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C++绘制坐标系：从入门到实战

2023-07-04 22:54:33 深夜i -- --

C++ 坐标系入门实战绘制

C++是一门非常常用的程序设计语言，广泛应用于各种领域。想要在C++中绘制坐标系，是许多程序员在学习过程中首先要掌握的基础技能之一。本文将从入门到实战，为大家详细介绍C++绘制坐标系的方法。

一、基础知识

在绘制坐标系之前，我们需要了解一些基础知识。首先，坐标系是由两个垂直的坐标轴组成的，通常分别为x轴和y轴。坐标系的原点位于两个坐标轴的交点处。其次，坐标系中的点通过x轴和y轴的坐标来表示，例如，一个点的坐标为(x,y)。

二、绘制坐标系的基本步骤

1. 在屏幕上创建一个窗口。

2. 在窗口中创建一个画布，用于绘制坐标系以及其他图形。

3. 在画布上绘制坐标轴。

4. 在画布上标注坐标轴的刻度。

5. 绘制其他图形，并标注其坐标。

三、绘制坐标轴

在C++中，我们可以利用图形库中的函数来绘制坐标轴。例如在Windows系统中，可以调用GDI中的函数，如LineTo、MoveTo等实现绘制坐标轴。

以下是一个简单的代码示例，演示如何在屏幕上绘制一个坐标系。


#include <windows.h>
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
  //创建窗口
  HWND hwnd = CreateWindowEx(
      0,
      "WindowClass",
      "C++绘制坐标系",
      WS_OVERLAPPEDWINDOW,
      100,
      100,
      500,
      500,
      NULL,
      NULL,
      hInstance,
      NULL
  );
  //创建一个画布
  HDC hdc = GetDC(hwnd);
  RECT rect;
  GetClientRect(hwnd, &rect);
  int width = rect.right - rect.left;
  int height = rect.bottom - rect.top;
  HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdc);
  HBITMAP hbmMem = CreateCompatibleBitmap(hdc, width, height);
  HBITMAP hbmOld = (HBITMAP) SelectObject(hdcMem, hbmMem);
  //绘制坐标轴
  MoveToEx(hdcMem, 0, height / 2, NULL);
  LineTo(hdcMem, width, height / 2);
  MoveToEx(hdcMem, width / 2, 0, NULL);
  LineTo(hdcMem, width / 2, height);
  //更新画布
  BitBlt(hdc, 0, 0, width, height, hdcMem, 0, 0, SRCCOPY);
  SelectObject(hdcMem, hbmOld);
  DeleteObject(hbmMem);
  DeleteDC(hdcMem);
  ReleaseDC(hwnd, hdc);
  //显示窗口
  ShowWindow(hwnd, nCmdShow);
  //消息循环
  MSG msg;
  while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
  }
  return 0;
}
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
  switch (uMsg) {
    case WM_DESTROY:
      PostQuitMessage(0);
      return 0;
    default:
      break;
  }
  return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);
}

代码中，我们首先创建一个窗口，并在窗口中创建了一个画布，用于绘制坐标系和其他图形。接着，我们调用MoveToEx和LineTo函数绘制出了坐标轴。

在绘制坐标轴时，对于横轴和纵轴来说，它们的坐标范围都应该是从屏幕中心向两端扩展的，因此如下代码：


MoveToEx(hdcMem, 0, height / 2, NULL);
LineTo(hdcMem, width, height / 2);
MoveToEx(hdcMem, width / 2, 0, NULL);
LineTo(hdcMem, width / 2, height);

这段代码表示把横轴移动到屏幕中心，将它的y坐标定在屏幕高度的一半，然后向两端延展；将纵轴移动到屏幕中心，把它的x坐标设置为屏幕宽度的一半，然后向上下两端随意延伸。

四、坐标轴的刻度

在绘制坐标轴时，我们还需要在坐标轴上标注刻度。常用的方法是在坐标轴上绘制短直线，表示刻度，并在刻度旁边标注对应的数值。为了使数值更加直观地显示，可以采用分段标记的方式。

以下是一个简单代码示例，演示如何为一个坐标系添加刻度。


//横轴的刻度
int dx = width / 20;
int x = dx;
int y = height / 2 - 10;
for (int i = -10; i <= 10; i++) {
  MoveToEx(hdcMem, x, y, NULL);
  LineTo(hdcMem, x, y + 20);
  string str = to_string(i);
  TextOut(hdcMem, x - 7, y + 22, str.c_str(), str.size());
  x += dx;
}
//纵轴的刻度
int dy = height / 20;
x = width / 2 - 10;
y = dy;
for (int i = -10; i <= 10; i++) {
  MoveToEx(hdcMem, x, y, NULL);
  LineTo(hdcMem, x + 20, y);
  string str = to_string(-i);
  TextOut(hdcMem, x + 22, y - 7, str.c_str(), str.size());
  y += dy;
}

代码中，我们在横轴和纵轴上分别绘制了20个刻度，并在刻度旁边标注了对应的数值。以横轴为例，我们首先计算了每个刻度之间的距离，然后从第一个刻度开始，每相邻两个刻度之间的距离为dx。然后，我们利用MoveToEx和LineTo绘制出了刻度。最后，我们采用TextOut函数在刻度旁边标注了对应的数值。

五、实战应用

在掌握了绘制坐标系的基本技能后，我们可以用C++绘制更加复杂的图形，例如散点图、折线图、柱状图等。以下是一个简单的实战代码示例，演示如何使用C++在坐标系中绘制一个散点图。


#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) {
  //创建窗口
  HWND hwnd = CreateWindowEx(
      0,
      "WindowClass",
      "散点图",
      WS_OVERLAPPEDWINDOW,
      100,
      100,
      500,
      500,
      NULL,
      NULL,
      hInstance,
      NULL
  );
  //创建画布
  HDC hdc = GetDC(hwnd);
  RECT rect;
  GetClientRect(hwnd, &rect);
  int width = rect.right - rect.left;
  int height = rect.bottom - rect.top;
  HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdc);
  HBITMAP hbmMem = CreateCompatibleBitmap(hdc, width, height);
  HBITMAP hbmOld = (HBITMAP) SelectObject(hdcMem, hbmMem);
  //绘制坐标系
  //...代码略...
  //绘制散点图
  POINT points[] = {
      10,
       -50,
       30,
       10,
       -10
  };
  int size = sizeof(points) / sizeof(POINT);
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    int x = points[i].x * dx + width / 2;
    int y = height / 2 - points[i].y * dy;
    Ellipse(hdcMem, x - 5, y - 5, x + 5, y + 5);
  }
  //更新画布
  BitBlt(hdc, 0, 0, width, height, hdcMem, 0, 0, SRCCOPY);
  SelectObject(hdcMem, hbmOld);
  DeleteObject(hbmMem);
  DeleteDC(hdcMem);
  ReleaseDC(hwnd, hdc);
  //显示窗口
  ShowWindow(hwnd, nCmdShow);
  //消息循环
  MSG msg;
  while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0)) {
    TranslateMessage(&msg);
    DispatchMessage(&msg);
  }
  return 0;
}
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
  switch (uMsg) {
    case WM_DESTROY:
      PostQuitMessage(0);
      return 0;
    default:
      break;
  }
  return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);
}

代码中，我们首先创建了一个窗口，并在窗口中创建了一个画布。接着，我们绘制了一个坐标系。最后，我们定义了一个数组保存了散点图的坐标，并根据坐标的值在坐标系中绘制出了相应的散点。

当然，本文仅仅是一个示例，并没有对绘制散点图的细节进行处理，例如如何解决坐标轴超出画布范围等问题。这些问题需要根据实际情况进行处理，同时我们也可以在实际应用中不断探索、优化和学习。

六、总结

绘制坐标系在程序设计中是一个基本技能，也是理解图形绘制原理的重要步骤。通过本文我们了解到，在C++中，我们可以通过调用图形库中的函数绘制坐标系，例如通过使用GDI中的函数绘制。同时，在绘制坐标系时，我们还需要在坐标轴上标注刻度，这也是基本技能之一。最后，我们创建了一个简单的散点图的实例，演示了如何在坐标系中绘制其他图形。希望本文能为大家的学习和实践提供一些帮助。

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