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。

 <Canvas Margin="5">
     <Line x:Name="x_axis" Stroke="Black" StrokeThickness="3" X1="40" Y1="280" X2="480" Y2="280" StrokeStartLineCap="Round"/>
     <Line x:Name="y_axis" Stroke="Black" StrokeThickness="3" X1="40" Y1="280" X2="40" Y2="30" StrokeStartLineCap="Round"/>
     <Path x:Name="x_axisArrow" Fill="Black">
         <Path.Data>
             <PathGeometry>
                 <PathFigure StartPoint="480,276" IsClosed="True">
                     <LineSegment Point="480,284"/>
                     <LineSegment Point="490,280"/>
                 </PathFigure>
             </PathGeometry>
         </Path.Data>
     </Path>
     <Path x:Name="y_axisArrow" Fill="Black">
         <Path.Data>
             <PathGeometry>
                 <PathFigure StartPoint="36,30" IsClosed="True">
                     <LineSegment Point="44,30"/>
                     <LineSegment Point="40,20"/>
                 </PathFigure>
             </PathGeometry>
         </Path.Data>
     </Path>
 </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, , ));
     y_axisArrow.Fill = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xff, , ));

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

     PathFigure y_axisFigure = new PathFigure();
     y_axisFigure.IsClosed = true;
     y_axisFigure.StartPoint = new Point(, );                          //路径的起点
     y_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(, ), false)); //第2个点
     y_axisFigure.Segments.Add(new LineSegment(new Point(, ), 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);
 }

两个小箭头

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"/>

添加X,Y,O标签

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

 <Line x:Name="x_scale1" Stroke="Black" StrokeThickness="1" X1="50" Y1="280" X2="50" Y2="276" StrokeEndLineCap="Triangle"/>
 <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。

 /// <summary>
 /// 作出x轴和y轴的刻度线
 /// </summary>
 private void DrawScale()
 {
     for (int i = ; i < ; i += )//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 = ;
         x_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(, , ));

         x_scale.X1 =  + i * ;   //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 = ;           //与原点坐标的y=280，相同
         x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - ;//刻度线长度为4px

         if (i < )//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 = ;
             y_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(, , ));

             y_scale.X1 = ;            //原点x=40，在y轴上的刻度线的起点与原点相同
             y_scale.X2 = y_scale.X1 + ;//刻度线长度为4px

             y_scale.Y1 =  - i * ;  //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);
     }
 }

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 = ; i < ; i += )//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 = ;
         x_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(, , ));

         x_scale.X1 =  + i * ;   //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 = ;           //与原点坐标的y=280，相同
         if (i %  == )//每5个刻度添加一个大刻度
         {
             x_scale.StrokeThickness = ;//把刻度线加粗一点
             x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - ;//刻度线长度为8px
         }
         else
         {
             x_scale.Y2 = x_scale.Y1 - ;//刻度线长度为4px
         }

         if (i < )//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 = ;
             y_scale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(, , ));

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

             y_scale.Y1 =  - i * ;  //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);
     }
 }

添加大刻度

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 = ; i < ; i++)//7 个标签，一共
     {
         TextBlock x_ScaleLabel = new TextBlock();
         TextBlock y_ScaleLabel = new TextBlock();

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

         Canvas.SetLeft(x_ScaleLabel,  +  *  * i - );//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,  + );//让标签字往下移一点

         y_ScaleLabel.Text = (i * ).ToString();
         Canvas.SetLeft(y_ScaleLabel,  - );              //-25px是字体大小的偏移
         Canvas.SetTop(y_ScaleLabel,  -  *  * i - );  //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);
     }
 }

添加刻度标签

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

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

 private void DrawPoint()
 {
     //随机生成8个点
     Random rPoint = new Random();
     for (int i = ; i < ; i++)
     {
         int x_point = i * ;
         int y_point = rPoint.Next();
         dataPoints.Add(new Point(x_point, y_point));
     }

     for (int i = ; i < dataPoints.Count; i++)
     {
         Ellipse dataEllipse = new Ellipse();
         dataEllipse.Fill = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(, , 0xff));
         dataEllipse.Width = ;
         dataEllipse.Height = ;

         Canvas.SetLeft(dataEllipse,  + dataPoints[i].X - );//-4是为了补偿圆点的大小，到精确的位置
         Canvas.SetTop(dataEllipse,  - dataPoints[i].Y - );

         chartCanvas.Children.Add(dataEllipse);
     }
 }

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。

 private void DrawCurve()
 {
     Polyline curvePolyline = new Polyline();

     curvePolyline.Stroke = Brushes.Green;
     curvePolyline.StrokeThickness = ;

     curvePolyline.Points = coordinatePoints;
     chartCanvas.Children.Add(curvePolyline);
 }

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( + dataPoints[i].X,  - 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。

 private void AddCurvePoint(Point dataPoint)
 {
     dataPoints.RemoveAt();
     dataPoints.Add(dataPoint);
     for (int i = ; i < dataPoints.Count; i++)
     {
         //每一个点的X数据都要向左移动50px
         dataPoints[i] = new Point(dataPoints[i].X - , dataPoints[i].Y);
         coordinatePoints[i] = new Point( + dataPoints[i].X,  - dataPoints[i].Y);

         Canvas.SetLeft(pointEllipses[i],  + dataPoints[i].X - );//-4是为了补偿圆点的大小，到精确的位置
         Canvas.SetTop(pointEllipses[i],  - dataPoints[i].Y - );
     }
 }

鼠标单击时的程序如下：

 private void chartCanvas_MouseDown(object sender, MouseButtonEventArgs e)
 {
     //随机生成Y坐标
     Point dataPoint = new Point(, (new Random()).Next());

     AddCurvePoint(dataPoint);
 }

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。

下一个目标，给图表添加更多功能。

下下一目标，完成窗体的美化，做出类似360安全卫士11的界面。