在 Qt 2D 世界中，图形基本都由点、线、矩形、多边形、椭圆、圆、折线、曲线、文本、贴图等基本元素辅以着色而构成，而且 QPainter 类已经提供了这些元素的绘制方法，花点时间掌握这些方法，也就掌握了 Qt 2D图形控件的制作，余下的就是勤学多练、孰能生巧了。

一、点

在 Qt 中使用 QPoint 或 QPointF 类型表示一个点的坐标。

QPoint 和 QPointF 的区别在于：QPoint 使用整型表示 X 和 Y 坐标，而 QPointF 使用 qreal 浮点类型表示X和Y坐标。下面如无特殊说明，所介绍的方法都适用于两个类型。

QPoint 类型虽然提供了 isNull 方法来判断对象是否为空，在 X 和 Y 坐标均为 0 时，isNull 返回 true，其他情况返回 false。在使用 QPoint::isNull 方法时要留意这个情况。

可以使用 QPoint::manhattanLength 方法返回 x 和 y 坐标的绝对值之和（也叫曼哈顿距离），如：

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QPoint pt(-2, 4);
pt.manhattanLength(); // 6

1.1 两点距离

使用两点间的距离公式可以快速计算两点的距离：

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#include <QtMath>

QPointF pt1(-2, 4);
QPointF pt2(4, 8);

qreal distance = qSqrt(qPow(pt1.x() - pt2.x(), 2.0) + qPow(pt1.y() - pt2.y(), 2.0)); // 7.21

1.2 drawPoint 与 drawPoints

drawPoint 用于绘制单个点：

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void drawPoint(const QPointF &position)
void drawPoint(const QPoint &position)
void drawPoint(int x, int y)

drawPoints 用于一次性绘制多个点：

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void drawPoints(const QPointF *points, int pointCount)
void drawPoints(const QPolygonF &points)
void drawPoints(const QPoint *points, int pointCount)
void drawPoints(const QPolygon &points)

QPolygon继承自 QVector<QPoint>，而QPolygonF继承自 QVector<QPointF>。

二、折线

折线是由多个点相连组成的非闭合线条（相邻的两个点连接成直线，但首位不相连）。

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void drawPolyline(const QPointF *points, int pointCount)
void drawPolyline(const QPolygonF &points)
void drawPolyline(const QPoint *points, int pointCount)
void drawPolyline(const QPolygon &points)

下面示例演示了折线的一种绘制方法，为了使线条更加圆润，我们还设置了线条的起落笔样式和相交点样式。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  painter.setPen(QPen(Qt::red, 6, Qt::SolidLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin));

  QPolygon pg;
  pg << QPoint(20, 200) << QPoint(80, 10) << QPoint(140, 200) << QPoint(200, 10);

  painter.drawPolyline(pg);
}

三、多边形

多边形是在折线的基础上首尾相连而来，并且可以使用画刷对多边形的闭合区域进行填充。

仍然使用上面示例中定义的点来绘制多边形，设置 QPainter 画刷颜色为蓝色：

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  painter.setPen(QPen(Qt::red, 6, Qt::SolidLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin));

  QPolygon pg;
  pg << QPoint(20, 200) << QPoint(80, 10) << QPoint(140, 200) << QPoint(200, 10);

  painter.setBrush(Qt::blue);
  painter.drawPolygon(pg);
}

四、线

两点（QPoint 或 QPointF）可以确定一条直线，Qt 提供了 QLine 和 QLineF 类型来描述线段。

使用 drawLine 方法可以绘制一条直线，使用 drawLines 方法则可以一次性绘制多条直线。

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void drawLine(const QLineF &line)
void drawLine(const QLine &line)
void drawLine(int x1, int y1, int x2, int y2)
void drawLine(const QPoint &p1, const QPoint &p2)
void drawLine(const QPointF &p1, const QPointF &p2)
void drawLines(const QLineF *lines, int lineCount)
void drawLines(const QVector<QLineF> &lines)
void drawLines(const QPointF *pointPairs, int lineCount)
void drawLines(const QVector<QPointF> &pointPairs)
void drawLines(const QLine *lines, int lineCount)
void drawLines(const QVector<QLine> &lines)
void drawLines(const QPoint *pointPairs, int lineCount)
void drawLines(const QVector<QPoint> &pointPairs)

五、椭圆与圆

5.1 椭圆

椭圆有长轴、短轴、焦点等概念，建议在学习绘制椭圆之前先了解椭圆的这些概念，可以参考之前的文章 回顾2D绘图的数学知识 中的“椭圆”章节。

Qt提供了 QPainter::drawEllipse 方法绘制椭圆，方法原型如下：

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void drawEllipse(const QRectF &rectangle)
void drawEllipse(const QRect &rectangle)
void drawEllipse(int x, int y, int width, int height)
void drawEllipse(const QPointF &center, qreal rx, qreal ry)
void drawEllipse(const QPoint &center, int rx, int ry)

drawEllipse 方法虽然有5种重载形式，但总体来说，都是传递一个矩形区域给 drawEllipse方法，因为根据传入的矩形可以确定椭圆的长轴、短轴和焦点，其中长轴等于矩形的长，短轴等于矩形的高，2个焦点分别位于2个长半轴的中间。

下面示例先绘制了一个浅灰色的矩形（用于观察椭圆的绘制），然后在使用该矩形绘制椭圆。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);

  // 红色椭圆
  painter.setPen(Qt::red);
  painter.drawEllipse(rect);
}

5.2 圆

圆是椭圆的一种特殊情况，当椭圆的长轴等于短轴时，所绘制出来的就是圆了。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  // 宽 = 高
  QRectF rect(50, 50, 300, 300);

  painter.drawEllipse(rect);
}

六、矩形

在 Qt中使用 QRect 和 QRectF 类型来表示矩形，在使用 QRect 时需要关注 QRect 的历史遗留问题，详见：玩转Qt 2D绘图之坐标系 的“QRect遗留问题”章节。

6.1 矩形的合法性

QRect和QRectF类型均提供了isEmpty、isNull、isValid方法，但 QRect 由于历史遗留问题，官方文档中对各个方法的定义看起来比较怪异，进行逻辑下面对其进行了逻辑运算，方便理解。

QRect

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isEmpty() == left() > right() || top() > bottom()
            == left() > left() + width() - 1 || top() > top() + height() - 1
            == 1 > width() || 1 > height()

isNull()  == (right() == left() - 1 && bottom() == top() - 1)
            == (left() + width() - 1 == left() - 1 && top() + height() - 1 == top() - 1)
            == (width() == 0 && height() == 0)

isValid() == left() <= right() && top() <= bottom()
            == left() <= left() + width() - 1 && top() <= top() + height() - 1
            == 1 <= width() && 1 <= height()

QRectF

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isEmpty() == width() <= 0 || height() <= 0
isNull()  == width() == 0 && height() == 0
isValid() == width() > 0 && height() > 0

从上述定义可以发现，当前矩形的宽或高为负数时，isNull 返回的却是 false。

6.2 drawRect 与 drawRects

使用 drawRect 方法绘制单个矩形，使用 drawRects 方法一次性绘制多个矩形。

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void drawRect(const QRectF &rectangle)
void drawRect(int x, int y, int width, int height)
void drawRect(const QRect &rectangle)
void drawRects(const QRectF *rectangles, int rectCount)
void drawRects(const QVector<QRectF> &rectangles)
void drawRects(const QRect *rectangles, int rectCount)
void drawRects(const QVector<QRect> &rectangles)

下面是一个简单的使用示例：

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  painter.drawRect(QRect(20, 20, 200, 200));

  painter.setPen(Qt::red);

  QVector<QRect> rects;
  rects << QRect(60, 60, 200, 200)
        << QRect(100, 100, 200, 200);
  painter.drawRects(rects);
}

6.3 圆角矩形

上面绘制的矩形都不是圆角，在Qt中绘制圆角矩形有两种方式：

  • QPainter::drawRoundedRect，本节主要介绍这种方法，这种方法绘制的圆角矩形的4个角的曲度一样。

    QPainter还提供了 drawRoundRect 方法也可以绘制圆角矩形，但该方法已经被标记为弃用，因此不建议继续使用。

  • QPainter::drawPath 通过路径的方式来绘制圆角矩形，这种方法绘制的圆角矩形的4个角的曲度可以不一样，该方法会在下面章节介绍。

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void QPainter::drawRoundedRect(const QRectF &rect, qreal xRadius, qreal yRadius, Qt::SizeMode mode = Qt::AbsoluteSize)

下面示例为了演示圆角矩形和普通的直角矩形的不同，先绘制了一个浅灰色直角矩形，然后再相同区域绘制了一个红色圆角矩形。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 先绘制一个浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);


  // 然后绘制一个红色圆角矩形
  //
  qreal xRadius = 20;
  qreal yRadius = 40;

  painter.setPen(QPen(Qt::red, 1, Qt::DashDotLine));
  painter.drawRoundedRect(rect, xRadius, yRadius);
}

7.4 xRadius 与 yRadius

xRadius 与 yRadius 参数决定了圆角的曲度，drawRoundedRect 方法绘制的圆角矩形的四个角采用同一个曲度。那么 xRadius 与 yRadius 参数是如何决定圆角的曲度的呢？

xRadius 参数实际为椭圆的长半轴，yRadius 参数实际为椭圆的短半轴。

关于椭圆的相关知识，可以参考之前的文章 回顾2D绘图的数学知识 中的“椭圆”章节。

通过 xRadius 和 yRadius 参数确定了椭圆的长轴和短轴，那么在什么位置画椭圆呢？答案是：贴着四个顶角分别画 4 个椭圆来确定曲度。

下面代码在上面示例的基础上，分别在左上角和右下角位置画了2个深黄色的椭圆，可以看到椭圆与圆角是刚好重合的。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 先绘制一个浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);


  // 然后绘制一个红色圆角矩形
  //
  qreal xRadius = 20;
  qreal yRadius = 40;

  painter.setPen(QPen(Qt::red, 1, Qt::DashDotLine));
  painter.drawRoundedRect(rect, xRadius, yRadius);

  // ~~~ 新增如下代码 ~~~
  painter.setPen(QPen(Qt::darkYellow, 1, Qt::DashLine));
  painter.drawEllipse(QRectF(rect.left(), rect.top(), xRadius * 2, yRadius * 2));

  painter.drawEllipse(QRectF(rect.right() - xRadius * 2, rect.bottom() - yRadius * 2, xRadius * 2, yRadius * 2));
}

七、椭圆上的一段线

7.1 弧线（Arc）

使用 drawArc 方法可以绘制一段弧线：

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void drawArc(const QRectF &rectangle, int startAngle, int spanAngle)
void drawArc(const QRect &rectangle, int startAngle, int spanAngle)
void drawArc(int x, int y, int width, int height, int startAngle, int spanAngle)

在前面介绍的椭圆绘制方法中，我们通过指定一个矩形区域就可以绘制一个椭圆，而 drawArc 方法绘制曲线的则是该椭圆上的某一段弧线。通过 startAngle 参数指定弧线的起始角度，spanAngle 参数指定弧线所跨越的角度。

需要注意：

在 QPainter 的绘图函数中指定角度（不是弧度）时，以正三点钟方向为 0 度，角度按逆时针方向增长，整个圆按 5760 度计算（即 16 * 360）。

下面的示例绘制一段红色的弧线，弧线从 30 度方向开始，弧线跨越了 120 度。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);

  // 蓝色的椭圆
  painter.setPen(Qt::blue);
  painter.drawEllipse(rect);

  // 红色的弧线
  painter.setPen(Qt::red);
  painter.drawArc(rect, 30 * 16, 120 * 16);
}

实际绘制效果如下图所示：

从上图可以看到，弧线实际是椭圆上的某一段曲线。

7.2 饼状图（Pie）

使用 drawPie 可以绘制饼状图，饼状图是在上面弧线（Arc）的基础上，分别将弧线的首尾与中心点相连而来，因此 drawPie 方法的参数也与 drawArc 方法一样。

QPainter 在绘制饼状图时，会使用当前的画刷填充饼状图。

下面的示例绘制了一个具有红色轮廓、黄色填充的饼状图。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);

  // 蓝色的椭圆
  painter.setPen(Qt::blue);
  painter.drawEllipse(rect);

  // 饼状图：红色的轮廓，黄色的填充
  painter.setPen(Qt::red);
  painter.setBrush(Qt::yellow);
  painter.drawPie(rect, 30 * 16, 120 * 16);
}

7.3 和弦图（Chrod）

此处将 Chrod 按照英文直译成“和弦”可能不太准确

和弦图（Chrod）与饼状图（Pie）一样，也是在弧线的基础上变化而来，将弧线的首尾相接就可得到和弦图（Chrod）。

使用 drawChord 方法可以绘制和弦图，drawChord 方法的参数与 drawArc 一样。

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QRectF rect(50, 50, 300, 200);

  // 浅灰色的矩形
  painter.setPen(Qt::lightGray);
  painter.drawRect(rect);

  // 蓝色的椭圆
  painter.setPen(Qt::blue);
  painter.drawEllipse(rect);

  // 和弦图：红色的轮廓，黄色的填充
  painter.setPen(Qt::red);
  painter.setBrush(Qt::yellow);
  painter.drawChord(rect, 30 * 16, 120 * 16);
}

八、路径

前面介绍了线、矩形、椭圆、圆、弧线、饼状图等形状，路径则是由若干个这些形状（不限于这些形状）组成的一个集合，路径可以是闭合的，也可以不闭合。

在Qt中使用QPainterPath对象来定义一个路径，并使用如下方法向路径中添加形状：

  • addEllipse 添加一个椭圆或圆到路径中
  • addRect 添加一个矩形到路径中
  • addRoundedRect 添加一个圆角矩形到路径中
  • addText 将用指定字体绘制的文件所形成的闭合形状添加到路径中
  • lineTo 添加一条直线到路径中
  • arcTo 添加一段圆弧到路径中
    arcTo 的原型如下，和 drawArc 方法类似，也需要指定起始角度和跨越角度，但与drawArc 方法不同的是，arcTo 方法指定的角度是以360度整圆计算的，因此不需要乘以 16。
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    void QPainterPath::arcTo(const QRectF &rectangle, qreal startAngle, qreal sweepLength)
  • cubicTo 添加一个三次贝塞尔曲线到路径中
  • quadTo 添加一个二次贝塞尔曲线到路径中

在上面方法中，命名格式为“To”的方法，如 lineTo、arcTo、quadTo 等，都是基于“当前位置”来添加形状的，默认的当前位置为当前的*坐标原点 (0,0) 处，我们可以使用 QPainterPath::currentPosition 方法获取当前位置。

我们知道可以通过 QPainter::translate 等方法变换逻辑坐标，QPainterPath 的当前位置也会受逻辑坐标变换的影响。

在使用 lineTo 添加直线到路径中时，只有指定直线的结束点，会自动将当前位置与结束点相连，形成一条直线，并重设当前位置为该结束点。

在使用 arcTo、cubicTo、quadTo 添加曲线到到路径中时，会自动将当前位置与曲线起点相连，并重设当前位置为曲线结束点。

我们使用一个示例来说明当前位置和结束点的关系，下面示例先添加一条直线，然后添加一个曲线，最好再添加一条直线：

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// 示例：当前位置
void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QPainterPath path;
  path.lineTo(80, 50);
  path.arcTo(QRectF(50, 50, 300, 200), 30, 120);
  path.lineTo(200, 200);

  painter.drawPath(path);
}

实际效果如下图所示：

8.1 填充规则

路径可以是闭合的也可以是非闭合的，例如上面的当前位置示例中的路径是非闭合的，但如果为 QPainter 指定了画刷，QPainter 会自动使用一条直线连接该非闭合形状的首尾，使其闭合，进而使用画刷对其填充。

QPainterPath 有两种填充规则，可以通过QPainterPath::setFillRule方法来设置填充规则：

  • Qt::OddEvenFill

    奇偶填充规则，从一点向图形外引一条水平线，该线和图形的边线相交，如果交点的个数为奇数，则该点在图形中。

  • Qt::WindingFill
    非零弯曲规则，从一点向图形外引一条水平线，该线与图形的边线相交。如果边线是顺时针绘制的，则记为1，如果边线是逆时针绘制的，则记为-1。最后将所有结果相加的和为0则该点在图形中。（矩形和椭圆都按顺时针绘制）

九、文本

文字有颜色、字体、样式等属性。

Qt 不仅可以绘制纯色的文本，还可以使用渐变色、图片等内容来填充文字，比如下面两种方式都可以用来绘制渐变色的文字：

  1. 先将文字转变成路径（参考QPainterPath::addText），然后使用渐变画刷填充该路径。
  2. 直接为 QPen 设置渐变画刷。

通过为 QPainter 设置 QFont 对象来修改字体，字体有字体族、字号、粗体、斜体、下划线、删除线等样式或效果：

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QFont font;
font.setFamilies({"Microsoft YaHei", "Arial"});  // 字体族
font.setPixelSize(26);                  // 字号
font.setBold(true);                     // 粗体
font.setItalic(true);                   // 斜体
font.setUnderline(true);                // 下划线
font.setStrikeOut(true);                // 删除线

painter.setFont(font);

使用 QPainter::drawText 方法绘制文本，该方法原型有很多种，但大多是通过下面2个原型进行重载而来的：

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void QPainter::drawText(const QRectF &rectangle, int flags, const QString &text, QRectF *boundingRect = nullptr)
void QPainter::drawText(const QRectF &rectangle, const QString &text, const QTextOption &option = QTextOption())

9.1 间距

间距分为两种情况：

  • 每个字符的间距，如单个英文字母或单个汉字的间距，称为 Letter Spacing。
  • 每个英文单词的间距，称为 Word Spacing。

9.1.1 单词间距

使用 QFont::setWordSpacing 和 QFont::wordSpacing 方法设置和获取单词的间距。

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void QFont::setWordSpacing(qreal spacing)

当 setWordSpacing 参数大于0时，单词间距增加相应的像素；小于0时，间距减少相应的像素。

9.1.2 字符间距

使用 QFont::setLetterSpacing 和 QFont::letterSpacing 方法设置和获取字符的间距。

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void QFont::setLetterSpacing(QFont::SpacingType type, qreal spacing)

字符间距支持百分比和绝对值两种设置方法，通过QFont::SpacingType枚举类型指定。

  • QFont::PercentageSpacing

    百分比方式。值为100时表示不做任何改变，200表示间距扩大到原来的一倍，-200表示间距缩小到原来的一倍。

  • QFont::AbsoluteSpacing

    绝对值方式，与设置单词间距的方式一样。

9.2 小型大写字母

小型大写字母（英语：small capitals，简称 small caps）是西文字体设计中的一种字符形式。这些字母的形状（字形）和大写字母相同但尺寸较小，比如在表示键盘快捷键的时候也常用小型大写字母。

在 Qt 中通过设置 QFont 的 Capitalization 样式为 SmallCaps 风格来使用小型大写字母样式，如：

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void Qt2DSample::paintEvent(QPaintEvent* e) {
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHints(QPainter::Antialiasing | QPainter::TextAntialiasing);

  QPen pen;
  pen.setBrush(Qt::red);
  pen.setWidthF(20);

  QFont font;
  font.setPixelSize(26);
  font.setCapitalization(QFont::SmallCaps);
                            ^^^^^^^^^^^^^

  painter.setFont(font);
  painter.drawText(10, 30, "The Keyboard Shortcut is Ctrl + Shift + K");
}

效果如下图所示（留意全小写的“is”和其他首字母大写的单词）：

Capitalization 还支持设置如下风格：

  • QFont::MixedCase 默认，不做更改
  • QFont::AllUppercase 全部小写
  • QFont::AllLowercase 全部大写
  • QFont::Capitalize 首字母大写

9.3 计算绘制文本所需空间

有两种方式可以计算按指定字体绘制文本所需的空间。

方式一：使用 QPainter::drawText

使用如下函数原型：

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void QPainter::drawText(const QRectF &rectangle, int flags, const QString &text, QRectF *boundingRect = nullptr)

将参数 rectangle 的 宽和高都设置为 0，函数会通过 boundingRect 参数返回绘制文本所需要的宽和高。

方式二：使用 QFontMetricsF

QFontMetrics 或 QFontMetricsF 可以按照指定字体来计算给定字符和字符串的宽和高。

这种方式的弊端在于：不能将绘制风格（如居中对齐、多行文本）带入其中进行计算，只能计算给定的单行字符串按照指定的字体显示所需的宽高。

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QFont font;
font.setPixelSize(36);

QFontMetricsF fm(font);
qDebug() << fm.horizontalAdvance("Hello World"); // 字符串所占宽度
qDebug() << fm.height(); // 字体的高度

十、贴图

QPainter 提供了 drawPixmap 和 drawImage 两个常用的贴图函数，drawPixmap 用于绘制 QPixmap 对象，而 drawImage 用于绘制 QImage 对象，QImage 与 QPixmap 间是可以相互转化，因此 drawPixmap 和 drawImage 方法的效果是一样的。

drawPixmap 方法在屏幕上绘制速度更快，而 drawImage 方法则在 QPrinter 和其他设备上绘制的更快。

需要注意：QPicture 对象用于记录绘制步骤，而 QPainter::drawPicture 方法用于重复 QPicture 对象所记录的步骤。

drawPixmap 和 drawImage 方法有多个重载的原型，其参数从左到右依次为：

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目标区域 -> QPixmap/QImage -> 源区域

目标区域会应用当前 QWidget 的 devicePixelRatio，而源区域则与 devicePixelRatio 无关，具体参考 QPixmap使用要点

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