Visual C++ 的简单画图库 MatPlot

贡献者： addis

　　 MatPlot 是笔者写的一个轻量的 C++ 科学绘图函数库，可以在 Windows 系统下使用，尤其是 Visual Studio Code。其函数与 Matlab 中的画图函数相似，目前主要提供的函数有例如 figure()，close()，plot()，scatter()，clf()，axis() 等，暂时不支持 3D 画图。GitHub 页面点这里。

　　 我们先介绍用法，安装说明见最后。

1. 例 1：最简单的例子

　　 注意 MatPlot 的所有函数都具有 namespace MatPlot。MatPlotInit() 和 MatPlotClose() 分别是初始化和退出 MatPlot 的命令，在程序中分别只能使用一次。所有画图函数必须在调用 MatPlotInit() 之后调用 MatPlotClose() 之前使用。为了让程序不立即终止，可以用 Sleep() 函数暂停程序，输入的数字是暂停的毫秒数。

　　 plot() 函数的完整格式为 plot(double *px, double *py, int N, char color = 'a'); 其中 px 和 py 既可以是数组也可以是指针，N 是 px 和 py 的长度，color 是颜色，默认值 'a' 代表自动颜色，这种模式下每使用一次 plot()（或 scatter），颜色就会改变一次。color 可选 'r'（red）， 'g'（green）， 'b'（blue）， 'y'（yellow）， 'm'（magenta）， 'c'（cyan）， 'k'（black）， 'w'（white）。 plot() 默认在 “当前画图框”（见下文）上绘制，如果没有画图框，则自动生成画图框 figure1。

　　 scatter() 函数用于画散点图，使用格式与 plot() 完全相同。如果在例 1 中的 plot() 下面加上代码 scatter(x, y, N); 运行结果如下

　　 注意散点的颜色变成了橙色。

　　 figure() 函数用于生成新的画图框，其的格式为 figure(int FigNo = -1); 默认值 -1 的情况下 figure() 按照顺序给画图框编号。如果输入 FigNo，则生成编号为 FigNo 的画图框。figure() 函数的另一个功能是指定当前画图框（Current Figure）为 FigNo。plot()，scatter() 以及其他许多函数都是对当前画图框进行操作。

　　 close() 函数用于关闭画图框，其格式为 close(int FigNo = -1); 默认值 -1 的情况下，close() 关闭当前画图框，指定 FigNo 时关闭指定的画图框。如果 close() 关闭的是当前画图框（无论指定 FigNo 与否），则当前画图框自动变为下一个编号更大的画图框，如果不存在，则自动变为下一个编号更小的画图框。另外，单击画图框右上角的 x 按钮与使用 close() 效果相同。

　　 close_all() 函数用于关闭所有画图框。

　　 clf() 函数（clean figure）用于清空当前画图框，并把坐标范围设为 0 到 1。

　　 axis() 函数用于调整坐标范围，格式为 axis(double xmin, double xmax, double ymin, double ymax); 其中 xmin，xmax 分别为 x 轴的最小和最大值，ymin 和 ymax 分别为 y 轴的最小和最大值。

　　 axis_auto() 用于设置坐标轴为自动调节（新生成的画图框默认为自动调节），如果 plot() 或者 scatter() 函数的数据点超出当前的坐标范围，坐标轴会自动调整以包含所有数据点。

　　 axis_manual() 用于设置坐标范围固定不变。

　　 xticks() 和 yticks() 函数用于设置 x 轴和 y 轴的坐标点，格式都为 xticks(double tickmin, double tickmax, int Nticks = 26, int txtstart = 0, int txtspace = 5, int Ndigits = 2); 其中 tickmin 是和 tickmax 分别是最小和最大坐标点的坐标，Nticks 是坐标点的个数，txtspace 是每几个坐标点下方显示坐标，txtstart 是从第几个坐标点开始显示坐标，Ndigits 是显示的小数位数（目前还不支持科学计数法）。

2. 例 2：设置坐标

　　 目前坐标点和坐标显示的规划功能并不像 Matlab 中的那么完善。先来看一段画正弦函数的代码

　　 可以发现 x 轴的坐标点安排不合理。我们可以用 xticks() 函数重新设置。在 plot() 函数下方插入 xticks(0, 6.2, 32, 0, 5, 1); 即设置最小的坐标点为 0，最大的为 6.2，共有 32 个坐标点，从第一个开始，每隔五个打印一个坐标，并保留 1 位小数。运行结果变为

　　 为提供更友好的用户界面，MatPlot 在初始化的时候生成并隐藏了控制面板，可以用于临时调用 MatPlot 的常用函数。用 show_control() 函数可以显示控制面板。用 hide_control() 可以将其再次隐藏。为了使用控制面板，可以在程序中用 Sleep() 函数。

　　 控制面板中标有函数名的按钮用于调用对应的函数，按钮旁的文本框用于输入对应函数的参数。其中 plot(...) 和 scatter(...) 按钮分别绘制 DataNo*sin(x) 的函数图和散点图。选择或取消 autoaxis(...) 选项相当于调用 axis_auto() 和 axis_manual() 函数。CurrentFig 显示当前画图框的编号（注意 0 代表 figure1，1 代表 figure2）按 OK 或 Cancel 退出 MatPlot。

3. 安装说明

　　 这里介绍如何在 Visual Studio 2017 中 “安装” MatPlot.

　　 首先用 Desktop Wizard 新建一个控制台工程

　　 在 Wizard 中取消预编译（Precompiled Header）选项，选择空项目（Empty Project）按确定生成控制台程序（Console Application）。

　　 生成工程以后，我们把 MatPlot.h, MatPlot.lib 和 MatPlot.dll（注意这些文件有 32bit 和 64bit 两个版本）复制到工程文件夹（...\ MatPlotTest\ MatPlotTest）中。然后在菜单栏打开工程，属性

　　 在属性对话框中的 Linker，Input，Additional Dependencies 的右边按下拉按钮

　　 编辑，添加 MatPlot.lib; 确定。

　　 在 Solution Explorer 中对 “头文件” 文件夹按右键添加已存在项目

　　 选择刚才复制的 MatPlot.h 头文件。我们再在 “源文件” 文件夹中添加一个新项目，在弹出的对话框中选择 .cpp，输入文件名为 MatPlotTest.cpp

　　 现在就可以在 cpp 文件中输入上文的例程代码并编译运行了。注意使用 MatPlot 的源文件中必须添加 Windows.h 和 MatPlot.h 头文件。