markdown 绘图利器之graphviz

目录

• 概述
• graphviz 脚本语法结构
• 图
  • 方向，尺寸，间距
• 节点
  • shape 属性
    • 多边形
    • record-based 的形状
    • 用户定制
  • label 属性
    • 基本用法
    • HTML用法
  • style 属性
  • port 属性
• 微信公共号
• 参考
• 附录
  • Graphviz基本组成结构dot代码

概述

Markdown 是一个轻量级的标记语言，语法简单、易于上手，深受程序员、博主等人群的钟爱。Markdown 工具链也非常丰富，如graphviz软件，就是可以嵌入markdown文本，进行思维导图、流程图、系统框图绘制的利器，让你心无旁骛，全心投入到系统架构、软件、算法的设计中。

在markdown使用 graphviz 语法，推荐使用 vnote 软件

graphviz 是 AT&T的bell实验室开源的脚本自动化绘图软件，其主要用于绘制关系图，自动排版，有效提升工作效率。同时，其也是自动化绘图工具plantuml、很多数据可视化工具的基础。类似于python中的matplotlib。

graphviz 的基本结构如下所示，其主要包含三部分：

• 1） layout 自动化布局工具：dot，neato等，本文重点讲解dot的使用。
• 2） script脚本：主要包含 graph，node，edge三类实体，以及attributes属性；
• 3）APIs：若需要在其它语言中调用，graphviz提供了 C，java，python，php等语言的API。

graphviz的dot的基本使用也非常简单，流程如下：

graphviz示例，也是上述基础流程的dot脚本代码如下：

digraph base_flow {
    // 步骤1： 定义digraph的属性
    label = <<B>graphviz使用流程</B>>;
    
   // 步骤2： 定义node、edge的属性
    node[shape=box];

    // 步骤3： 添加node、edge
    graph_attr -> node_edge_attr -> node_edge_added -> custom_attr;

    // 步骤4： 定义特定node，edge的属性
    graph_attr[label="1. 定义digraph的属性"];
    node_edge_attr[label="2. 定义node、edge的属性"];
    node_edge_added[label="3. 添加node、edge"];
    custom_attr[label="4. 定义特定node，edge的属性"];
}

graphviz 脚本语法结构

Graphviz 语法非常简单，主要由代码块、语句、标识符、注释等几部分组成：

• 代码块： 位于{}语句中的语句即为代码块；
• 语句：以;结尾，主要分为代码块，节点，连线，属性四种语句类型；
• 实体对象标识符：除了特殊字符外的所有字符都可以用于标识符，如数字，中英文字符串等；
• 注释： //表示单行注释，/*...*/表示多行注释。

图

graphviz 图实体主要分三类：

• graph： 1）digraph {...} 定义有向图；2）graph {...}定义无向图；
• subgraph：subgraph {...}定义子图；
• cluster subgraph： subgraph cluster_xxx {...}定义的代码块

子图的类型（有向图还是无向图）与父图相同，子图的名称以cluster开头才被当成聚集子图渲染。示例如下：

digraph graph_name{
    bgcolor="transparent";//背景透明
    
    subgraph cluster_subgraph_name{//聚集子图
        node[shape=box];
        cluster_A -> cluster_B;
    }
    
    subgraph subgraph_name{//子图
        node[shape=none];
        sub_A -> sub_B;
    }
    
    {//匿名子图
        node[shape=octagon];
        nest_A -> nest_B;
    }
    
    global_A -> global_B;
    
    cluster_B -> global_B;
    sub_B -> global_B;
    nest_B -> global_B;
}

方向，尺寸，间距

两个重要的属性决定了图的尺寸，分别为 nodesep, ranksep。

• nodesep : 同一个 rank 中的相邻节点的最小距离，单位为英寸（=2.54 cm)。直线的不同端点属于不同的 rank；
• ranksep : 相邻 rank 之间的距离；
• rankdir: rank的指向，如 LR (left to right) or RL，或者 TB （top to bottom） or BT;

digraph G {
    nodesep = 2;
    ranksep = 1;
    rankdir = LR;
    a -> b;
    c;
    b -> d;
}

节点

graphviz的节点的定义方式如下：

 节点标识符[节点属性]

所有的节点属性见官网的节点属性介绍，下面，介绍常用的节点属性。

当想让节点的形状完全由类HTML的标签设置时，一般设置属性 width=0, height=0, margin=0 。

shape 属性

graphviz 主要有三种类型的形状（shape）类型：多边形（polygon）, 记录（record）形状， 用户定义（user-defined）形状。基于记录的形状在很大程度上已经被类似HTML的标签所取代。也就是说，可以考虑使用shape=none、margin=0和类HTML标签，而不是使用shape=record。

多边形

所有的多边形的属性值与形状如下，其中 rect/rectangle 与 box 是同义词，none 与 plaintext 是同义词。

当想让节点的形状完全由类HTML的标签设置时，一般设置属性 width 0, height=0, margin=0 。

record-based 的形状

基于 record的形状，是指节点的属性为 record 或者 Mrecord 的节点，其节点的表现形式由 label 属性决定。 record 与 Mrecord 的区别在于 Mrecord 的外围是圆角。

label 属性的语法结构如下：

• 不同的字段使用|隔开；
• 字段的 portname 使用 <...>尖括号括起来；
• 在{...}中的内容，在水平和垂直布局之间翻转，取决于 graph 的 rankdir 属性：1）若 graph[rankdir=TB]，则整体图片垂直布局，{...}中的内容垂直布局。2）graph[rankdir=LR]，则整体图片水平布局，{...}中的内容水平布局；

digraph structs {
    node[shape=record];
    graph[rankdir=TB];
    
    struct1[label="<f0> left|<f1> mid&#92; dle|<f2> right"];
    struct2[label="<f0> one|<f1> two"];
    struct3[label="hello&#92;nworld |{ b |{c|<here> d|e}| f}| g | h"];
    struct1:f1 -> struct2:f0;
    struct1:f2 -> struct3:here;
}

修改 graph 属性为 LR，则整体水平布局。

digraph structs {
    node[shape=record];
    graph[rankdir=LR];
    
    struct1[label="<f0> left|<f1> mid&#92; dle|<f2> right"];
    struct2[label="<f0> one|<f1> two"];
    struct3[label="hello&#92;nworld |{ b |{c|<here> d|e}| f}| g | h"];
    struct1:f1 -> struct2:f0;
    struct1:f2 -> struct3:here;
}

用户定制

用户定制图形有几种方式：

• 通过类HTML的 label 使用 IMG 属性加载用户定制的图像；

digraph structs {
    node [shape=plaintext];

    struct1 [label=<<TABLE>
    <TR><TD><IMG SRC="eqn.png"/></TD></TR>
    <TR><TD>caption</TD></TR>
    </TABLE>>];
}

• 如果使用的是 SVG （-Tsvg），或者 postScript （-Tps， -Tps2） 或者 光栅格式 （-Tgif, -Tpng, 或者-Tjpg）,可以通过指定图像文件名加载图片，例如：

graph pic_test {
    your_pic[shape=none, label="", imagepath="D:\cloud_sync\vnote_book\效率工具", image="test.png"];
}

关于 image 的路径，参考环境变量的设置

label 属性

基本用法

label 属性的基本用法是设置节点的文本显示，若节点没有显示设置label属性，则文本显示节点的标识符。

graph lebel_demo {
    node1;
    node2[label="文本显示"];
}

HTML用法

label 属性HTML用法是将节点转换为一个类似于HTML的实体，实体的具体呈现完全由HTML脚本语言控制，其注意事项如下：

• 节点的 shape 属性设置为 record 或 none，建议 none ；
• 节点的 宽、高、边缘属性设置为0:width=0, height=0, margin=0；
• 节点的 label 属性字符串通过尖括号<...>包含HTML语法字符串；

示例：使用HTML实现一个表格节点实体（注意：html不区分大小写）。

digraph html_label_Example
{
    label = "html_like_label_example";
    
    bgcolor="transparent";//背景透明
    
    html_ex_node[shape=record, margin=0, label=<
        <table border="0" cellborder="1" cellspacing="0" cellpadding="4">
            <tr>
                <td rowspan="2">test</td>
                <td>a</td>                
                <td rowspan="2">HTML-Like<br/>label</td>
            </tr>
            <tr>
                <td>b</td>
            </tr>
        </table>
    >];
}

graphviz不支持所有的html-4的语法，目前只支持如下的html-like语法：

label	:	text
|	fonttable
text	:	textitem
|	text textitem
textitem	:	string
|	<BR/>
|	<FONT> text </FONT>
|	<I> text </I>
|	<B> text </B>
|	<U> text </U>
|	<O> text </O>
|	<SUB> text </SUB>
|	<SUP> text </SUP>
|	<S> text </S>
fonttable	:	table
|	<FONT> table </FONT>
|	<I> table </I>
|	<B> table </B>
|	<U> table </U>
|	<O> table </O>
table	:	<TABLE> rows </TABLE>
rows	:	row
|	rows row
|	rows <HR/> row
row	:	<TR> cells </TR>
cells	:	cell
|	cells cell
|	cells <VR/> cell
cell	:	<TD> label </TD>
|	<TD> <IMG/> </TD>

更多的html-like语法见 graphviz官网中对record节点的介绍

style 属性

style 属性用于修改节点的外观，当前，支持8种类型的 style：filled, invisible, diagonals, rounded. dashed, dotted, solid, bold

• filled : 此值指示应填充节点的内部。使用的颜色是 fillcolor 定义的，若 fillcolor 属性未定义，则使用 color 属性的颜色。对于未填充的节点，节点内部对当前图形或簇背景色的任何颜色都是透明的。请注意，点形状始终是填充的。

digraph G {
  rankdir=LR
  node [shape=box, color=blue]
  node1 [style=filled] 
  node2 [style=filled, fillcolor=red] 
  node0 -> node1 -> node2
}

• invisible : 不可见。设置此样式会导致节点根本不显示。请注意，节点仍用于布局图形。
• diagonals: 斜线 。“斜线”样式会导致在节点多边形的顶点附近绘制小斜线。

digraph G {
  rankdir=LR
  node [shape=box, color=blue]
  
  node0 [style=diagonals] 
}

• rounded ：圆形的，使节点的边变得圆滑，可以作用在 record 形状上。

digraph R {
  rankdir=LR
  node [style=rounded]
  node1 [shape=box]
  node2 [fillcolor=yellow, style="rounded,filled", shape=diamond]
  node3 [shape=record, label="{ a | b | c }"]

  node1 -> node2 -> node3
}

• dashed ： 使节点的边变为虚线；

• dotted ： 使节点的边变为点线；

• solid ： 使节点的边变为直线，默认属性；

• bold : 使节点的边线加粗。

port 属性

节点的 port 属性是指节点连接另一个节点的线条端点位置，端口的位置有8种，分别为节点的东、南、西、北、东南、东北、西南、西北，属性的值分别为e, s, w, n, se, ne, sw, nw

有两种类型的 port 属性:

• 一种使指定源节点的端点位置，使用 tailport 属性，如下脚本指定 a节点的端点位置为东：

digraph G {
    a -> b [tailport = e];
}

• 一种指定目的节点的端点位置，使用:pos语法，如下脚本指定b节点的端点位置为西：

digraph G {
    a -> b:w;
}

也可以通过上述语法指定 record 形状的域字段（如f1）的端点位置：

digraph G {
    a -> b:f1:w;
}

微信公共号

NFVschool，关注最前沿的网络技术。

参考

• Markdown工具链整合 -- Graphviz：Graphviz简介
• graphviz基础语法介绍
• A graphviz tutorial

附录

Graphviz基本组成结构dot代码

digraph gv_basic_structure{
    label=<<B>Graphviz基本组成结构</B>>;
    
    node[shape=box];
    
    graphviz[label="Graphviz"];
    
    subgraph{
        layout[label="Layouts"];
        script[label="Script Files"];
        api[label="APIs"]
        rank=same;
    }
    
    graphviz -> layout;
    graphviz -> script;
    graphviz -> api;
    
    
    script ->
    subgraph{
        element[label="Elements"];
        attribute[label="Attributes"];
        rank=same;
    }
    
    layout ->
    subgraph{
        layout_dot[label="dot", color="red"];
        layout_neato[label="neato"];
        layout_etc[label="......"];
    }
    
    element ->
    subgraph{
        ele_graph[label="Graph"];
        ele_node[label="Node"];
        ele_edge[label="Edge"];
    }
}