，C函数的内存管理不如Objective - C方便，容易出现内存泄漏。解决方法是仔细阅读文档，正确使用内存分配和释放函数，例如 CGContextRelease 等。
3. 代码兼容性问题 ：不同版本的Mac OS X和iPhone OS对图形框架的支持可能有所不同。解决方法是在开发前了解目标平台的版本要求，进行充分的测试。

十、图形编程的优化策略

为了提高图形编程的性能和效果，可以采用以下优化策略：
1. 减少重绘区域 ：在 drawRect: 方法中，只重绘需要更新的区域，避免不必要的重绘。可以使用 NSIntersectionRect 函数来计算需要重绘的区域。

NSRect dirtyRect = [self bounds];
NSRect redrawRect = NSIntersectionRect(dirtyRect, rect);
if (!NSIsEmptyRect(redrawRect)) {
    // 进行重绘操作
}

使用缓存 ：对于一些复杂的图形绘制，可以将绘制结果缓存起来，下次需要时直接使用缓存结果，减少重复计算。
合理使用GPU ：Core Animation和Core Graphics都可以利用GPU来提高性能。在开发过程中，尽量使用这些支持GPU加速的框架。

十一、总结与展望

通过以上内容，我们详细介绍了Mac应用开发中的图形编程相关知识，包括开发操作流程、图形框架介绍、基本几何知识、视图坐标、派生矩形与比较函数、基本绘图等方面。在实际开发中，需要根据具体需求选择合适的框架和方法，同时注意避免常见误区，采用优化策略提高性能。

未来，随着技术的不断发展，图形编程领域将会有更多的创新和突破。例如，更强大的GPU支持将使得3D和动画效果更加逼真和流畅；新的图形算法和技术将为开发者提供更多的创意空间。我们期待在未来的开发中，能够利用这些新技术创造出更加出色的图形应用。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示基本绘图的流程：

graph TD;
    A[创建颜色] --> B[选择绘图对象];
    B --> C[设置绘图上下文];
    C --> D[进行绘图操作];

希望以上内容对大家在Mac应用开发和图形编程方面有所帮助，大家可以根据这些知识进行实践和探索，不断提升自己的开发能力。