draw(_:) 和 drawRect — 什么是它，调用和重写

什么是 draw(_:) / drawRect

draw(_:) — 是 UIKit 调用的 UIView 实例方法，用于渲染视图的内容。在此方法内部，开发者可以访问 CGContext 图形上下文，并使用 Core Graphics API 绘制线条、填充、文本和图像。Objective-C 中的 drawRect: 执行相同的功能，但语法不同：唯一的参数是指定重绘区域的 CGRect。

根据 Apple Engineering（2024），draw(_:) 通过 CPU 渲染位图图形上下文工作，这提供了最大的灵活性，但与 CALayer 相比需要更多资源。是否使用 draw(_:) 的决定基于图形的复杂性和性能要求。

Swift 和 Objective-C 中的方法签名

在 Swift 中，该方法声明为 override func draw(_ rect: CGRect)，其中 rect 是需要重绘的矩形。在 Objective-C 中，签名是 - (void)drawRect:(CGRect)rect。在通过 setNeedsDisplay(_:) 进行部分重绘时，rect 参数可能小于视图的 bounds。

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    CGContextSetFillColorWithColor(context, [UIColor redColor].CGColor);
    CGContextFillRect(context, rect);
}

系统何时调用 draw(_:)

系统在严格定义的场景下自动调用 draw(_:)。理解这些触发器有助于避免不必要的重绘并优化视图性能。下面列出了该方法的所有自动调用情况。

• 首次渲染 — 当视图首次添加到层次结构并在屏幕上可见时
• setNeedsDisplay() — 调用此方法后，系统在最近的绘制周期中
• setNeedsDisplay(_:) — 相同，但指定了要重绘的具体矩形
• contentMode — 当 bounds 改变，且 contentMode 需要重绘时（例如 .redraw）
• setNeedsLayout() — 在某些情况下，重新排列子视图后可能需要重绘

Apple 文档警告：切勿直接调用 draw(_:)。系统自行决定何时执行绘制，直接调用会破坏内部缓存机制。要请求重绘，始终使用 setNeedsDisplay() 或 setNeedsDisplay(_:)。

如何在 Swift 中重写 draw(_:)

在 Swift 中重写 draw(_:) 从获取图形上下文和随后的 Core Graphics 调用开始。建议为逻辑绘制块创建独立的方法——这可以提高代码的可读性和可测试性。

override func draw(_ rect: CGRect) {
    super.draw(rect)

    guard let context = UIGraphicsGetCurrentContext() else { return }

    // 线条参数
    context.setStrokeColor(UIColor.darkGray.cgColor)
    context.setLineWidth(2.0)

    // 绘制三角形
    context.move(to: CGPoint(x: rect.midX, y: rect.minY + 10))
    context.addLine(to: CGPoint(x: rect.maxX - 10, y: rect.maxY - 10))
    context.addLine(to: CGPoint(x: rect.minX + 10, y: rect.maxY - 10))
    context.closePath()
    context.strokePath()
}

在此示例中，draw(_:) 绘制一个三角形，带有 2 像素厚的深灰色轮廓。Apple 建议在方法开头调用 super.draw(rect) 以保留父级的绘制逻辑，尽管 UIView 中 draw(_:) 的默认实现是空的。

draw(_:) 的幂等性规则

每次调用 draw(_:) 在相同输入数据下应产生相同的结果。这允许系统缓存结果，并在视图内容未更改时不再调用 draw(_:)。不要在 draw(_:) 内部使用随机值、系统时间或网络请求。

Objective-C 中的 drawRect: 与 draw(_:) 的区别

drawRect: — 历史上是该方法的第一个版本，随 Objective-C 一起在 iOS 2.0 中出现。在 Swift 中，该方法被重命名为 draw(_:)，使用外部参数 _。功能上这些方法是相同的：两者都接收重绘区域的 CGRect，并使用 UIGraphicsGetCurrentContext() 访问图形上下文。

在将项目从 Objective-C 迁移到 Swift 时，重命名方法是首要任务之一。Xcode 提供自动转换器，但 drawRect: 需要手动更新为 draw(_:)。根据 Apple（2024），Swift 版本的 draw(_:) 更适合新项目。

优化 draw(_:) 中的绘制

draw(_:) 在 CPU 上执行，非优化的实现可能导致帧率下降和性能低下。Apple 推荐几种经过验证的方法来加速绘制。

最小化绘制操作的数量

每个 Core Graphics 操作（move(to:)、addLine(to:)、strokePath）都有开销。将操作分组，对复杂形状使用 CGPath — 路径创建一次，在每次 draw(_:) 调用时重复使用。

使用 UIBezierPath 处理矢量对象

UIBezierPath — 是围绕 CGPath 的 Objective-C 封装，提供用于创建形状的简单 API。提前创建 UIBezierPath（例如在初始化器中），然后在 draw(_:) 内部调用 fill() 或 stroke()。

private let starPath: UIBezierPath = {
    let path = UIBezierPath()
    // 构建星形
    path.move(to: CGPoint(x: 50, y: 0))
    for i in 1...5 {
        let angle = CGFloat(i) * 4 * CGFloat.pi / 5
        path.addLine(to: CGPoint(x: 50 + 40 * cos(angle),
                               y: 50 + 40 * sin(angle)))
    }
    path.close()
    return path
}()

override func draw(_ rect: CGRect) {
    UIColor.systemYellow.setFill()
    starPath.fill()
}

使用 draw(_:) 时的常见错误

开发人员在重写 draw(_:) 时经常犯同样的错误。了解这些模式有助于避免错误和性能下降。让我们看看最常见的问题及其解决方案。

• 直接调用 draw(_:) — 切勿直接调用 draw(_:)。使用 setNeedsDisplay() 请求重绘。直接调用会破坏缓存，并可能导致显示不正确。
• draw(_:) 内部的重计算 — draw(_:) 应尽可能轻量。在方法外部创建 UIBezierPath、图像和其他重量级对象，一次性初始化。
• 在 draw(_:) 内部创建对象 — 在 draw(_:) 内部构造 UIColor、UIFont 和 UIGraphicsImageRenderer 会创建额外的内存负载。将对象创建移到类属性中。
• 忽略 rect 参数 — rect 指示需要重绘的区域。在 rect 之外绘制会被系统拒绝，但会消耗资源。在绘制之前检查与 rect 的交集。
• 缺少 super.draw(rect) — 尽管 UIView 的实现是空的，Apple 建议调用 super.draw(rect) 以兼容未来的 UIKit 更改。

遵循这些规则，您将确保在任何 iOS 项目中稳定快速地绘制自定义视图。通过 Instruments（Core Animation）分析 draw(_:) 以查看实际执行时间和瓶颈。