15.4.2 创建和组合绘图-优快云博客

本文介绍了一个简单的绘图系统，可以通过组合基本图形元素如圆来创建复杂的图像。文章详细讲解了如何使用函数式编程方法实现图形的创建、平移和组合，并展示了如何利用这些基本概念制作动画。

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15.4.2 创建和组合绘图

我们要保持事情，简单地画一个圆。我们可以用类似的方式，实现很多其他类型，但是，我们来看一个例子，可以添加更多的绘图。精确的形状并不是特别重要的，在我们可以讨论的更有趣的组合的话题之前，需要一些具体的东西。

创建和移动圆

创建绘图，大约就是在图形对象上提供绘制的函数，图形对象是这个函数参数值。图形类型具有 FillEllipse 方法，所以，基实现根本不应该棘手。值得注意的是，清单包含了少量的额外的噪音：添加另一个绘图只需要几行代码。清单 15.13 显示了 C# 和 F# 的实现。

Listing 15.13 Creating circle in F# and C#

// C# version
public static class Drawings {
public static IDrawing Circle(Brush brush, float size) { return new Drawing(gr => gr.FillEllipse(brush, -size/2.0f, -size/2.0f, size, size) ); } }

// F# version
module Drawings =
let circle brush size = drawing(fun g –> g.FillEllipse(brush, -size/2.0f, -size/2.0f, size, size))

为了更好地组织代码，我们把函数放在名叫 Drawings 的组织单元内。在 C# 中，它被实现为静态类，而在 F# 中，使用模块。C# 代码实现 Circle 方法，创建一个新的 Drawing对象，把绘图函数给它作为参数。Lambda 函数调用 FillEllipse，指定画笔和大小。在 F# 中，我们把 circle 实现为一个简单的函数，取画笔和大小作为两个参数。

在传统的函数式设计中，这是写函数的首选方法，除非有一些逻辑原因，需要使用元组（例如，一个元组表示有两个坐标的点）。在 F# 中，我们一直在更经常使用元组化（tupled）的参数，以符合通常的 .NET 编码风格，但在这里，我们将使用函数的方法。开发组合库时，使用函数风格，通常是一个好主意，我们将很快看到这种设计如何可以方便地创建动画圆。

该函数使用我们早些时候实现的高阶函数 drawing，给它 lambda 函数画圆。现在，我们将使用 circle 作为唯一的绘图基元，并看到我们能用它来做什么。

如果我们创建了两个圆，它们两个的中心都是点 (0, 0)。这意味着，如果我们组合两个圆，就不会得到非常有趣的结果。清单 15.13 中的代码，可以指定一个圆的大小，但看来，我们忘了指定位置！其实这是经过故意的，因为我们要使用不同的方法指定位置。我们将创建一个圆，以 (0,0) 为中心，并将其移动到任何我们需要的点。

我们会把绘图的运动实现为函数（或方法），它取绘图和一对坐标作为参数。然后，返回新的绘图，绘制原来的图形，经过给定偏移量的平移。我们如何能够实现这个函数呢？我们可以把原始绘图绘制为位图，然后，绘制位图到指定的坐标，但有一个更简单的解决方案。我们将使用绘图的图形类型，直接支持平移转换。清单 15.14 显示了这两种语言的实现。

Listing 15.14 Translating drawings in F# and C#

// F# version
let translate x y (img:Drawing) =
drawing(fun g –> g.TranslateTransform(x, y) img.Draw(g) g.TranslateTransform(-x, -y) )

// C# version
public static IDrawing Translate(this IDrawing img, float x, float y) {
return new Drawing(g => { g.TranslateTransform(x, y); img.Draw(g); g.TranslateTransform(-x, -y); } ); }

这个组合返回一个新的平移后的绘图值。这个实现使用的创建模式，绘制圆的代码相同。 F# 函数使用 drawing 基元，指定如何绘制平移的图形，而在 C# 中，我们直接创建一个新的 Drawing 对象，并指定绘图函数。C# 版本把 Translate 实现为扩展方法，这样，可以使用点表示法来调用。注意，我们为接口 IDrawing 加了一个方法。没有扩展方法，这是不可能的，因为，接口只能包含抽象成员。

这一次，这个实现稍微有趣一点了，它改变了使用的坐标系的原点，当在图形上使用 TranslateTransform 绘图时。这意味着，如果我们运行原始的绘图代码（例如，绘制一个圆），它仍将绘制在 (0,0)，但是这个点其实会在图形表面的其它地方。一旦我们配置平移，再运行原始绘图，并重置变换。严格地说，我们可以运行代码，在 finally 块中恢复原始设置，但我们想保持代码的简单性。

现在，我们可以到处移动绘图，终于可以创建其他的东西，而不是绘制叠在一起的圆。然而，我们不想在所有的时候者使用绘图的集合。那么，我们如何可以从两个绘图创建一个绘图呢？

组合绘图

如果把所有的绘图保存在集合中，组合绘图，将不得不重复许多函数。我们可能要在集合中移动所有绘图，但平移只适用于单个绘图。相反，我们想要创建一个绘图，将绘制所有的组合值，我们将创建一个组合函数实现这个目标。要理解这个函数的工作方式，我们可以看看它的类型签名：

val compose : Drawing -> Drawing –> Drawing

这个函数取两个绘图值作为参数，并返回一个绘图。我们不需要指定任何偏移量，定义绘图的位置，因为我们可以在调用 compose 前，平移参数，使用上一节中的 translate 函数。这个实现是很简单，下面你可以看到。

Listing 15.15 Creating composed drawing in F# and C#

// F# version
let compose (img1:Drawing) (img2:Drawing) =
drawing(fun g –> img1.Draw(g) img2.Draw(g) )

// C# version
public static IDrawing Compose(this IDrawing img1, IDrawing img2) {
return new Drawing(g => { img1.Draw(g); img2.Draw(g); } ); }

清单 15.15 再一次重复了我们一直在使用的创建绘图的模式。这一次，使用的新绘图的 lambda 函数，调用 Draw 方法，把两个原始绘图组合到一起。

使用刚刚已经实现的三个函数，可以在不同的位置，创建几个包含多种色彩的圆的绘图。实现其他基元绘图会很简单，但不会教给我们新的东西，因此，在这一章我们坚持用圆。

到目前为止，我们已经看到用于实现绘图的代码，但还没有使用。我们探索动画之前，让我们看一些代码，来创建一个简单的绘图。我们还不会创建完整的应用程序，因为，这样可以更容易演示绘图什么时候开始动起来，现在，我们只看一下代码。图 15.4 显示了我们要创建的简单绘图。

图 15.4 两个圆，用 translate 移动，compose 组合。

我们只看 F# 版本的代码。一旦把所有的一切都转换成动画，C# 示例会更有趣。

open Drawings

let greenCircle = circle Brushes.OliveDrab 100.0f
let blueCircle = circle Brushes.SteelBlue 100.0f

let greenAndBlue =
compose (translate -35.0f 35.0f greenCircle) (translate 35.0f -35.0f blueCircle)

代码首先通过引用 Drawings 模块，包含了用于处理绘图的所有函数。接下来，创建一个绿色、一个蓝色的圆，大小为 100 个像素。我们在不同的方向上移动这些圆，大约 50 个像素，然后，组合这两个平移过的绘图，创建一个新的绘图值。

注意

在这一节中，我们只实现了几个基本的绘图函数，但还有许多其他可能需要尝试的概念。可以创建新的基元，比如，正方形或位图，还有一些新的转换，比如，旋转和缩放。图形类型使得实现这些很容易，使用 RotateTransform 和 ScaleTransform。你首先可能想完成这一章，因此，可以看到每一个如何运行成动画。

现在，我们已经分别实现了绘图和时变值的概念，把这两者结合起来实现动画很简单。