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WPF自定义控件(2)——图表设计[1]

0、小叙闲言#

除了仪表盘控件比较常用外，还有图表也经常使用，同样网上也有非常强大的图表控件，有收费的（DEVexpress），也有免费的。但我们平时在使用时，只想简单地绘一个图，控件库里面的许多功能我们都用不到，没必要使用那么功能丰富的控件，以提高程序运行的效率和减小程序的占用空间。同时，我们自己如果能够绘制图表出来，对于程序的移植，也非常方便。对于大部分平台，相信设计方法是不会变的。废话少讲，直接上图看效果，如果觉得还不错，可以支持一下，继续往下看。源码下载地址：https://github.com/Endless-Coding/MyGauge/blob/master/CustomControl.zip

1、图表整体设计#

简单来看一个图表的组成，一般由4个部分组成，坐标轴，刻度和刻度值，绘图区域（添加数据点和绘制曲线）。后面如果要做到数据动态显示，还要花一点点功夫，不过也是很容易的，耐心研究，不会比高等数学难。

2、坐标轴绘制#

先作出两根垂直的直线出来，为x轴和y轴，XAML代码如下。2，3行代码即为两个数轴。4~23行，是作出两个小三角形，以形成箭头的形状。

 1 <Canvas Margin="5">
 2     <Line x:Name="x_axis" Stroke="Black" StrokeThickness="3" X1="40" Y1="280" X2="480" Y2="280" StrokeStartLineCap="Round"/>
 3     <Line x:Name="y_axis" Stroke="Black" StrokeThickness="3" X1="40" Y1="280" X2="40" Y2="30" StrokeStartLineCap="Round"/>
 4     <Path x:Name="x_axisArrow" Fill="Black">
 5         <Path.Data>
 6             <PathGeometry>
 7                 <PathFigure StartPoint="480,276" IsClosed="True">
 8                     <LineSegment Point="480,284"/>
 9                     <LineSegment Point="490,280"/>
10                 </PathFigure>
11             </PathGeometry>
12         </Path.Data>
13     </Path>
14     <Path x:Name="y_axisArrow" Fill="Black">
15         <Path.Data>
16             <PathGeometry>
17                 <PathFigure StartPoint="36,30" IsClosed="True">
18                     <LineSegment Point="44,30"/>
19                     <LineSegment Point="40,20"/>
20                 </PathFigure>
21             </PathGeometry>
22         </Path.Data>
23     </Path>
24 </Canvas>

C#作出两个小箭头的后台代码如下：

/// <summary>
/// 作出箭头
/// </summary>
private void DrawArrow()
{
   Path x_axisArrow = new Path();//x轴箭头
   Path y_axisArrow = new Path();//y轴箭头

   x_axisArrow.Fill = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xff, 0, 0));
   y_axisArrow.Fill = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xff, 0, 0));

   PathFigure x_axisFigure = new PathFigure();
   x_axisFigure.IsClosed = true;
   x_axisFigure.StartPoint = new Point(480, 276);                          //路径的起点
   x_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(480, 284), false)); //第2个点
   x_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(490, 280), false)); //第3个点

   PathFigure y_axisFigure = new PathFigure();
   y_axisFigure.IsClosed = true;
   y_axisFigure.StartPoint = new Point(36, 30);                          //路径的起点
   y_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(44, 30), false)); //第2个点
   y_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(40, 20), false)); //第3个点

   PathGeometry x_axisGeometry = new PathGeometry();
   PathGeometry y_axisGeometry = new PathGeometry();

   x_axisGeometry.Figures.Add(x_axisFigure);
   y_axisGeometry.Figures.Add(y_axisFigure);

   x_axisArrow.Data = x_axisGeometry;
   y_axisArrow.Data = y_axisGeometry;

   this.chartCanvas.Children.Add(x_axisArrow);
   this.chartCanvas.Children.Add(y_axisArrow);
}

WPF中没有画带箭头直线的函数，这个必需要自己写了，最好的方法当然还是在XAML中，用Path来绘制出一个三角形在线的末端。当然这种用绝对坐标绘出来的小三角形，它不方便绘制到别的画布中，当前单纯为了做出效果，后面可以用C#动态生成箭头，在后台完成绘制。上述代码的效果如下所示。

然后给坐标轴添加上x,y标签，使用TextBlock表示出，对于标签的样式，是可以定义一个样式资源的，来统一风格，不必要每一个标签进行设置。但是目前，主要是为了实现功能，暂且不做得过于复杂。

           <TextBlock x:Name="x_label" Text="x" Canvas.Left="477" Canvas.Top="279"
                      FontFamily="Arial" FontStyle="Italic" FontSize="20"/>
           <TextBlock x:Name="y_label" Text="y" Canvas.Left="20" Canvas.Top="20"
                      FontFamily="Arial" FontStyle="Italic" FontSize="20"/>
           <TextBlock x:Name="o_label" Text="o" Canvas.Left="20" Canvas.Top="272"
                      FontFamily="Arial" FontStyle="Italic" FontSize="20"/>

3、坐标轴刻度和标签添加#

刻度就是一系列的小直线，控制好每一条小直线的位置，就可以轻松作出标签。同样，先用XAML语言，静态画一个小线段，看一看效果，然后用C#语言，在后台动态作出所有的小线段。XAML代码如下

1 <Line x:Name="x_scale1" Stroke="Black" StrokeThickness="1" X1="50" Y1="280" X2="50" Y2="276" StrokeEndLineCap="Triangle"/>
2 <Line x:Name="y_scale1" Stroke="Black" StrokeThickness="1" X1="40" Y1="270" X2="44" Y2="270" StrokeEndLineCap="Triangle"/>

原点坐标O=(40,280)(这是相对于窗口的坐标)，第一个x_scale1刻度，离原点10px距离，即打算每10px作一个刻度，故刻度的起点为(50,280);在轴上的刻度，终点的坐标相同，故为(50,276);|Y2-Y1|=4px，即为小刻度的长度。y_scale1也是同样的原理。作出两个小刻度后，效果如下

①坐标轴刻度线添加

每一个坐标轴的刻度线都很多，不可能一个个都用XAML语言都描述出来，还是要发挥一下C#代码的功力。在上面已经明白如何作出x轴上和y轴上的刻度，并且已经作出来一个，多作几个，无非是循环处理的问题，比较容易。C#代码如下。关键部分在14、15行和31、32行，在窗口的坐标系统中，x轴的方向是向右，而y轴的方向是向下，因此，x轴方向与我们所作的图表x轴方向一致，而y轴方向与图表y轴方向相反，所以，14行代码上相加，而31行代码上相减，这样就正确绘制了所有刻度了。

 1 /// <summary>
 2 /// 作出x轴和y轴的刻度线
 3 /// </summary>
 4 private void DrawScale()
 5 {
 6     for (int i = 0; i < 45; i += 1)//作480个刻度，因为当前x轴长 480px，每10px作一个小刻度，还预留了一些小空间
 7     {
 8         //原点 O=(40,280)
 9         Line x_scale = new Line();
10         x_scale.StrokeEndLineCap = PenLineCap.Triangle;
11         x_scale.StrokeThickness = 1;
12         x_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 0, 0));
13 
14         x_scale.X1 = 40 + i * 10;   //原点x=40,每10px作1个刻度
15         x_scale.X2 = x_scale.X1;    //在x轴上的刻度线，起点和终点相同
16 
17         x_scale.Y1 = 280;           //与原点坐标的y=280，相同 
18         x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - 4;//刻度线长度为4px
19 
20         if (i < 25)//由于y轴短一些，所以在此作出判断，只作25个刻度
21         {
22             //作出Y轴的刻度
23             Line y_scale = new Line();
24             y_scale.StrokeEndLineCap = PenLineCap.Triangle;
25             y_scale.StrokeThickness = 1;
26             y_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 0, 0));
27 
28             y_scale.X1 = 40;            //原点x=40，在y轴上的刻度线的起点与原点相同
29             y_scale.X2 = y_scale.X1 + 4;//刻度线长度为4px
30 
31             y_scale.Y1 = 280 - i * 10;  //每10px作一个刻度 
32             y_scale.Y2 = y_scale.Y1;    //起点和终点y坐标相同 
33             this.chartCanvas.Children.Add(y_scale);
34         }
35         this.chartCanvas.Children.Add(x_scale);
36     }
37 }

上述代码执行后效果如下（左图）：

为了表达更加清楚，平时所用的图表都有一个大刻度，在此，我也添加一个，其实也非常容易，无非就是在for循环里面添加一个判断，到了所需要的位置的时候，将刻度线加粗，加长一些，也就是改变它的样式。添加大刻度线的C#代码如下，代码只是对上面的代码作了点小修改，其效果如上图（右图）。

/// <summary>
/// 作出x轴和y轴的标尺
/// </summary>
private void DrawScale()
{
   for (int i = 0; i < 45; i += 1)//作480个刻度，因为当前x轴长 480px，每10px作一个小刻度，还预留了一些小空间
   {
       //原点 O=(40,280)
       Line x_scale = new Line();
       x_scale.StrokeEndLineCap = PenLineCap.Triangle;
       x_scale.StrokeThickness = 1;
       x_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 0, 0));

       x_scale.X1 = 40 + i * 10;   //原点x=40,每10px作1个刻度
       x_scale.X2 = x_scale.X1;    //在x轴上的刻度线，起点和终点相同

       x_scale.Y1 = 280;           //与原点坐标的y=280，相同 
       if (i % 5 == 0)//每5个刻度添加一个大刻度
       {
           x_scale.StrokeThickness = 3;//把刻度线加粗一点
           x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - 8;//刻度线长度为8px 
       }
       else
       {
           x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - 4;//刻度线长度为4px 
       }

       if (i < 25)//由于y轴短一些，所以在此作出判断，只作25个刻度
       {
           //作出Y轴的刻度
           Line y_scale = new Line();
           y_scale.StrokeEndLineCap = PenLineCap.Triangle;
           y_scale.StrokeThickness = 1;
           y_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 0, 0));

           y_scale.X1 = 40;            //原点x=40，在y轴上的刻度线的起点与原点相同
           if (i % 5 == 0)
           {
               y_scale.StrokeThickness = 3;
               y_scale.X2 = y_scale.X1 + 8;//刻度线长度为4px 
           }
           else
           {
               y_scale.X2 = y_scale.X1 + 4;//刻度线长度为8px 
           }

           y_scale.Y1 = 280 - i * 10;  //每10px作一个刻度 
           y_scale.Y2 = y_scale.Y1;    //起点和终点y坐标相同 
           this.chartCanvas.Children.Add(y_scale);
       }
       this.chartCanvas.Children.Add(x_scale);
   }
}

②坐标轴标签添加

标签的显示还是使用文本块（TextBlock控件）来实现。为了让标签的显示位置刚刚好，对坐标值做了一些偏移，下面程序中已经解释得比较清楚了。

/// <summary>
/// 添加刻度标签
/// </summary>
private void DrawScaleLabel()
{
   for (int i = 1; i < 7; i++)//7 个标签，一共
   {
       TextBlock x_ScaleLabel = new TextBlock();
       TextBlock y_ScaleLabel = new TextBlock();

       x_ScaleLabel.Text = (i * 50).ToString();//只给大刻度添加标签，每50px添加一个标签

       Canvas.SetLeft(x_ScaleLabel, 40 + 5 * 10 * i - 12);//40是原点的坐标，-12是为了让标签看的位置剧中一点
       Canvas.SetTop(x_ScaleLabel, 280 + 2);//让标签字往下移一点

       y_ScaleLabel.Text = (i * 50).ToString();
       Canvas.SetLeft(y_ScaleLabel, 40 - 25);              //-25px是字体大小的偏移
       Canvas.SetTop(y_ScaleLabel, 280 - 5 * 10 * i - 6);  //280px是原点的坐标，同样-6是为了让标签不要上坐标轴叠上

       this.chartCanvas.Children.Add(x_ScaleLabel);
       this.chartCanvas.Children.Add(y_ScaleLabel);
   }
}

运行此代码后，效果如下：

4、数据点添加和曲线绘制#

①数据点添加显示

对于数据点的显示，用ellipse作出一个个小圆点，画在坐标轴中。为了解数据点显示的方法，还是先用XAML语言静态作出两个数据点P1=(60,80);P2=(180,100)。由于坐标系的不同，两个数据点在canvas画布里面的坐标要做一个转换。由于原点O=(40,280)，且y轴是相反的方向，故x1=40+60=100;y1=280-80=200;可得P1_Canvas=(100,200);同样的方法，P2_Canvas=(220,180)。XAML代码如下

1 <Ellipse Fill="Blue" Height="8" Width="8" Canvas.Left="100" Canvas.Top="200"/>
2 <Ellipse Fill="Blue" Height="8" Width="8" Canvas.Left="220" Canvas.Top="180"/>

由于小圆点有一定的直径，为了让其中心与数据点重合，还要做一个小的调整，x轴值+半径=x中心;y轴值-半径=y中心。因此，两个数据点调整后的位置为P1_Canvas=(96,196)，P2_Canvas=(216,176)。

先给程序定义一个数据点集合，后面生成8个随机点，X轴坐标是每隔50px出现一次，Y轴坐标的大小是随机生成的。C#代码如下

 1 private void DrawPoint()
 2 {
 3     //随机生成8个点
 4     Random rPoint = new Random();
 5     for (int i = 0; i < 8; i++)
 6     {
 7         int x_point = i * 50;
 8         int y_point = rPoint.Next(250);
 9         dataPoints.Add(new Point(x_point, y_point));
10     }
11 
12     for (int i = 0; i < dataPoints.Count; i++)
13     {
14         Ellipse dataEllipse = new Ellipse();
15         dataEllipse.Fill = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0, 0, 0xff));
16         dataEllipse.Width = 8;
17         dataEllipse.Height = 8;
18 
19         Canvas.SetLeft(dataEllipse, 40 + dataPoints[i].X - 4);//-4是为了补偿圆点的大小，到精确的位置
20         Canvas.SetTop(dataEllipse, 280 - dataPoints[i].Y - 4);
21 
22         chartCanvas.Children.Add(dataEllipse);
23     }
24 }

数据点集合声明如下

private List<Point> dataPoints = new List<Point>();

上述代码的运行效果如下（左图）：

②曲线绘制

将所有点用折线描绘出来，C#代码如下，效果如上图（右图）。由于前后两次的代码是不同时间运行的，生成的点是随机的，不一样，所以两副图点不相同。

 1 private void DrawCurve()
 2 {
 3     Polyline curvePolyline = new Polyline();
 4 
 5     curvePolyline.Stroke = Brushes.Green;
 6     curvePolyline.StrokeThickness = 2;
 7 
 8     curvePolyline.Points = coordinatePoints;
 9     chartCanvas.Children.Add(curvePolyline);  
10 }

对coordinatePoints的定义和初始化如下。

//这行代码在程序的开始部分
private PointCollection coordinatePoints = new PointCollection();
----------------------------------------------------------------------------
//将数据点在画布中的位置保存下来
coordinatePoints.Add(new Point(40 + dataPoints[i].X, 280 - dataPoints[i].Y));

5、让图表动起来 #

首先，思考要让线动起来，表中两类元素需要移，一个线，另一个是小圆点。而线是随数据点动的，这一部分WPF已经帮我们做好了;而点动，我们要不停地改变它在canvas中的位置，这样就可以看到动的效果，每次单击一下鼠标，就添加一个点，这个点的Y轴坐标还是随机生成的，C#代码如下。这个函数主要就做了2件事，一个是移除集合中的第0个点、在最后位置添加一个点，二是将所有数据都向左移50px，很容易。

 1 private void AddCurvePoint(Point dataPoint)
 2 {
 3     dataPoints.RemoveAt(0);
 4     dataPoints.Add(dataPoint);
 5     for (int i = 0; i < dataPoints.Count; i++)
 6     {
 7         //每一个点的X数据都要向左移动50px
 8         dataPoints[i] = new Point(dataPoints[i].X - 50, dataPoints[i].Y);
 9         coordinatePoints[i] = new Point(40 + dataPoints[i].X, 280 - dataPoints[i].Y);
10         
11         Canvas.SetLeft(pointEllipses[i], 40 + dataPoints[i].X - 4);//-4是为了补偿圆点的大小，到精确的位置
12         Canvas.SetTop(pointEllipses[i], 280 - dataPoints[i].Y - 4);
13     }
14 }

鼠标单击时的程序如下：

1 private void chartCanvas_MouseDown(object sender, MouseButtonEventArgs e)
2 {
3     //随机生成Y坐标
4     Point dataPoint = new Point(400, (new Random()).Next(250));
5 
6     AddCurvePoint(dataPoint);
7 }

上面程序中用到的几个数据结构声明如下：

private List<Point> dataPoints = new List<Point>();
private PointCollection coordinatePoints = new PointCollection();
private List<Ellipse> pointEllipses = new List<Ellipse>();

终于做出来了，效果还不错的，来欣赏一下自己的成果，花了大半天了。

心得体会#

合抱之木，生于毫末；九层之台，起于垒土；千里之行，始于足下。一个图表，虽然复杂，但一步一步来，将每一步用心构思，然后慢慢实现，虽然做不到完美，但是起码可以实现基本目标。

图标还有改多可以改进的地方，功能还很弱小。可以给图表加上网格，横轴的坐标的标签可以实时变化，以形成示波器的功能。