Graphviz介绍
介绍一个高效而简洁的绘图工具graphviz。graphviz是贝尔实验室开发的一个开源的工具包，它使用一个特定的DSL(领域特定语言): dot作为脚本语言，然后使用布局引擎来解析此脚本，并完成自动布局。graphviz提供丰富的导出格式，如常用的图片格式，SVG，PDF格式等。
graphviz中包含了众多的布局器：
- dot 默认布局方式，主要用于有向图
- neato 基于spring-model(又称force-based)算法
- twopi 径向布局
- circo 圆环布局
- fdp 用于无向图
本文主要介绍dot有向图。
首先，在dot脚本中定义图的顶点和边，顶点和边都具有各自的属性，比如形状，颜色，填充模式，字体，样式等。然后使用合适的布局算法进行布局。布局算法除了绘制各个顶点和边之外，需要尽可能的将顶点均匀的分布在画布上，并且尽可能的减少边的交叉(如果交叉过多，就很难看清楚顶点之间的关系了)。所以使用graphviz的一般流程为：
- 定义一个图，并向图中添加需要的顶点和边
- 为顶点和边添加样式
- 使用布局引擎进行绘制
在我的机器上，使用Sublime Text 编辑dot脚本，然后将F7/Cmd-B映射为调用dot引擎去绘制当前脚本，并打开一个新的窗口来显示运行结果：
Sublime Text 3 集成Graphviz方法
如下：
第一步：下载https://github.com/munro/SublimeGraphvizPreview/archive/master.zip
第二步：打开Preferences -> Packages Settings-> Packages Control -> Settings User，来确认一下installed_packages没有GraphVizPreview。并且增加"remove_orphaned": false防止Sublime Text 把手动安装的插件包给删除了。
{
"bootstrapped": true,
"in_process_packages":
[
],
"installed_packages":
[
"EncodingHelper",
"Package Control",
"Theme - Spacegray"
],
"remove_orphaned": false
}
第三步：打开Preferences -> Browse Packages...进入到Sublime Text的插件包下Packagas。
第四步：解压zip文件到Packagas下，并且更改文件夹SublimeGraphvizPreview-master为GraphVizPreview。
第五步：重启Sublime Text。
注：快捷键为
Win+Shift+G，调用Graphviz 调用dot引擎去绘制当前脚本。
使用graphviz绘制流程图
Paste_Image.png
注：引用image图片的时候，需要使用命令，
使用 dot 命令编译，如
dot hello.dot -T png -o hello.png
完整的命令为:
＜cmd＞ ＜inputfile＞ -T ＜format＞ -o ＜outputfile＞
示例如下：
D:\\>dot -Tjpg tes.dot -o test.jpg
<cmd> |
介绍 |
|---|---|
| dot | 渲染的图具有明确方向性。 |
| neato | 渲染的图缺乏方向性。 |
| twopi | 渲染的图采用放射性布局。 |
| circo | 渲染的图采用环型布局。 |
| fdp | 渲染的图缺乏方向性。 |
| sfdp | 渲染大型的图，图片缺乏方向性。 |
基础知识
graphviz包含3中元素，图，顶点和边。每个元素都可以具有各自的属性，用来定义字体，样式，颜色，形状等。
第一个graphviz图
digraph abc{
a;
b;
c;
d;
a -> b;
b -> d;
c -> d;
}
Paste_Image.png
定义顶点和边的样式
digraph abc{
node [shape="record"];
edge [style="dashed"];
a;
b;
c;
d;
a -> b;
b -> d;
c -> d;
}
Paste_Image.png
进一步修改顶点和边样式
将顶点a的颜色改为淡绿色，并将c到d的边改为红色。
digraph abc{
node [shape="record"];
edge [style="dashed"];
a [style="filled", color="black", fillcolor="chartreuse"];
b;
c;
d;
a -> b;
b -> d;
c -> d [color="red"];
}
Paste_Image.png
子图的绘制
digraph abc{
node [shape="record"];
edge [style="dashed"];
a [style="filled", color="black", fillcolor="chartreuse"];
b;
subgraph cluster_cd{
label="c and d";
bgcolor="blue";
c;
d;
}
a -> b;
b -> d;
c -> d [color="red"];
}
Paste_Image.png
注:子图的名称必须以cluster开头，否则graphviz无法设别。
数据结构的可视化
一个hash表的数据结构
hash表内容
struct st_hash_type {
int (*compare) ();
int (*hash) ();
};
struct st_table_entry {
unsigned int hash;
char *key;
char *record;
st_table_entry *next;
};
struct st_table {
struct st_hash_type *type;
int num_bins;
/* slot count */
int num_entries;
/* total number of entries */
struct st_table_entry **bins;
/* slot */
};
脚本如下：
digraph st2{
fontname = "Verdana";
fontsize = 10;
rankdir=TB;
node [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="skyblue", shape="record"];
edge [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="crimson", style="solid"];
st_hash_type [label="{<head>st_hash_type|(*compare)|(*hash)}"];
st_table_entry [label="{<head>st_table_entry|hash|key|record|<next>next}"];
st_table [label="{st_table|<type>type|num_bins|num_entries|<bins>bins}"];
st_table:bins -> st_table_entry:head;
st_table:type -> st_hash_type:head;
st_table_entry:next -> st_table_entry:head [style="dashed", color="forestgreen"];
}
Paste_Image.png
注：在顶点的形状为record的时候，label属性的语法比较奇怪，但是使用起来非常灵活。比如，用竖线”|”隔开的串会在绘制出来的节点中展现为一条分隔符。用<>括起来的串称为锚点，当一个节点具有多个锚点的时候，这个特性会非常有用，比如节点st_table的type属性指向st_hash_type，第4个属性指向st_table_entry等，都是通过锚点来实现的。
使用默认的dot布局后，绿色的这条边覆盖了数据结构st_table_entry，并不美观，因此可以使用别的布局方式来重新布局，如使用circo算法可以得到更加合理的布局结果。
D:\\>circo -Tjpg tes.dot -o test.jpg
Paste_Image.png
hash表的实例
digraph st{
fontname = "Verdana";
fontsize = 10;
rankdir = LR;
rotate = 90;
node [ shape="record", width=.1, height=.1];
node [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="skyblue", shape="record"];
edge [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="crimson", style="solid"];
node [shape="plaintext"];
st_table [label=<
<table border="0" cellborder="1" cellspacing="0" align="left">
<tr>
<td>st_table</td>
</tr>
<tr>
<td>num_bins=5</td>
</tr>
<tr>
<td>num_entries=3</td>
</tr>
<tr>
<td port="bins">bins</td>
</tr>
</table>
>];
node [shape="record"];
num_bins [label=" <b1> | <b2> | <b3> | <b4> | <b5> ", height=2];
node[ width=2 ];
entry_1 [label="{<e>st_table_entry|<next>next}"];
entry_2 [label="{<e>st_table_entry|<next>null}"];
entry_3 [label="{<e>st_table_entry|<next>null}"];
st_table:bins -> num_bins:b1;
num_bins:b1 -> entry_1:e;
entry_1:next -> entry_2:e;
num_bins:b3 -> entry_3:e;
}
Paste_Image.png
注：LR指定了左右排序方式。
可以看到，节点的label属性支持类似于HTML语言中的TABLE形式的定义，通过行列的数目来定义节点的形状，从而使得节点的组成更加灵活。
软件模块组成图
digraph idp_modules{
rankdir = TB;
fontname = "Microsoft YaHei";
fontsize = 12;
node [ fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, shape = "record" ];
edge [ fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12 ];
subgraph cluster_sl{
label="IDP支持层";
bgcolor="mintcream";
node [shape="Mrecord", color="skyblue", style="filled"];
network_mgr [label="网络管理器"];
log_mgr [label="日志管理器"];
module_mgr [label="模块管理器"];
conf_mgr [label="配置管理器"];
db_mgr [label="数据库管理器"];
};
subgraph cluster_md{
label="可插拔模块集";
bgcolor="lightcyan";
node [color="chartreuse2", style="filled"];
mod_dev [label="开发支持模块"];
mod_dm [label="数据建模模块"];
mod_dp [label="部署发布模块"];
};
mod_dp -> mod_dev [label="依赖..."];
mod_dp -> mod_dm [label="依赖..."];
mod_dp -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
mod_dev -> mod_dm [label="依赖..."];
mod_dev -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
mod_dm -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
}
Paste_Image.png
状态图
digraph automata_0 {
size = "8.5, 11";
fontname = "Microsoft YaHei";
fontsize = 10;
node [shape = circle, fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
0 [ style = filled, color=lightgrey ];
2 [ shape = doublecircle ];
0 -> 2 [ label = "a " ];
0 -> 1 [ label = "other " ];
1 -> 2 [ label = "a " ];
1 -> 1 [ label = "other " ];
2 -> 2 [ label = "a " ];
2 -> 1 [ label = "other " ];
"Machine: a" [ shape = plaintext ];
}
Paste_Image.png
digraph finite_state_machine {
rankdir = LR;
size = "8,5"
node [shape = doublecircle];
LR_0 LR_3 LR_4 LR_8;
node [shape = circle];
LR_0 -> LR_2 [ label = "SS(B)" ];
LR_0 -> LR_1 [ label = "SS(S)" ];
LR_1 -> LR_3 [ label = "S($end)" ];
LR_2 -> LR_6 [ label = "SS(b)" ];
LR_2 -> LR_5 [ label = "SS(a)" ];
LR_2 -> LR_4 [ label = "S(A)" ];
LR_5 -> LR_7 [ label = "S(b)" ];
LR_5 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
LR_6 -> LR_6 [ label = "S(b)" ];
LR_6 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
LR_7 -> LR_8 [ label = "S(b)" ];
LR_7 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
LR_8 -> LR_6 [ label = "S(b)" ];
LR_8 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
}
Paste_Image.png
模块的生命周期图
digraph module_lc{
rankdir=TB;
fontname = "Microsoft YaHei";
fontsize = 12;
node [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, shape = "Mrecord", color="skyblue", style="filled"];
edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, color="darkgreen" ];
installed [label="已安装状态"];
resolved [label="已就绪状态"];
uninstalled [label="已卸载状态"];
starting [label="正在启动"];
active [label="已激活(运行)状态"];
stopping [label="正在停止"];
start [label="", shape="circle", width=0.5, fixedsize=true, style="filled", color="black"];
start -> installed [label="安装"];
installed -> uninstalled [label="卸载"];
installed -> resolved [label="准备"];
installed -> installed [label="更新"];
resolved -> installed [label="更新"];
resolved -> uninstalled [label="卸载"];
resolved -> starting [label="启动"];
starting -> active [label=""];
active -> stopping [label="停止"];
stopping -> resolved [label=""];
}
Paste_Image.png
简单的抽象语法树
digraph ast{
fontname = "Microsoft YaHei";
fontsize = 10;
node [shape = circle, fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
node [shape="plaintext"];
mul [label="mul(*)"];
add [label="add(+)"];
add -> 3
add -> 4;
mul -> add;
mul -> 5;
}
Paste_Image.png
简单的UML类图
digraph G{
fontname = "Courier New"
fontsize = 10
node [ fontname = "Courier New", fontsize = 10, shape = "record" ];
edge [ fontname = "Courier New", fontsize = 10 ];
Animal [ label = "{Animal |+ name : String\\l+ age : int\\l|+ die() : void\\l}" ];
subgraph clusterAnimalImpl{
bgcolor="yellow"
Dog [ label = "{Dog||+ bark() : void\\l}" ];
Cat [ label = "{Cat||+ meow() : void\\l}" ];
};
edge [ arrowhead = "empty" ];
Dog->Animal;
Cat->Animal;
Dog->Cat [arrowhead="none", label="0..*"];
}
Paste_Image.png
时序图
digraph G {
rankdir="LR";
node[shape="point", width=0, height=0];
edge[arrowhead="none", style="dashed"]
{
rank="same";
edge[style="solided"];
LC[shape="plaintext"];
LC -> step00 -> step01 -> step02 -> step03 -> step04 -> step05;
}
{
rank="same";
edge[style="solided"];
Agency[shape="plaintext"];
Agency -> step10 -> step11 -> step12 -> step13 -> step14 -> step15;
}
{
rank="same";
edge[style="solided"];
Agent[shape="plaintext"];
Agent -> step20 -> step21 -> step22 -> step23 -> step24 -> step25;
}
step00 -> step10 [label="sends email new custumer", arrowhead="normal"];
step11 -> step01 [label="declines", arrowhead="normal"];
step12 -> step02 [label="accepts", arrowhead="normal"];
step13 -> step23 [label="forward to", arrowhead="normal"];
step24 -> step14;
step14 -> step04 [arrowhead="normal"];
}
rankdir=”LR”表示，布局从左L到右R。可以看到，在代码中有{}括起来的部分。
{
rank="same";
edge[style="solided"];
Agency[shape="plaintext"];
Agency -> step10 -> step11 -> step12 -> step13 -> step14 -> step15;
}
每一个rank=”same”的block中的所有节点都会在同一条线上。我们设置了所有的线为虚线，但是在该block中，将线改为solided。
Paste_Image.png
如果你追求高效的开发速度，并希望快速的将自己的想法画出来，那么graphviz是一个很不错的选择。
graphviz的强项在于自动布局，当图中的顶点和边的数目变得很多的时候，才能很好的体会这一特性的好处。
最后，提供Graphviz下载地址。
