面试题：Swift Core Graphics复杂图形绘制与性能优化

Question

假设你需要在Swift中使用Core Graphics框架绘制一个包含大量复杂图形（如多层嵌套的不规则多边形、曲线等）的场景。请阐述在绘制过程中可能遇到的性能问题，以及针对这些问题你会采取哪些优化策略？并以伪代码形式展示如何实现一个优化后的绘制流程。

Answer 1

可能遇到的性能问题

1. 内存消耗：大量复杂图形会占用较多内存，尤其在多层嵌套图形的情况下，可能导致内存峰值过高，引发内存警告甚至程序崩溃。
2. 绘制效率：绘制多层嵌套的不规则多边形和曲线，计算量较大，每次重绘都会消耗大量CPU时间，导致界面卡顿。
3. 缓存问题：如果没有合理的缓存机制，每次重绘都要重新计算图形数据，增加不必要的开销。

优化策略

1. 减少内存占用：
   • 图形数据压缩：对复杂图形的数据进行压缩存储，例如使用更紧凑的格式表示多边形顶点等。
   • 按需加载：对于部分不在当前视图范围内的图形，暂时不加载和绘制，等进入视图范围再进行处理。
2. 提高绘制效率：
   • 批量绘制：将相似的图形合并为一个绘制操作，减少绘制调用次数。
   • 使用GPU加速：利用Core Graphics的相关特性，将部分计算任务交给GPU处理，提高绘制速度。
   • 简化图形：在不影响视觉效果的前提下，简化复杂图形的细节，降低计算量。
3. 合理缓存：
   • 图形数据缓存：缓存已经计算好的图形数据，当需要重绘时，优先从缓存中读取，避免重复计算。
   • 绘制结果缓存：对于静态部分的绘制结果进行缓存，重绘时直接复用，减少绘制工作量。

优化后的绘制流程伪代码

// 假设我们有一个包含复杂图形的数组
let complexShapes: [Shape] = loadComplexShapes()

// 缓存字典
var shapeCache: [String: CGPath] = [:]

func drawScene(in context: CGContext) {
    // 计算当前视图范围
    let viewBounds = context.boundingBoxOfClipPath
    
    for shape in complexShapes {
        // 检查图形是否在视图范围内
        if shape.bounds.intersects(viewBounds) {
            var path: CGPath
            if let cachedPath = shapeCache[shape.cacheKey] {
                path = cachedPath
            } else {
                // 构建图形路径
                path = buildPath(for: shape)
                shapeCache[shape.cacheKey] = path
            }
            // 设置绘图属性
            setDrawingAttributes(for: shape, in: context)
            // 绘制图形
            context.addPath(path)
            context.drawPath(using:.fillStroke)
        }
    }
}

func buildPath(for shape: Shape) -> CGPath {
    // 根据图形类型构建路径
    let path = CGMutablePath()
    switch shape.type {
    case.polygon:
        for point in shape.points {
            if path.isEmpty {
                path.move(to: point)
            } else {
                path.addLine(to: point)
            }
        }
        path.closeSubpath()
    case.curve:
        // 构建曲线路径逻辑
        // 例如使用CGPathAddCurveToPoint等函数
        break
    default:
        break
    }
    return path
}

func setDrawingAttributes(for shape: Shape, in context: CGContext) {
    // 设置填充颜色、线条颜色、线条宽度等属性
    context.setFillColor(shape.fillColor.cgColor)
    context.setStrokeColor(shape.strokeColor.cgColor)
    context.setLineWidth(shape.lineWidth)
}

// Shape结构体假设定义如下

struct Shape {
    let type: ShapeType
    let points: [CGPoint]
    let fillColor: UIColor
    let strokeColor: UIColor
    let lineWidth: CGFloat
    var bounds: CGRect {
        // 计算图形边界逻辑
        return CGRect.zero
    }
    var cacheKey: String {
        // 根据图形特征生成缓存键
        return ""
    }
}

enum ShapeType {
    case polygon
    case curve
    // 其他可能的类型
}