iOS 动画绘制线条颜色渐变的折线图

2023-08-04 19:17:22

效果图

....................

概述

现状

  折线图的应用比较广泛，为了增强用户体验，很多应用中都嵌入了折线图。折线图可以更加直观的表示数据的变化。网络上有很多绘制折线图的demo，有的也使用了动画，但是线条颜色渐变的折线图的demo少之又少，甚至可以说没有。该Blog阐述了动画绘制线条颜色渐变的折线图的实现方案，以及折线图线条颜色渐变的实现原理，并附以完整的示例。

成果
- 本人已将折线图封装到了一个UIView子类中，并提供了相应的接口。该自定义折线图视图，基本上可以适用于大部分需要集成折线图的项目。若你遇到相应的需求可以直接将文件拖到项目中，调用相应的接口即可
- 项目文件中包含了大量的注释代码，若你的需求与折线图的实现效果有差别，那么你可以对项目文件的进行修改，也可以依照思路定义自己的折线图视图
Blog中涉及到的知识点
- CALayer
  - 图层，可以简单的看做一个不接受用户交互的UIView
  - 每个图层都具有一个CALayer类型mask属性，作用与蒙版相似
  - Blog中主要用到的CALayer子类有
    - CAGradientLayer，绘制颜色渐变的背景图层
    - CAShapeLayer，绘制折线图
- CAAnimation
  - 核心动画的基类（不可实例化对象），实现动画操作
- Quartz 2D
  - 一个二维的绘图引擎，用来绘制折线（Path）和坐标轴信息（Text）

实现思路

折线图视图
- 整个折线图将会被自定义到一个UIView子类中
坐标轴绘制
- 坐标轴直接绘制到折线图视图上，在自定义折线图视图的 drawRect 方法中绘制坐标轴相关信息（线条和文字）
- 注意坐标系的转换
线条颜色渐变
- 失败的方案
  - 开始的时候，为了实现线条颜色渐变，我的思考方向是，如何改变路径（UIBezierPath）的渲染颜色（strokeColor）。但是strokeColor只可以设置一种，所以最终无法实现线条颜色的渐变。
- 成功的方案
  - 在探索过程中找到了CALayer的CALayer类型的mask（）属性，最终找到了解决方案，即：使用UIView对象封装渐变背景视图（frame为折线图视图的减去坐标轴后的frame），创建一个CAGradientLayer渐变图层添加到背景视图上。
  - 创建一个CAShapeLayer对象，用于绘制线条，线条的渲染颜色（strokeColor）为whiteColor，填充颜色（fillColor）为clearColor，从而显示出渐变图层的颜色。将CAShapeLayer对象设置为背景视图的mask属性，即背景视图的蒙版。
折线
- 使用 UIBezierPath 类来绘制折线
- 折线转折处尖角的处理，使用 kCALineCapRound 与 kCALineJoinRound 设置折线转折处为圆角
- 折线起点与终点的圆点的处理，可以直接在 UIBezierPath 对象上添加一个圆，设置远的半径为路径宽度的一半，从而保证是一个实心的圆而不是一个圆环
折线转折处的点
- 折线转折处点使用一个类来描述（不使用CGPoint的原因是：折线转折处的点需要放到一个数组中）
坐标轴信息
- X轴、Y轴的信息分别放到一个数组中
- X轴显示的是最近七天的日期，Y轴显示的是最近七天数据变化的幅度
动画
- 使用CABasicAnimation类来完成绘制折线图时的动画
- 需要注意的是，折线路径在一开始时需要社会线宽为0，开始绘制时才设置为适当的线宽，保证一开折线路径是隐藏的
标签
- 在动画结束时，向折线图视图上添加一个标签（UIButton对象），显示折线终点的信息
- 标签的位置，需要根据折线终点的位置计算

具体实现

折线转折处的点

使用一个类来描述折线转折处的点，代码如下：

// 接口

/** 折线图上的点 */

@interface IDLineChartPoint : NSObject

/** x轴偏移量 */

@property (nonatomic, assign) float x;

/** y轴偏移量 */

@property (nonatomic, assign) float y;

/** 工厂方法 */

+ (instancetype)pointWithX:(float)x andY:(float)y;

@end

// 实现

@implementation IDLineChartPoint

+ (instancetype)pointWithX:(float)x andY:(float)y {

    IDLineChartPoint *point = [[self alloc] init];

    point.x = x;

    point.y = y;

    return point;

}

@end

自定义折线图视图

折线图视图是一个自定义的UIView子类，代码如下：

// 接口

/** 折线图视图 */

@interface IDLineChartView : UIView

/** 折线转折点数组 */

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray<IDLineChartPoint *> *pointArray;

/** 开始绘制折线图 */

- (void)startDrawlineChart;

@end

// 分类

@interface IDLineChartView ()

@end

// 实现

@implementation IDLineChartView

// 初始化

- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame {

    if (self = [super initWithFrame:frame]) {

        // 设置折线图的背景色

        self.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:243/255.0 green:243/255.0 blue:243/255.0 alpha:1.0];

    }

    return self;

}

@end

效果如图

绘制坐标轴信息

与坐标轴绘制相关的常量

/** 坐标轴信息区域宽度 */

static const CGFloat kPadding = 25.0;

/** 坐标系中横线的宽度 */

static const CGFloat kCoordinateLineWith = 1.0;

在分类中添加与坐标轴绘制相关的成员变量

/** X轴的单位长度 */

@property (nonatomic, assign) CGFloat xAxisSpacing;

/** Y轴的单位长度 */

@property (nonatomic, assign) CGFloat yAxisSpacing;

/** X轴的信息 */

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray<NSString *> *xAxisInformationArray;

/** Y轴的信息 */

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray<NSString *> *yAxisInformationArray;

与坐标轴绘制相关的成员变量的get方法

- (CGFloat)xAxisSpacing {

    if (_xAxisSpacing == 0) {

        _xAxisSpacing = (self.bounds.size.width - kPadding) / (float)self.xAxisInformationArray.count;

    }

    return _xAxisSpacing;

}

- (CGFloat)yAxisSpacing {

    if (_yAxisSpacing == 0) {

        _yAxisSpacing = (self.bounds.size.height - kPadding) / (float)self.yAxisInformationArray.count;

    }

    return _yAxisSpacing;

}

- (NSMutableArray<NSString *> *)xAxisInformationArray {

    if (_xAxisInformationArray == nil) {

        // 创建可变数组

        _xAxisInformationArray = [[NSMutableArray alloc] init];

        // 当前日期和日历

        NSDate *today = [NSDate date];

        NSCalendar *currentCalendar = [NSCalendar currentCalendar];

        // 设置日期格式

        NSDateFormatter *dateFormatter = [[NSDateFormatter alloc] init];

        dateFormatter.dateFormat = @"MM-dd";

        // 获取最近一周的日期

        NSDateComponents *components = [[NSDateComponents alloc] init];

        for (int i = -7; i<0; i++) {

            components.day = i;

            NSDate *dayOfLatestWeek = [currentCalendar dateByAddingComponents:components toDate:today options:0];

            NSString *dateString = [dateFormatter stringFromDate:dayOfLatestWeek];

            [_xAxisInformationArray addObject:dateString];

        }

    }

    return _xAxisInformationArray;

}

- (NSMutableArray<NSString *> *)yAxisInformationArray {

    if (_yAxisInformationArray == nil) {

        _yAxisInformationArray = [NSMutableArray arrayWithObjects:@"0", @"10", @"20", @"30", @"40", @"50", nil];

    }

    return _yAxisInformationArray;

}

// 折线图上的点（重写get方法，后期需要暴露接口）

- (NSMutableArray<IDLineChartPoint *> *)pointArray {

    if (_pointArray == nil) {

        _pointArray = [NSMutableArray arrayWithObjects:[IDLineChartPoint pointWithX:1 andY:1], [IDLineChartPoint pointWithX:2 andY:2], [IDLineChartPoint pointWithX:3 andY:1.5], [IDLineChartPoint pointWithX:4 andY:2], [IDLineChartPoint pointWithX:5 andY:4], [IDLineChartPoint pointWithX:6 andY:1], [IDLineChartPoint pointWithX:7 andY:2], nil];

    }

    return _pointArray;

}

绘制坐标轴的相关信息

- (void)drawRect:(CGRect)rect {

    // 获取上下文

    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

    // x轴信息

    [self.xAxisInformationArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {

        // 计算文字尺寸

        UIFont *informationFont = [UIFont systemFontOfSize:10];

        NSMutableDictionary *attributes = [NSMutableDictionary dictionary];

        attributes[NSForegroundColorAttributeName] = [UIColor colorWithRed:158/255.0 green:158/255.0 blue:158/255.0 alpha:1.0];

        attributes[NSFontAttributeName] = informationFont;

        CGSize informationSize = [obj sizeWithAttributes:attributes];

        // 计算绘制起点

        float drawStartPointX = kPadding + idx * self.xAxisSpacing + (self.xAxisSpacing - informationSize.width) * 0.5;

        float drawStartPointY = self.bounds.size.height - kPadding + (kPadding - informationSize.height) / 2.0;

        CGPoint drawStartPoint = CGPointMake(drawStartPointX, drawStartPointY);

        // 绘制文字信息

        [obj drawAtPoint:drawStartPoint withAttributes:attributes];

    }];

    // y轴

    [self.yAxisInformationArray enumerateObjectsUsingBlock:^(NSString * _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {

        // 计算文字尺寸

        UIFont *informationFont = [UIFont systemFontOfSize:10];

        NSMutableDictionary *attributes = [NSMutableDictionary dictionary];

        attributes[NSForegroundColorAttributeName] = [UIColor colorWithRed:158/255.0 green:158/255.0 blue:158/255.0 alpha:1.0];

        attributes[NSFontAttributeName] = informationFont;

        CGSize informationSize = [obj sizeWithAttributes:attributes];

        // 计算绘制起点

        float drawStartPointX = (kPadding - informationSize.width) / 2.0;

        float drawStartPointY = self.bounds.size.height - kPadding - idx * self.yAxisSpacing - informationSize.height * 0.5;

        CGPoint drawStartPoint = CGPointMake(drawStartPointX, drawStartPointY);

        // 绘制文字信息

        [obj drawAtPoint:drawStartPoint withAttributes:attributes];

        // 横向标线

        CGContextSetRGBStrokeColor(context, 231 / 255.0, 231 / 255.0, 231 / 255.0, 1.0);

        CGContextSetLineWidth(context, kCoordinateLineWith);

        CGContextMoveToPoint(context, kPadding, self.bounds.size.height - kPadding - idx * self.yAxisSpacing);

        CGContextAddLineToPoint(context, self.bounds.size.width, self.bounds.size.height - kPadding - idx * self.yAxisSpacing);

        CGContextStrokePath(context);

    }];

}

效果如图

渐变背景视图

在分类中添加与背景视图相关的常量

/** 渐变背景视图 */

@property (nonatomic, strong) UIView *gradientBackgroundView;

/** 渐变图层 */

@property (nonatomic, strong) CAGradientLayer *gradientLayer;

/** 颜色数组 */

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *gradientLayerColors;

在初始化方法中添加调用设置背景视图方法的代码
```
[self drawGradientBackgroundView];
```

设置渐变视图方法的具体实现

- (void)drawGradientBackgroundView {

    // 渐变背景视图（不包含坐标轴）

    self.gradientBackgroundView = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(kPadding, 0, self.bounds.size.width - kPadding, self.bounds.size.height - kPadding)];

    [self addSubview:self.gradientBackgroundView];

    /** 创建并设置渐变背景图层 */

    //初始化CAGradientlayer对象，使它的大小为渐变背景视图的大小

    self.gradientLayer = [CAGradientLayer layer];

    self.gradientLayer.frame = self.gradientBackgroundView.bounds;

    //设置渐变区域的起始和终止位置（范围为0-1），即渐变路径

    self.gradientLayer.startPoint = CGPointMake(0, 0.0);

    self.gradientLayer.endPoint = CGPointMake(1.0, 0.0);

    //设置颜色的渐变过程

    self.gradientLayerColors = [NSMutableArray arrayWithArray:@[(__bridge id)[UIColor colorWithRed:253 / 255.0 green:164 / 255.0 blue:8 / 255.0 alpha:1.0].CGColor, (__bridge id)[UIColor colorWithRed:251 / 255.0 green:37 / 255.0 blue:45 / 255.0 alpha:1.0].CGColor]];

    self.gradientLayer.colors = self.gradientLayerColors;

    //将CAGradientlayer对象添加在我们要设置背景色的视图的layer层

    [self.gradientBackgroundView.layer addSublayer:self.gradientLayer];

}

效果如图

折线

在分类中添加与折线绘制相关的成员变量

/** 折线图层 */

@property (nonatomic, strong) CAShapeLayer *lineChartLayer;

/** 折线图终点处的标签 */

@property (nonatomic, strong) UIButton *tapButton;

在初始化方法中添加调用设置折线图层方法的代码
```
[self setupLineChartLayerAppearance];
```

设置折线图层方法的具体实现

- (void)setupLineChartLayerAppearance {

    /** 折线路径 */

    UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPath];

    [self.pointArray enumerateObjectsUsingBlock:^(IDLineChartPoint * _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {

        // 折线

        if (idx == 0) {

            [path moveToPoint:CGPointMake(self.xAxisSpacing * 0.5 + (obj.x - 1) * self.xAxisSpacing, self.bounds.size.height - kPadding - obj.y * self.yAxisSpacing)];

        } else {

            [path addLineToPoint:CGPointMake(self.xAxisSpacing * 0.5 + (obj.x - 1) * self.xAxisSpacing, self.bounds.size.height - kPadding - obj.y * self.yAxisSpacing)];

        }

        // 折线起点和终点位置的圆点

        if (idx == 0 || idx == self.pointArray.count - 1) {

            [path addArcWithCenter:CGPointMake(self.xAxisSpacing * 0.5 + (obj.x - 1) * self.xAxisSpacing, self.bounds.size.height - kPadding - obj.y * self.yAxisSpacing) radius:2.0 startAngle:0 endAngle:2 * M_PI clockwise:YES];

        }

    }];

    /** 将折线添加到折线图层上，并设置相关的属性 */

    self.lineChartLayer = [CAShapeLayer layer];

    self.lineChartLayer.path = path.CGPath;

    self.lineChartLayer.strokeColor = [UIColor whiteColor].CGColor;

    self.lineChartLayer.fillColor = [[UIColor clearColor] CGColor];

    // 默认设置路径宽度为0，使其在起始状态下不显示

    self.lineChartLayer.lineWidth = 0;

    self.lineChartLayer.lineCap = kCALineCapRound;

    self.lineChartLayer.lineJoin = kCALineJoinRound;

    // 设置折线图层为渐变图层的mask

    self.gradientBackgroundView.layer.mask = self.lineChartLayer;

}

效果如图（初始状态不显示折线）

动画的开始与结束

动画开始

/** 动画开始，绘制折线图 */

- (void)startDrawlineChart {

    // 设置路径宽度为4，使其能够显示出来

    self.lineChartLayer.lineWidth = 4;

    // 移除标签，

    if ([self.subviews containsObject:self.tapButton]) {

        [self.tapButton removeFromSuperview];

    }

    // 设置动画的相关属性

    CABasicAnimation *pathAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeEnd"];

    pathAnimation.duration = 2.5;

    pathAnimation.repeatCount = 1;

    pathAnimation.removedOnCompletion = NO;

    pathAnimation.fromValue = [NSNumber numberWithFloat:0.0f];

    pathAnimation.toValue = [NSNumber numberWithFloat:1.0f];

    // 设置动画代理，动画结束时添加一个标签，显示折线终点的信息

    pathAnimation.delegate = self;

    [self.lineChartLayer addAnimation:pathAnimation forKey:@"strokeEnd"];

}

动画结束，添加标签

/** 动画结束时，添加一个标签 */

- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag {

    if (self.tapButton == nil) { // 首次添加标签（避免多次创建和计算）

        CGRect tapButtonFrame = CGRectMake(self.xAxisSpacing * 0.5 + ([self.pointArray[self.pointArray.count - 1] x] - 1) * self.xAxisSpacing + 8, self.bounds.size.height - kPadding - [self.pointArray[self.pointArray.count - 1] y] * self.yAxisSpacing - 34, 30, 30);

        self.tapButton = [[UIButton alloc] initWithFrame:tapButtonFrame];

        self.tapButton.enabled = NO;

        [self.tapButton setBackgroundImage:[UIImage imageNamed:@"bubble"] forState:UIControlStateDisabled];

        [self.tapButton.titleLabel setFont:[UIFont systemFontOfSize:10]];

        [self.tapButton setTitle:@"20" forState:UIControlStateDisabled];

    }

    [self addSubview:self.tapButton];

}

集成折线图视图

创建折线图视图

添加成员变量

/** 折线图 */

@property (nonatomic, strong) IDLineChartView *lineCharView;

在viewDidLoad方法中创建折线图并添加到控制器的view上

self.lineCharView = [[IDLineChartView alloc] initWithFrame:CGRectMake(35, 164, 340, 170)];

[self.view addSubview:self.lineCharView];

添加开始绘制折线图视图的按钮

添加成员变量

/** 开始绘制折线图按钮 */

@property (nonatomic, strong) UIButton *drawLineChartButton;

在viewDidLoad方法中创建开始按钮并添加到控制器的view上

self.drawLineChartButton = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeSystem];

self.drawLineChartButton.frame = CGRectMake(180, 375, 50, 44);

[self.drawLineChartButton setTitle:@"开始" forState:UIControlStateNormal];

[self.drawLineChartButton addTarget:self action:@selector(drawLineChart) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];

[self.view addSubview:self.drawLineChartButton];

开始按钮的点击事件

// 开始绘制折线图

- (void)drawLineChart {

    [self.lineCharView startDrawlineChart];

}

效果如图

声明：若需要工程文件，请在评论中联系我，非常愿意与广大技术爱好者沟通交流。下一篇博客将会介绍如何使用UICollectionView实现具有签到功能的日历

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