1. 背景

最近基于业务需求，需要在两个星期内，做出十几个数据分析类的图表，包括折线图，柱状图，散点图，饼图等，用以对用户的比赛数据做一个汇总统计和分析。
产品经理说，这个功能是我们准备作为付费用户的特享有功能，所以务必做到数据准确，界面酷炫，体验流畅...（边说他边陷入了美好想幻想中...）
听完我当场就想回去写辞职信了，两个星期，其中给测试和发版有一个星期，所以纯开发基本就一个星期时间，莫非你在搞笑？ 一个星期，这个全部做出来？
底层结构搭建，比赛的数据封装，和后台的API定义与调试，图表异常场景的处理方案，老版本数据的兼容性等等，左估右算显然是做不出来了，所以只能先找个靠谱点的轮子，再进一步扩展了。

2. Charts

因为这期项目，组内决定逐渐从Objc转到swift，所以，也直接就从swift中找了个靠谱的图表库--Charts
Github：https://github.com/danielgindi/Charts
至于为什么选择他，原因很简单：star最多！

这个项目的作者是danielgindi，他自己介绍说这个项目是MPAndroidChart对应的Apple平台的版本（iOS/tvOS/OSX均支持）

3. 话不多说，直接看效果

屏幕快照 2017-06-18 下午8.20.22.png
屏幕快照 2017-06-18 下午8.20.30.png

4. 如何引入

引入很简单，不详细说了

4.1 通过cocoapods

pod 'Charts'

4.2 通过charthage

github "danielgindi/Charts" == 3.0.2

4.3 通过project方式引入

把这个charts的project通过target的方式引入，他们自己提供的demo就是通过这种方式。（个人不是很推荐这种方式）

屏幕快照 2017-06-18 下午8.26.00.png

4.4 其他，比如直接拖源码

总之随便你以任何你习惯的方式，但是切记他们是遵循Apache Licence，你也要对应做出相应的规范。

5. 如何使用

5.1 准备

这个库实际的实现是有点复杂的，而且每个类的继承和成员变量都错综复杂，一开始都没搞太明白，后来做了些测试加上他们提供的源码，大概摸清楚了他们的一些道道，后面主要用他们的demo做举例：

备注： 他们的demo是用OC写的，源码使用swfit写的

5.2 绘制坐标轴

    _chartView = [[LineChartView alloc] init];
    _chartView.delegate = self;

    // x-axis limit line
    ChartLimitLine *llXAxis = [[ChartLimitLine alloc] initWithLimit:10.0 label:@"Index 10"];
    llXAxis.lineWidth = 4.0;
    [_chartView.xAxis addLimitLine:llXAxis];
        
    ChartYAxis *leftAxis = _chartView.leftAxis;
    leftAxis.axisMaximum = 200.0;
    leftAxis.axisMinimum = -50.0;
    
    _chartView.rightAxis.enabled = NO;
    [_chartView animateWithXAxisDuration:2.5];
}

使用charts绘图，其实很简单，构造一个chartView，然后设置他的坐标轴的上限和下限，然后设置data，就好了，如果想以动画的方式展开，再加一句[_chartView animateWithXAxisDuration:2.5];就好.
像上面这段代码，就是做了3件事：

• a. 构造一个LineChartView
• b. 加一条限制线，[_chartView.xAxis addLimitLine:llXAxis]; ，无非就是在x=10的位置上画了一条垂直线，线宽为4.0
• c. 设置左侧Y轴(leftAxis)的上下界[-50,200]

OK,看到这里，大概了解了Charts的基本用法，然后想知道，如何给他填充我们的数据，从而画出那些图表线来？

5.3 绘制数据

如果看ChartsView的基类，会看到ChartViewBase，每一个ChartViewBase都有个data属性，

    internal var _data: ChartData?

你所需要做的就是给这个data赋值，赋值成功，图表自会生成，上代码：

set1 = [[LineChartDataSet alloc] initWithValues:yVals1 label:@"DataSet 1"];
set1.axisDependency = AxisDependencyLeft;
[set1 setColor:[UIColor colorWithRed:51/255.f green:181/255.f blue:229/255.f alpha:1.f]];
[set1 setCircleColor:UIColor.whiteColor];

set2 = [[LineChartDataSet alloc] initWithValues:yVals2 label:@"DataSet 2"];
set2.axisDependency = AxisDependencyRight;
[set2 setColor:UIColor.redColor];
[set2 setCircleColor:UIColor.whiteColor];
set2.drawCircleHoleEnabled = NO;

NSMutableArray *dataSets = [[NSMutableArray alloc] init];
[dataSets addObject:set1];
[dataSets addObject:set2];

LineChartData *data = [[LineChartData alloc] initWithDataSets:dataSets];
[data setValueTextColor:UIColor.whiteColor];
[data setValueFont:[UIFont systemFontOfSize:9.f]];

_chartView.data = data;

可以看到我们将数据源转化为一个个ChartDataSet，然后组合成ChartDataSets(数组)，然后可构造出ChartData，这个就行chartView需要的data. 这样，图表就赋值成功了。

6. 深入研究

其实走到5这一步，基本就可以进行开发了，产品经历的需求基本也可以分分钟完成了（当然我自己在开发中也遇到了很多的坑，后面会细说）。
但是，
既然偷懒用的第三方的东西，虽然省了时间，但是出于安全性和稳定性的考虑，还行需要了解这个库具体是怎么实现了，一方面可以作为自己学习的一个积累；另一方面，如果以后有一些定制化的图层需要修改，也可以对该库进行修改和扩展，而且如果其内部有些待优化或者处理不当的地方，也好提前做好预防工作。

6.1 首先看一下Charts的ChartView家族

Charts提供了7种基本的类型图表，具体看下图:

Notes:此图为本人独家提供

屏幕快照 2017-06-18 下午9.42.37.png

柱状图和线形图一类(BarLineChartViewBase)，饼图和雷达图一类(PieRadarChartViewBase),
二者的共同点是都有xAxis（横坐标）
二者的区别是：
BarLineChartViewBase有YAxis（纵坐标）

    /// the object representing the left y-axis
    internal var _leftAxis: YAxis!
    
    /// the object representing the right y-axis
    internal var _rightAxis: YAxis!

PieRadarChartViewBase没有YAxis（本身也不需要，对吧），只有一些旋转相关的属性(选择角度等)

    /// holds the normalized version of the current rotation angle of the chart
    fileprivate var _rotationAngle = CGFloat(270.0)
    
    /// holds the raw version of the current rotation angle of the chart
    fileprivate var _rawRotationAngle = CGFloat(270.0)

当然还有个CombinedChartView，我没列出来，就是可以随意的组合BarLineChartViewBase的子类。

比较常用的是BarChartView和LineChartView，如果是做数据分析可能会用到ScatterChartView散点图或者BubbleChartView气泡图，如果是做金融行业的，那必然是要用到CandelStickChartView（常说的K线图）

6.2 Charts的数据模型

Charts的数据model为ChartData，整理了下ChartData的结构图如下：

屏幕快照 2017-06-18 下午11.01.49.png

我们的数据源就是(x,y), 一个个数据点构成了ChartDataEntry，大部分ChartDataEntry只有一个x，一个y，但是类似BarChartDataEntry，可以有多个y值（柱状图可以由多段组成），所以BarChartDataEntry持有的是_yVals

    /// the values the stacked barchart holds
    fileprivate var _yVals: [Double]?

ChartDataEntry组成ChartDataSet,每一个ChartData都是由多组ChartDataSet构成。

不同的ChartDataSet可以理解为，将数据“分组”

比如实际应用中，我们以每个季度为一组，展示用户的统计数据，每个季度又包含每个月的数据，那么就可以组建4个ChartDataSet，每个ChartDataSet包含3个ChartDataEntry，这样，不同的季度，对应各自的ChartDataSet可以设置不同的展示模式和效果。

6.3 如何渲染数据

6.3.1 渲染的英文是什么？

Render!!! (这个是专有词汇，不是romance，dramatize或lender color)

6.3.2 Render

所以Charts中当你看到xxxRender的时候，就知道它负责视图的界面渲染工作.

    /// object responsible for rendering the data
    open var renderer: DataRenderer?

这个类名是DataRenderer， 变量名是renderer，下面统一简称为Render

Render负责drawData(context: CGContext),

我们知道，iOS中UIView的绘制渲染工作是在func draw(_ rect: CGRect)中进行的

当drawRect调用的时候，我们通过Render去执行drawData进行视图绘制，包括横纵坐标，包括Image,Text,Path等.
简单说就是如下图：

屏幕快照 2017-06-19 上午12.19.46.png

Render负责拿到ChartData的具体数据，然后在ChartView进行图层绘制. Render扮演了数据加工处理的角色，如果将这种设计架构理解为MVVM，那么Render这个模块，在我的理解就是ViewModel.

MVVM.png

另外，需要补充的一点是，如果看Render的实现源码，会看到，他在很多地方，用到了ChartDataProvider和IChartDataSet，这两个又是什么东西？

dataProvider IBarChartDataSet

仔细看代码的话，发现是2个protocol

public protocol IChartDataSet { ... }
public protocol ChartDataProvider { ... }

他们是干嘛用的呢？ 首先看ChartDataProvider：

i>. ChartDataProvider是谁？
答： ChartDataProvider本质就是ChartView，Render在代码用弱引用(weak)了一个ChartView，但从概念上，他就是Render的数据提供者。
对Render而言：我持有数据和数据的提供者，在处理数据的时候，有时候需要问询一下数据提供者，这些数据是否有限制，是否合法等等.
ii>. ChartDataProvider能做甚？
答：这个是提供了一些横纵坐标轴的边界值和data的get方法. 每个子类的ChartView实现ChartDataProvider这个protocol所需要的function，然Render进行绘制图层的时候，会调用这些function，进行数据有效性的判定和逻辑的处理。

那么再看IChartDataSet:

他是ChartDataSet需要遵循的一个协议.
在Render处理ChartDataSet的时候，需要IChartDataSet中要求的function来进行逻辑处理。

基于以上的分析，我们知道了Render的实现需要ChartDataProvider和IChartDataSet的支撑。
那么，我们的Render的结构图应该更新为：

Render.png

6.3.3 底层的实现

那么问题来了，每个图层，每个Text都是Renderer徒手画上去的？上面谈到了，我们有7个类型的ChartView，再加上CombinedView，所以对应有8个Render，每个都徒手画图层？
听上去工作量有点大啊？
当然，肯定本着复用和工厂模式的原则，我们得对这些东西做一些封装，于是有了ChartUtils.
具体的绘制都会在ChartUtils中实现，截一些ChartUtils的代码来看：

    open class func drawText(context: CGContext, text: String, point: CGPoint, align: NSTextAlignment, attributes: [String : AnyObject]?)

    open class func drawImage(
        context: CGContext,
        image: NSUIImage,
        x: CGFloat,
        y: CGFloat,
        size: CGSize)

ChartUtils.png
可以看到Charts绘制的本质就是获取当前的CGContext，然后通过ChartData获取到绘制点的CGPoint，然后进行Image或者Text的绘制。
iOS做多了，图形绘制，有各种各样的实现方式：

• 最简单就是画个UIView，画个UIButton （所以之前会有人吐槽自己就是个UIButton工程师，每天画了各种各样的Button）.
• 稍微玩的嗨一点，就是从layer上，绘制个贝塞尔曲线UIBezierPath，然后加点Animation

当然，画UIView和Layer，本质上是一样的，都是话了Layer，UIView只是系统对Layer的一个封装罢了

• 再进一步就是直接通过CoreGraphics，在CGContext直接渲染了，绘制路径，和填充效果以及边界值，明确path和坐标点，基本也是可以搞下来的.

既然谈到了，顺便补充下基础知识：

屏幕快照 2017-06-19 上午12.57.03.png

CoreGraphics也称为Quartz 2D 是UIKit下的主要绘图系统，频繁的用于绘制自定义视图。Core Graphics是高度集成于UIView和其他UIKit部分的。Core Graphics数据结构和函数可以通过前缀CG来识别。

屏幕快照 2016-07-07 下午2.57.26.png
OpenGL ES是OpenGL的子类（其实就是OpenGL为iOS做的服务）.用于渲染2D和3D的图形数据。
但是这个库是C语言写的，过于底层，对于iOS开发者来说不太友好（意思就是太难了，他们写起来太累）。于是Apple提供了一套高层的接口：

• Sprite Kit 这个是2D游戏开发会用的库，专业制作各种吊炸天的特效
• Core Image图像处理库，用于图像处理（比如滤镜之类的，“美图秀秀”这类软件比用此库）
• Core Animation 这个比较常用了，大家平时基本所有的动画交互都是基于此完成的

UIKit是在Cocoa Touch层的，其底层仍然是通过Core Animation实现的。

6.4 Charts的数据流是怎样的

6.4.1 chartView.data赋值

对于最上层的使用来说，我们写出chartView.data = pieChartData这行代码的时候，感觉一切都搞定了

    let chartView = PieChartView.init(frame: self.bounds)
    var yValues: [PieChartDataEntry] = []
    ...
    let dataSet = PieChartDataSet.init(values: yValues, label: "")
    let pieChartData = PieChartData.init(dataSets: [dataSet])
    chartView.data = pieChartData

因为啥也不用干，我们的界面就呈现出来了，但问题是chartView.data被赋值成功的那一刻，背后发生了些什么东西呢？

6.4.2 数据流程

简单整理了下他们的数据流大概是这样：

屏幕快照 2017-06-19 下午12.51.58.png
当我们设置了chartView的data之后，他在set方法里调用了dataChanged的通知notifyDataSetChanged()，这个方法的具体实现是在每个子类的ChartView中自己实现，主要做的事情是：

i>. 重新计算边界值和offset偏移值
ii>. 调用setNeedsDisplay(),触发视图界面的刷新

之后在ChartView的几类和子类的drawRect方法中进行界面渲染：

i>. 获取当前的CGContext
ii>. 绘制横纵坐标轴
iii>. 绘制数据（我们提供的数据源）
iv>. 绘制额外的补充数据
v>. 绘制图例（实际场景中饼图必须，其他图按需）
vi>. 绘制description (其实就是右下角的一句描述话语，基本不太用，可能部分场景需求，写个“数据援引自...”之类)

6.5 坐标轴转换是怎么实现的

为什么会突然扯到这个问题，是因为在实际开发中，发现有些场景，我需要在ChartView上添加一些我自定义的东西，这些东西原生Charts库不支持，我只能自己直接添加。
我现在是知道自己添加点的数据源(x,y),怎么去知道他们对应的坐标轴？

这个如果是自己写的代码，那么就知道横纵坐标的宽度，对应按照比例，既可以算出来，但是Charts不告诉你他坐标轴的宽度，我们怎么算呢？

很简单，他已经提供了更好的方式：Transformer
Transformer包含一个数据点与坐标点的转换矩阵，你只需要传入数据点或者坐标点，他会帮你转换为对应的值：

屏幕快照 2017-06-19 上午1.05.56.png

简书的代码高亮做的太差了，所以部分代码直接截图了

啥也别说 ，直接拿去用！

但是如果想知道背后实现的逻辑，其实倒也简单：
本质就是个矩阵转换：
首先你得知道这个东西：

struct CGAffineTransform {
  CGFloat a, b, c, d;
  CGFloat tx, ty;
};

知道了CGAffineTransform，那么他对应的数学变换就是：

屏幕快照 2017-06-19 上午1.12.24.png 屏幕快照 2017-06-19 上午1.16.23.png

我们假设知道数据点x,y,想求出来对应的坐标点PixelX或者PixelY,
那么

scaleX = xAxisWidth / (xAxisMax - xAxisMin)
pixelX = scaleX * x - xAxisMin

如果能看懂这一步的话，倒着退我们的transformer矩阵大概长这个样子：

|   scaleX        0          0   |
|     0        -scaleY       0   |
|  -xAxisMin  -yAxisMin      0   |

如果到这里你还是能懂的话，那就很厉害了，应该能看懂我们的transformer矩阵是怎么生成的了：
（就是先做scaled，然后做translated）

  _matrixValueToPx = CGAffineTransform.identity
  _matrixValueToPx = _matrixValueToPx.scaledBy(x: scaleX, y: -scaleY)
  _matrixValueToPx = _matrixValueToPx.translatedBy(x: CGFloat(-chartXMin), y: CGFloat(-chartYMin))

完整代码见截图：

屏幕快照 2017-06-19 上午1.26.35.png

1. 如果不懂的话，先去这里补一下基础：Core Animation编程指南

2. 有人问为什么非要采用这种方式，我直接封装一个函数是不是更简单？
   答：如果是纯粹的简单数学转换，那么写个函数更简单。
   但是Charts是支持滑动和缩放的，当放大或者缩小后，那么这个转换函数的逻辑就会越来越复杂，要考虑的分支结构会越来越多，这种场景下用矩阵计算效率最高，且最简单。

6.6 遗留环节

因为目前还没用到手势和缩放，所以Charts相关的手势处理和缩放转换，没有做深入的研究，如果想了解的话，先搞明白ViewPortHandler这个模块，应该是可以作为一个好的切入点，方便快速理解。
这里就不做进一步的讨论了。

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7. 结尾

以上是在Charts使用中，对Charts的一些基本的学习和了解。

实际使用中，发现还是有很多坑需要填充：

• 比如：饼图的数据，不支持动态调位置 （Charts是写死在半径的1/3处），但我们的UI需要数据写在几何中心的位置，所以继承了一个子类，重新封装的饼图的绘制功能
• 比如：ScatterChartView，虽然支持各种各样的散点图，大小随你设。但是我们的UI很奇葩的设置了“矩形+圆角”的散点，这个在Charts是不支持的（圆角是支持的，但是宽高不行。因为他的散点图宽高是写死相等的），所以不得已重新实现了SquareShapeRenderer
• 比如 ...

当然，坑可以慢慢填，Charts很多设计优秀的地方还是不可以被掩盖的👍

总结下来： 如何造一个图表类的轮子？

屏幕快照 2017-06-19 下午2.48.46.png

答： View - Render - Data ！ 对的，就是这样！