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刻度计算引擎 - QwtScaleEngine

QwtScaleEngine 是坐标轴刻度的计算引擎，负责根据数据范围自动计算合理的刻度位置和标签。不同类型的刻度引擎支持不同的刻度策略。

主要功能特性

  • 根据数据范围自动计算主刻度和次刻度
  • 支持线性、对数、日期等刻度引擎
  • 自动选择常用的刻度间隔（如 10、5、2）
  • 支持包含或排除边界的刻度计算

基本概念

刻度引擎类型

引擎类 说明
QwtLinearScaleEngine 线性刻度引擎（默认）
QwtLogScaleEngine 对数刻度引擎
QwtDateScaleEngine 日期/时间刻度引擎

刻度划分结构

QwtScaleDiv 表示刻度划分结果：

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QwtScaleDiv包含:
- interval() / lowerBound() / upperBound(): 数据范围 [min, max]
- ticks(QwtScaleDiv::MajorTick): 主刻度位置列表
- ticks(QwtScaleDiv::MinorTick): 次刻度位置列表
- ticks(QwtScaleDiv::MediumTick): 中等刻度位置列表

使用方法

1. 线性刻度引擎（默认）

坐标轴默认使用 QwtLinearScaleEngine，多数情况下只需用 QwtPlot::setAxisAutoScale() 开启自动刻度，再通过 setAxisMaxMajor() 与 setAxisMaxMinor() 限制刻度密度即可。下面的例子让底部轴最多出现 10 个主刻度、每个主刻度区间最多 5 个次刻度：

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#include <QwtPlot>

QwtPlot* plot = new QwtPlot();

// 默认使用线性刻度引擎
plot->setAxisAutoScale(QwtAxis::XBottom);

// 设置主刻度数量上限
plot->setAxisMaxMajor(QwtAxis::XBottom, 10);  // 最多10个主刻度

// 设置次刻度数量上限
plot->setAxisMaxMinor(QwtAxis::XBottom, 5);   // 每个主刻度区间最多5个次刻度

2. 对数刻度引擎

用于大范围数据或指数关系数据：

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#include <QwtLogScaleEngine>

// 设置对数刻度引擎
plot->setAxisScaleEngine(QwtAxis::YLeft, new QwtLogScaleEngine());

// 设置对数刻度范围
plot->setAxisScale(QwtAxis::YLeft, 0.001, 1000);  // 跨越6个数量级

// 对数刻度特性：
// - 主刻度位于10^n位置（1, 10, 100, 1000...）
// - 次刻度位于中间位置（2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 全分度需 setAxisMaxMinor ≥ 9；
//   默认 maxMinor = 5 时只有 2, 4, 6, 8）

3. 日期刻度引擎

用于时间序列数据：

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#include <QwtDate>
#include <QwtDateScaleEngine>
#include <QwtDateScaleDraw>

// 设置日期刻度引擎
plot->setAxisScaleEngine(QwtAxis::XBottom, new QwtDateScaleEngine());

// 设置日期刻度绘制——格式按 QwtDate::IntervalType 选择
//（没有 QwtDateScaleDraw 自己的级别枚举）
QwtDateScaleDraw* dateDraw = new QwtDateScaleDraw();
dateDraw->setDateFormat(QwtDate::Month, QString("yyyy-MM"));  // 月份格式
dateDraw->setDateFormat(QwtDate::Day, QString("MM-dd"));      // 日期格式
plot->setAxisScaleDraw(QwtAxis::XBottom, dateDraw);

// 设置时间范围
QDateTime start = QDateTime::fromString("2024-01-01", "yyyy-MM-dd");
QDateTime end = QDateTime::fromString("2024-12-31", "yyyy-MM-dd");
plot->setAxisScale(QwtAxis::XBottom, 
    QwtDate::toDouble(start), 
    QwtDate::toDouble(end));

4. 自定义刻度划分

自动刻度不满足需求时，可以手工组装 QwtScaleDiv：用 setInterval() 设置区间，用 setTicks() 填入 QwtScaleDiv::MajorTick / QwtScaleDiv::MinorTick 的位置列表，再通过 QwtPlot::setAxisScaleDiv() 应用。下面的例子构建一个主刻度间隔 20、次刻度间隔 4 的划分：

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#include <QwtScaleDiv>

// 手动创建刻度划分
QwtScaleDiv scaleDiv;
scaleDiv.setInterval(0, 100);  // 设置范围

// 设置主刻度
QList<double> majorTicks;
majorTicks << 0 << 20 << 40 << 60 << 80 << 100;
scaleDiv.setTicks(QwtScaleDiv::MajorTick, majorTicks);

// 设置次刻度
QList<double> minorTicks;
for (int i = 0; i <= 100; i += 4) {
    if (!majorTicks.contains(i))
        minorTicks << i;
}
scaleDiv.setTicks(QwtScaleDiv::MinorTick, minorTicks);

// 应用刻度划分
plot->setAxisScaleDiv(QwtAxis::XBottom, scaleDiv);

5. 刻度引擎属性

刻度布局通过 setAttribute() 设置 QwtScaleEngine::Attribute 标志来微调：IncludeReference 强制参考值处出现刻度、Symmetric 强制范围对称、Floating 允许端点不落在刻度上、Inverted 反转刻度方向；setMargins(lower, upper) 则在刻度两端追加边距（以刻度单位计，QwtLogScaleEngine 中以“十倍程”为单位）。下面的例子取得底部轴的引擎并调整这些属性：

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// 获取刻度引擎
QwtScaleEngine* engine = plot->axisScaleEngine(QwtAxis::XBottom);

// 设置引擎属性
engine->setAttribute(QwtScaleEngine::IncludeReference, true);  // 包含参考值
engine->setAttribute(QwtScaleEngine::Symmetric, false);        // 不对称范围
engine->setAttribute(QwtScaleEngine::Floating, false);         // 不浮动端点

// 设置下、上边距（以刻度单位计）
engine->setMargins(0.5, 0.5);

// IncludeReference/Symmetric 使用的参考值
engine->setReference(0.0);

6. 计算刻度划分

刻度引擎也可以独立使用：divideScale(x1, x2, maxMajorSteps, maxMinorSteps, stepSize = 0.0) 接收数据范围以及主/次刻度的最大数量（还可传入固定步长），返回现成的 QwtScaleDiv，随后可用 QwtPlot::setAxisScaleDiv() 应用。下面的例子用一个局部 QwtLinearScaleEngine 计算刻度划分：

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#include <QwtScaleEngine>

// 手动使用引擎计算刻度
QwtLinearScaleEngine engine;
QwtScaleDiv scaleDiv = engine.divideScale(
    0, 100,   // 数据范围
    10, 5     // 最大主刻度数，最大次刻度数
    // 可选的第5个参数：固定步长
    //（默认 0.0，由引擎自行选择）
);

// 应用结果
plot->setAxisScaleDiv(QwtAxis::XBottom, scaleDiv);

刻度引擎属性说明

属性 说明
IncludeReference 强制包含参考值作为刻度
Symmetric 强制范围对称
Floating 端点不强制落在刻度上
Inverted 反转刻度方向

日期格式级别

QwtDateScaleDraw::setDateFormat() 按 QwtDate::IntervalType 选择格式；下表列出各级别及一种典型的自定义格式（内置默认格式因平台略有差异）：

级别 枚举值 典型格式
毫秒级 QwtDate::Millisecond "hh🇲🇲ss:zzz"
秒级 QwtDate::Second "hh🇲🇲ss"
分钟级 QwtDate::Minute "hh:mm"
小时级 QwtDate::Hour "hh:mm"
日级 QwtDate::Day "dd MMM yyyy"
周级 QwtDate::Week "Www yyyy"
月级 QwtDate::Month "MMM yyyy"
年级 QwtDate::Year "yyyy"

核心方法总结

方法 说明
setAxisScaleEngine() 设置刻度引擎
setAxisAutoScale() 启用自动刻度
setAxisMaxMajor() 设置主刻度上限
setAxisMaxMinor() 设置次刻度上限
axisScaleEngine() 获取刻度引擎
axisScaleDiv() 获取刻度划分

提示 — 刻度优化建议

  • 线性数据使用线性引擎（默认）
  • 大范围数据（跨越多个数量级）使用对数引擎
  • 时间序列数据使用日期引擎
  • 特殊需求可手动设置刻度划分

示例 — 相关示例

  • 刻度引擎演示：playground/scaleengine

刻度引擎演示的例子截图如下：

Scale Engine