Quartz 2D是一个二维绘图引擎，可在iOS环境和内核以外的所有Mac OS X应用程序环境中访问。你可以使用Quartz 2D应用程序编程接口（API）来访问基于路径的绘图，绘制透明度，阴影，绘制阴影，透明层，颜色管理，消除锯齿渲染，PDF文档生成和PDF等功能元数据访问。Quartz 2D尽可能利用图形硬件的强大功能。

在Mac OS X中，Quartz 2D可以与所有其他图形和成像技术一起使用 - 核心图像，核心视频，OpenGL和QuickTime。可以使用QuickTime函数GraphicsImportCreateCGImage 从QuickTime图形导入器在Quartz中创建图像。有关详细信息，请参阅QuickTime Framework Reference。Moving Data Between Quartz 2D and Core Image in Mac OS X 数据描述了如何向Core Image提供图像，Core Image是一个支持图像处理的框架。

同样，在iOS中，Quartz 2D可与所有可用的图形和动画技术配合使用，例如Core Animation，OpenGL ES和UIKit类。

The Page

Quartz 2D使用painter的模型进行成像。在painter的模型中，每个连续的绘图操作都将一层canvas应用于输出paint，通常称为页面。可以通过在其他绘图操作中覆盖更多绘制来修改页面上的绘制。除非覆盖更多颜料，否则无法修改页面上绘制的对象。此模型允许你从少量强大的基元构造极其复杂的图像。

图1-1显示了painter模型的工作原理。要在图的顶部获取图像，首先绘制左侧的形状，然后绘制实心形状。固体形状覆盖第一个形状，遮挡了除第一个形状周边之外的所有形状。形状在图的底部以相反的顺序绘制，首先绘制实心形状。如你所见，在painter的模型中，绘图顺序很重要。

图1-1 painter的模型

这个page可以是真正的纸张（如果输出设备是打印机）;它可能是一张虚拟纸（如果输出设备是PDF文件）;它甚至可能是位图图像。页面的确切性质取决于你使用的特定图形上下文。

绘图目标：图形上下文

图形上下文是一种不透明的数据类型（CGContextRef），它封装了Quartz用于将图像绘制到输出设备的信息，例如PDF文件，位图或显示器上的窗口。图形上下文中的信息包括图形绘制参数和页面上绘制的设备特定表示。 Quartz中的所有对象都被绘制到图形上下文或由图形上下文包含。

你可以将图形上下文视为绘图目标，如图1-2所示。使用Quartz绘制时，所有特定于设备的特征都包含在你使用的特定类型的图形上下文中。换句话说，你可以通过为相同的Quartz绘图例程序列提供不同的图形上下文，将相同的图像绘制到不同的设备。你无需执行任何特定于设备的计算; Quartz为你做到了。

图 1-2 Quartz 绘制

这些图形上下文可供你的应用程序使用：

• 位图图形上下文允许你将RGB颜色，CMYK颜色或灰度绘制到位图中。位图是像素的矩形阵列（或光栅），每个像素表示图像中的点。位图图像也称为采样图像。请参阅 Creating a Bitmap Graphics Context。

• PDF图形上下文允许你创建PDF文件。在PDF文件中，你的绘图将保留为一系列命令。PDF文件和位图之间存在一些显着差异：

  • 与位图不同，PDF文件可能包含多个页面。
  • 当你从另一台设备上的PDF文件中绘制页面时，生成的图像会针对该设备的显示特性进行优化。
  • PDF文件本质上是分辨率无关的 - 绘制它们的大小可以无限增加或减少，而不会牺牲图像细节。用户感知的位图图像质量与要查看位图的分辨率相关联。

参见 Creating a PDF Graphics Context。

• 窗口图形上下文是可用于绘制到窗口中的图形上下文。请注意，由于Quartz 2D是图形引擎而不是窗口管理系统，因此你可以使用其中一个应用程序框架来获取窗口的图形上下文。有关详细信息，请参阅 Creating a Window Graphics Context in Mac OS X。

• 图层上下文（CGLayerRef）是与另一个图形上下文关联的屏幕外绘图目标。它旨在将图层绘制到创建它的图形上下文时获得最佳性能。与位图图形上下文相比，图层上下文可以是屏幕外绘制的更好选择。请参阅Core Graphics Layer Drawing。

• 如果要在Mac OS X中进行打印，可以将内容发送到由打印框架管理的PostScript图形上下文。有关详细信息，请参阅Obtaining a Graphics Context for Printing。

Quartz 2D Opaque 数据类型

除了图形上下文之外，Quartz 2D API还定义了各种不透明数据类型。由于API是Core Graphics框架的一部分，因此数据类型和对它们进行操作的例程使用CG前缀。

Quartz 2D从应用程序操作的不透明数据类型创建对象，以实现特定的绘图输出。图1-3显示了将绘图操作应用于Quartz 2D提供的三个对象时可以实现的各种结果。例如：

• 你可以通过创建PDF页面对象，对图形上下文应用旋转操作，以及要求Quartz 2D将页面绘制到图形上下文来旋转和显示PDF页面。
• 你可以通过创建图案对象，定义构成图案的形状以及设置Quartz 2D以在绘制图形上下文时将图案用作绘图来绘制图案。
• 你可以通过创建着色对象来填充具有轴向或径向着色的区域，提供确定着色中每个点的颜色的函数，然后要求Quartz 2D将着色用作填充颜色。
  
  图1-3 Opaque数据类型是绘制 primitives in Quartz 2D的基础

Quartz 2D中提供的opaque数据类型包括以下内容：

• CGPathRef, 用于矢量图形以创建你填充或描边的路径。参见 Paths。
• CGImageRef，用于根据你提供的样本数据表示位图图像和位图图像蒙版。参见Bitmap Images and Image Masks。
• CGLayerRef，用于表示可用于重复绘图（例如背景或图案）和屏幕外绘图的绘图层。参见 Core Graphics Layer Drawing。
• CGPatternRef，用于重复绘图。参见Patterns。
• CGShadingRef 和 CGGradientRef，用于绘制渐变，参见Gradients。
• CGFunctionRef,用于定义采用任意数量的浮点参数的回调函数。在为着色创建渐变时使用此数据类型,参见Gradients。
• CGColorRef和CGColorSpaceRef，用于告知Quartz如何解释颜色。参见Color and Color Spaces。
• CGImageSourceRef 和 CGImageDestinationRef，用于将数据移入和移出Quartz的数据。参见Data Management in Quartz 2D和 Image I/O Programming Guide。
• CGFontRef，用来画文字。参见Text。
• CGPDFDictionaryRef，CGPDFObjectRef，CGPDFPageRef，CGPDFStream，CGPDFStringRef，和 CGPDFArrayRef。它提供对PDF元数据的访问。参见 PDF Document Creation, Viewing, and Transforming。
• CGPDFScannerRef和CGPDFContentStreamRef。解析PDF元数据。参见PDF Document Parsing。
• CGPSConverterRef，用于将PostScript转换为PDF。它在iOS中不可用。参见PostScript Conversion。

Graphics状态

Quartz根据当前图形状态中的参数修改绘制操作的结果。图形状态包含参数，否则这些参数将作为绘图例程的参数。绘制到图形上下文的例程会查询图形状态以确定如何呈现其结果。例如，当你调用函数来设置填充颜色时，你正在修改存储在当前图形状态中的值。当前图形状态的其他常用元素包括线宽，当前位置和文本字体大小。

图形上下文包含一堆图形状态。当Quartz创建图形上下文时，堆栈为空。保存图形状态时，Quartz会将当前图形状态的副本推送到堆栈中。当你恢复图形状态时，Quartz会将图形状态从堆栈顶部弹出。弹出状态变为当前图形状态。

要保存当前图形状态，请使用函数CGContextSaveGState将当前图形状态的副本推送到堆栈。要恢复以前保存的图形状态，请使用函数CGContextRestoreGState将当前图形状态替换为堆栈顶部的图形状态。

请注意，并非当前绘图环境的所有方面都是图形状态的元素。例如，当前路径不被视为图形状态的一部分，因此在调用函数CGContextSaveGState时不会保存。表1-1列出了调用此函数时保存的图形状态参数。

Quartz 2D坐标系

坐标系统（如图1-4所示）定义了用于表示要在页面上绘制的对象的位置和大小的位置范围。你可以在用户空间坐标系中指定图形的位置和大小，或者更简单地说，指定用户空间。坐标定义为浮点值。

图1-4 Quartz 坐标系

Quartz使用单独的坐标系 - 用户空间 - 使用当前变换矩阵或CTM将其映射到输出设备 - 设备空间的坐标系来实现设备独立性。矩阵是用于有效地描述一组相关方程的数学构造。当前变换矩阵是称为仿射变换的特定类型的矩阵，其通过应用平移，旋转和缩放操作（移动，旋转和调整坐标系的大小的计算）将点从一个坐标空间映射到另一个坐标空间。

当前转换矩阵具有次要目的：它允许你转换对象的绘制方式。例如，要绘制一个旋转45度的框，可以在绘制框之前旋转页面的坐标系（CTM）。 Quartz使用旋转坐标系绘制到输出设备。

用户空间中的点由坐标对（x，y）表示，其中x表示沿水平轴（左和右）的位置，y表示垂直轴（向上和向下）。用户坐标空间的原点是点（0,0）。原点位于页面的左下角，如图1-4所示。在Quartz的默认坐标系中，x轴从页面的左侧向右侧移动时增加。当y轴从页面的底部向顶部移动时，y轴的值增加。

一些技术使用与Quartz使用的默认坐标系不同的默认坐标系来设置其图形上下文。相对于Quartz，这样的坐标系是一个修改过的坐标系，必须在执行某些Quartz绘图操作时进行补偿。最常见的修改坐标系将原点放置在上下文的左上角，并将y轴更改为指向页面底部。你可能会看到使用此特定坐标系的几个地方如下：

• 在Mac OS X中，NSView 的子类重写其 isFlipped 方法以返回YES。
• 在iOS中，由UIView返回的绘图上下文。
• 在iOS中，通过调用UIGraphicsBeginImageContextWithOptions 函数创建的绘图上下文。

UIKit返回带有修改坐标系的Quartz绘图上下文的原因是UIKit使用不同的默认坐标约定;它将变换应用于它创建的Quartz上下文，以便它们匹配其约定。如果你的应用程序想要使用相同的绘图例程来绘制UIView对象和PDF图形上下文（由Quartz创建并使用默认坐标系），则需要应用变换以便PDF图形上下文接收相同的修改坐标系。要执行此操作，请应用将原点转换为PDF上下文左上角的变换，并将y坐标缩放-1。

使用缩放变换来否定y坐标会改变Quartz绘图中的一些约定。例如，如果调用CGContextDrawImage将图像绘制到上下文中，则在将图像绘制到目标时，图像将被变换修改。类似地，路径绘制例程接受指定是否在默认坐标系中以顺时针或逆时针方向绘制弧的参数。如果修改了坐标系，则还会修改结果，就像图像在镜像中反射一样。在图1-5中，将相同的参数传递给Quartz会导致默认坐标系中的顺时针圆弧和y坐标被变换抵消后的逆时针圆弧。

图1-5 修改坐标系会创建镜像图像

应用程序可以调整它对已应用转换的上下文进行的任何Quartz调用。例如，如果要将图像或PDF正确绘制到图形上下文中，则应用程序可能需要临时调整图形上下文的CTM。在iOS中，如果使用UIImage对象来包装你创建的CGImage对象，则无需修改CTM。 UIImage对象自动补偿UIKit应用的修改坐标系。

重要提示：上述讨论对于了解你是否计划在iOS上编写直接针对Quartz的应用程序至关重要，但这还不够。在iOS 3.2及更高版本中，当UIKit为你的应用程序创建绘图上下文时，它还会对上下文进行其他更改以匹配默认的UIKIt约定。特别是，不受CTM影响的图案和阴影会单独调整，以使其惯例与UIKit的坐标系相匹配。在这种情况下，没有与CTM等效的机制，你的应用程序可以使用它来更改Quartz创建的上下文以匹配UIKit提供的上下文的行为;你的应用程序必须识别它正在绘制的上下文类型并调整其行为以匹配上下文的期望。

对象所有权的内存管理

Quartz使用Core Foundation内存管理模型，其中对象被引用计数。创建时，Core Foundation对象的引用计数为1。你可以通过调用保留对象的函数来增加引用计数，并通过调用函数来减少引用计数以释放对象。当引用计数递减到0时，将释放该对象。此模型允许对象安全地共享对其他对象的引用。

要记住一些简单的规则：

• 如果你创建或复制对象，则拥有它，因此你必须将其释放。也就是说，通常情况下，如果从名称中使用Create或Copy字样的函数获取对象，则必须在完成后释放该对象。否则，会导致内存泄漏。

• 如果从名称中不包含Create或Copy字样的函数中获取对象，则不具有对该对象的引用，并且不得释放该对象。该对象将在未来的某个时间由其所有者发布。

• 如果你没有对象并且需要保留它，则必须保留它并在完成后将其释放。你可以使用特定于对象的Quartz 2D函数来保留和释放该对象。例如，如果你收到对CGColorspace对象的引用，则使用CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease函数根据需要保留和释放对象。你还可以使用Core Foundation函数CFRetain和CFRelease，但必须注意不要将NULL传递给这些函数。