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Qwt寄生绘图使用指南

寄生绘图（Parasite Axes）是 QwtPlot 中在同一个绘图区域内创建多个具有不同刻度和标签的坐标轴。寄生绘图与宿主绘图持有共同的绘图区域（寄生绘图的绘图区域是透明颜色），但可以拥有独立的坐标系统，这在需要展示不同量级或单位的数据时特别有用。

寄生绘图的工作原理

寄生绘图是通过 QwtPlot::createParasiteAxes 或 QwtFigure::createParasiteAxes （QwtFigure::createParasiteAxes内部实际也是调用QwtPlot::createParasiteAxes）方法创建的，它属于宿主绘图的子窗口。

寄生绘图具有以下特点：

  1. 绘图区域尺寸一致：寄生绘图与宿主绘图的绘图区域保持一致
  2. 独立坐标系统：寄生绘图可以有自己的刻度范围和标签
  3. 透明背景：寄生绘图具有透明背景，只显示坐标轴本身和绘制的曲线
  4. 自动同步：可以选择性地与宿主绘图共享 X 轴或 Y 轴的刻度

创建寄生绘图

寄生绘图通过 QwtPlot::createParasiteAxes 方法创建，该方法定义如下：

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QwtPlot* createParasitePlot(QwtAxis::Position enableAxis);

enableAxis为寄生绘图显示的坐标轴，此时寄生绘图只会显示此坐标轴,其他坐标轴隐藏

该方法创建的寄生绘图对象，与宿主绘图的绘图区域是保持一致的，但它可以拥有独立的坐标系统，此时宿主绘图内部会记录绑定的寄生绘图对象，当宿主绘图被销毁时，寄生绘图也会被销毁。

宿主绘图的尺寸改变时会同时调整寄生绘图的尺寸，宿主绘图会让所有的寄生绘图尺寸和其保持一致

下面是创建寄生绘图的代码示例：

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// 创建 QwtFigure
QwtPlot* hostPlot = new QwtPlot();
//! 设置宿主绘图的参数（这里省略）

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//! 添加寄生坐标系
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QwtPlot* parasitePlot = hostPlot->createParasitePlot(QwtAxis::YLeft);
//!  设置寄生轴1坐标的显示和共享的轴
parasitePlot->enableAxis(QwtAxis::YRight, true);
parasitePlot->enableAxis(QwtAxis::XTop, true);
parasitePlot->setParasiteShareAxis(QwtAxis::XBottom);

//! 宿主坐标轴的其他设置
parasitePlot->setAxisTitle(QwtAxis::YLeft, "Y2 Left Axis");
parasitePlot->setAxisTitle(QwtAxis::YRight, "Y2 Right Axis");
parasitePlot->setAxisTitle(QwtAxis::XTop, "X2 Top Axis");

//! 用于宿主坐标的曲线
QColor curColor             = QColor(255, 127, 14);
QwtPlotCurve* parasiteCurve = new QwtPlotCurve("parasite sine Wave 1");
parasiteCurve->setSamples(generateSampleData(100, 2000, 2.3));//generateSampleData函数用于生成一个正弦曲线
parasiteCurve->attach(parasitePlot);
parasiteCurve->setPen(curColor, 1.5);
parasiteCurve->setRenderHint(QwtPlotItem::RenderAntialiased, true);
//! 为了区分宿主轴，给宿主轴的坐标也增加颜色
parasitePlot->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setScaleColor(curColor);
parasitePlot->axisWidget(QwtAxis::YRight)->setScaleColor(curColor);
parasitePlot->axisWidget(QwtAxis::XTop)->setScaleColor(curColor);

上面代码运行效果如下：

寄生绘图示例

要创建寄生绘图，首先需要创建宿主绘图，寄生绘图是在宿主绘图基础上通过QwtPlot::createParasitePlot函数创建，此函数返回寄生绘图的指针；寄生绘图的对象也是QwtPlot,通过函数QwtPlot::isHostPlot和QwtPlot::isParasitePlot可以区分这个绘图是寄生绘图还是宿主绘图。如果当前是寄生绘图，可以通过QwtPlot::hostPlot获取宿主绘图指针，如果当前是宿主绘图，可以通过QwtPlot::parasitePlots获取所有寄生绘图指针

注意

一个绘图不会既是寄生绘图也是宿主绘图的情况，也就是说，如果绘图是寄生绘图，那么他自身不允许再创建寄生绘图，在寄生绘图上调用createParasitePlot将返回nullptr

寄生绘图创建后，可以按照正常绘图那样设置它的属性

通过QwtPlot::setParasiteShareAxis可以设置寄生绘图和宿主绘图共享的坐标轴。例如寄生绘图设置x轴和宿主绘图共享，那么在寄生绘图上应调用setParasiteShareAxis(QwtAxis::XBottom)

Qwt允许创建多个寄生绘图，实现任意多的坐标轴叠加，只要在宿主绘图上继续调用createParasitePlot即可再创建一个寄生绘图

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//! 添加第二个寄生坐标系
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QwtPlot* parasitePlot2 = hostPlot->createParasitePlot(QwtAxis::YLeft);
//! 设置寄生轴2坐标的显示和共享的轴
parasitePlot2->enableAxis(QwtAxis::YRight, true);
parasitePlot2->enableAxis(QwtAxis::XBottom, true);
parasitePlot2->setParasiteShareAxis(QwtAxis::XTop);

//! 宿主坐标轴的其他设置
parasitePlot2->setAxisTitle(QwtAxis::YLeft, "Y3 Left Axis");
parasitePlot2->setAxisTitle(QwtAxis::YRight, "Y3 Right Axis");
parasitePlot2->setAxisTitle(QwtAxis::XBottom, "X3 Bottom Axis");
//! 用于宿主坐标的曲线
QColor curColor2             = QColor(192, 43, 149);
QwtPlotCurve* parasiteCurve2 = new QwtPlotCurve("parasite sine Wave 2");
parasiteCurve2->setSamples(generateSampleData(200, 1000, 4.3));
parasiteCurve2->attach(parasitePlot2);
parasiteCurve2->setPen(curColor2, 1);
parasiteCurve2->setRenderHint(QwtPlotItem::RenderAntialiased, true);
//! 为了区分宿主轴，给宿主轴的坐标也增加颜色
parasitePlot2->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setScaleColor(curColor2);
parasitePlot2->axisWidget(QwtAxis::YRight)->setScaleColor(curColor2);
parasitePlot2->axisWidget(QwtAxis::XBottom)->setScaleColor(curColor2);

上面代码运行效果如下：

寄生绘图示例

寄生绘图的层级关系

寄生绘图有层级关系，寄生绘图的层级关系主要决定了寄生轴的布局顺序，首先添加的寄生绘图位于最低层级，最后添加的寄生绘图处于最高层级

布局过程中宿主绘图布局完成后，开始布局寄生绘图，优先布局低层级的寄生绘图，也就是层级越低的寄生绘图的轴越接近宿主绘图，层级越高的寄生绘图的坐标轴越远离宿主绘图

寄生绘图的布局

寄生绘图的布局由寄生绘图布局管理器和宿主绘图共同完成，寄生绘图布局管理器由QwtParasitePlotLayout类实现，它继承QwtPlotLayout

classDiagram
    class QwtPlotLayout {
        -QwtPlot* m_plot
        +activate(QWidget*, QRectF&, int[])
        +invalidate()
    }

    class QwtPlotParasiteLayout {
        +activate(QWidget*, QRectF&, int[])
        +parasiteScaleRect(QwtAxisId): QRectF
    }

    QwtPlotLayout <|-- QwtPlotParasiteLayout

QwtParasitePlotLayout类的activate函数会计算寄生轴的各个轴的窗口大小，通过parasiteScaleRect可以获取到这个尺寸，这个尺寸的作用是给宿主绘图布局寄生绘图的轴坐标使用，这里不要使用QwtParasitePlotLayout::scaleRect函数获取寄生绘图的轴尺寸，这个函数获取的尺寸是和宿主绘图一样的

宿主绘图通过QwtPlot::updateAxisEdgeMargin函数来布局各个寄生绘图的轴坐标

每个轴通过QwtScaleWidget::margin和QwtScaleWidget::edgeMargin两个参数，控制轴到绘图区域和轴到绘图边界的距离

例如，下面代码的效果如下图所示

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QwtPlot* plot = new QwtPlot;
...
plot->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setMargin(50);
plot->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setEdgeMargin(100);

edge-margin

  • margin：决定了坐标轴靠近绘图区域边界到绘图区域的距离，默认为0紧贴绘图区域
  • edgeMargin：决定了坐标轴靠近绘图边界区域到绘图边界的距离，默认为0紧贴绘图边框

上面这两个参数即可实现一个寄生绘图的坐标轴的正常显示

QwtPlot::updateAxisEdgeMargin/QwtPlot::updateAllAxisEdgeMargin函数用于自动计算寄生绘图和宿主绘图的margin和edgeMargin,避免轴层之间重叠

大致计算过程如下：

  1. 收集宿主及所有可见寄生轴的“净”矩形（已剔除旧的 edgeMargin 与 margin）
  2. 对每i层：
  3. margin = 0 ~ i-1 层净矩形尺寸之和
  4. edgeMargin = i+1 ~ 末层净矩形尺寸之和
  5. 将新值设置给对应轴的 QwtScaleWidget
  6. 宿主的 margin 予以保留（不覆盖用户可能手工设置的值）。

注意

QwtPlot::updateAxisEdgeMargin/QwtPlot::updateAllAxisEdgeMargin不会改变宿主绘图的margin属性

在添加寄生轴后，绘图显示前，你应该手动调用updateAllAxisEdgeMargin来更新寄生绘图坐标轴的布局

寄生绘图的相关操作

寄生绘图的相关操作

获取所有绘图项

对于 QwtPlotItem 的遍历，不能仅处理宿主绘图，还需要考虑所有寄生绘图。

通常事件处理会绑定到宿主绘图，您可以获取宿主绘图的指针，通过 QwtPlot::plotList 函数获取该绘图的所有图层。此函数默认按升序返回所有绘图，宿主绘图自身位于列表的第一个元素。

然后通过 itemList 获取各自图层的 QwtPlotItem 列表进行处理，示例代码如下：

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const QList<QwtPlot*> plotList = plot->plotList();
for (QwtPlot* oneplot : plotList) {
    const QwtPlotItemList& items = oneplot->itemList();
    for (QwtPlotItem* item : items) {
        // 处理绘图项
    }
}

注意

任意绘图调用 QwtPlot::plotList 函数都能返回所有绘图列表，无论在寄生绘图还是宿主绘图中调用，结果相同。

处理坐标变换

Qwt6 提供了多种坐标转换函数辅助绘图时的坐标转换。由于 Qwt6 在设计时未充分考虑寄生绘图，部分坐标转换函数的实现可能存在兼容性问题，例如：

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QRectF QwtPlotPicker::invTransform(const QRect&) const;
QRect QwtPlotPicker::transform(const QRectF&) const;
QPointF QwtPlotPicker::invTransform(const QPoint&) const;
QPoint QwtPlotPicker::transform(const QPointF&) const;

上述函数都是针对固定 X 轴和 Y 轴的坐标变换，在存在寄生绘图的情况下无法正确工作。

对于存在寄生绘图的坐标变换，应避免使用固定轴的变换方法，而是通过 QwtPlotItem 获取对应的坐标变换对象进行处理。

示例代码如下：

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QPointF valuePoint;
// ...
const QList<QwtPlot*> plotList = plot->plotList();
for (QwtPlot* oneplot : plotList) {
    const auto items = oneplot->itemList();
    for (auto* item : items) {
        const QwtScaleMap xMap = oneplot->canvasMap(item->xAxis());
        const QwtScaleMap yMap = oneplot->canvasMap(item->yAxis());
        QPointF screenPos = QwtScaleMap::transform(xMap, yMap, valuePoint);
        // ...
    }
}

上述代码将坐标点 valuePoint 转换到各自绘图项对应坐标轴的屏幕坐标，是提前知道当前的绘图窗口情况下，如果未知绘图窗口，仅仅只有QwtPlotItem，你可以这样处理。

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QPointF valuePoint;
QwtPlotItem* item = ...;

QwtPlot* itemPlot = item->plot();
if (!itemPlot) {
    // 没有绑定绘图无法处理
    return;
}
const QwtScaleMap xMap = itemPlot->canvasMap(item->xAxis());
const QwtScaleMap yMap = itemPlot->canvasMap(item->yAxis());
// 把点转换到屏幕坐标
QPointF screenPos = QwtScaleMap::transform(xMap, yMap, valuePoint);

坐标转换示例

可参考 QwtPlotSeriesDataPicker 类中 pickYValue 和 pickNearestPoint 的实现，该类用于拾取曲线点，已考虑寄生绘图的情况。

注意事项

1. 生命周期管理

  • 寄生绘图的生命周期与宿主绘图绑定
  • 当宿主绘图被移除或销毁时，寄生绘图也会自动被清理
  • 不需要手动删除寄生绘图对象

2. 布局限制

  • 寄生绘图不能作为QwtFigure当前激活的坐标轴
  • 寄生绘图不参与QwtFigureLayout的布局计算
  • 寄生绘图会设置Qt::WA_TransparentForMouseEvents属性，也就是它不会接受任何鼠标事件，鼠标事件都会被宿主绘图处理
  • 寄生绘图的位置由宿主绘图控制

寄生绘图示例

完整的示例代码可参阅examples/parasitePlot