Mac开发跬步积累(一):Cocoa Drawing 之 NSImage imageNamed: 到底做了什么?

Cocoa drawing

对于一款应用来说,高质量的图像系统常常影响了设计上的优劣表现.在App的开发中,我们更是频繁的使用NSImage 来加载各种精心准备的图像资源, 那么使用频率最高的imageName: 这个NSImage 类方法到底都为我们做了什么事情呢? 为了说清楚这个问题,我们先从最基本的知识开始着手~

Basics

首先,NSImage提供了支持多种格式图像数据进行管理的api, 但是NSImage对被其管理的实际图像数据几乎是一无所知的,这是因为NSImage并没有直接与实际图像数据打交道,而是间接的通过一个或多个由 NSImageRep类派生的对象来维护管理图像数据. 这时的NSImage看起来就像是一个聪明的领导,它带领几个得力的助手(NSImageRep),指挥这些助手完成图像数据的管理工作.

• 代码示例: 通过NSImageRep加载图片

let size = NSMakeSize(400, 100)
let imgUrl = URL(string: "https://img.zcool.cn/community/010cc7579819120000018c1bd69629.png@1280w_1l_2o_100sh.png")!
let imgData = try? Data(contentsOf: imgUrl)
guard let data = imgData else {return}
let imgRep = NSBitmapImageRep(data: data)     // 创建NSBitmapImageRep实例对象
img = NSImage(size: size)        // 创建NSImage 实例对象
img.addRepresentation(imgRep!)
imageView.image = img     // 将img 添加到视图上显示

关于 NSImageRep

NSImageRep 类(及其子类)是真正用来表示图像数据的.它主要从三个方面来描述一个图像:大小,颜色空间,图片格式

NSImageRep类也负责图片数据的存取和转换工作: 它知道如何从一个文件中获取图像数据,或者将图像数据写入到一个文件中去.它也会将图片数据进行转换后显示到对应的上下文环境中.

多少情况下,一个图片文件就只是一张图片,所以NSImage会创建一个NSImageRep对象来管理图像数据; 但一个图片文件内有多张图片时,NSImage就会创建多个NSImageRep对象,每个对象对应文件内每个独立的图片(例如TIFF格式的文件就支持在一个文件内同时存储高清图像和缩略图像)

针对常用的图像格式,在cocoa系统中默认提供了常用的NSImageRep 子类:

Image Representation Classes

多数情况下,我们从一个文件中加载图像时,NSImage会自动根据图像文件来创建合适的NSImageRep实例对象,不需要我们手动创建.我们只需关心将图像显示到视图中.

如果你有自定义的图像数据,也可以手动创建NSImageRef实例来管理,详细的内容可以参考Apple的文档 Creating New Image Representation Classes

关于cache

图像管理中图像缓存是非常重要的一个环节,并且出于绘图效率与性能的考虑,默认情况下所有的NSImage对象都是开启了缓存效果的. 你可以通过调用setCacheMode:方法来改变缓存模式; cocoa中NSImage可用的缓存模式如下图:

Image caching modes

• 不同的NSImageRep实例也有各自不同的图像缓存模式:

Implied cache settings

• 图像缓存机制是图像显示过程中非常有效的一个环节.这是因为第一次加载图像数据时,它的格式可能并不适合直接渲染到屏幕上去.比如说PDF格式的数据,加载后需要对数据进行栅格化处理,然后才能显示到屏幕上.如果使用缓存机制,那么NSPDFImageRep对象就会保存被栅格化处理后的图像数据,提供图片使用效率; 如果关闭缓存机制,那么在每次渲染图片的时候,都会反复执行栅格化数据的操作,会有潜在的性能问题.
• 对于位图来说,缓存机制与位图数据有关:如果位图的颜色空间/解析度/颜色位深度与显示设备都十分匹配,那么图片可能会直接显示的硬件设备上而不使用缓存;否则NSBitmapImagRep实例就会创建图像缓存数据.
• 图像缓存 的目的是提高图片渲染的性能,但如果在处理打印图像时(使用打印机),cocoa会尽可能的使用图像的原始数据以及解析度,这时图像缓存数据仅仅作为最后的备选方案.
• 由于图像缓存的原因,如果在使用NSImage时直接修改了NSImageRep实例的内容,你需要调用recache方法来告知cocoa系统以便更新屏幕上的图像;如果你没有明确的调用recache方法,cocoa会继续使用缓存的图像数据.
• 为了避免图像数据在内存中存在多个副本,NSImage一旦建立了图像缓存数据后就会丢弃内存中的图像原数据(通常是因为出于节省内存和提高性能的考虑),但是如果你需要经常修改图像原数据信息(比如图像大小等属性)并及时更新显示的效果,就需要让NSImage保留图像原数据,此时你必须调用NSImage 的setDataRetained:方法,并且推荐你在创建NSImage对象后立即调用这个方法,因为如果图像已经渲染显示或者被你lock focus,cocoa就会重新读取图像数据(浪费性能)
• 出于提高性能的考虑,应用中的大部分图像资源都缓存在一个或者多个离屏窗口( offscreen window)中;这些窗口就像是仅供应用内部使用的图像仓库,由cocoa自动管理.默认情况下,尺寸固定不变的图像,都会尽可能的存储在一个窗口中来确保高性能,但如果你的图像size变化频繁,使用独立的窗口进行缓存是更有效率的选择(调用NSImage的setCachedSeparately:方法设置独立缓存),

Load Named Image

ok~铺垫了这么多之后,我们再来看一下最初的问题:当我们调用NSImage的imageNamed:方法时,cocoa都做了什么? 为了能够快速的查询到图像缓存,cocoa使用了注册索引的方式,你可以想象图像缓存就是一个仓库,里面保存了很多图像缓存数据, 而注册索引就像是这个仓库的目录,这样便于快速的获取指定的物品.

1. 首先, NSImage会根据图像的name查询缓存索引.如果没有找到,则执行第2步.
2. 遍历应用App的共享资源(比如前面讲到的离屏窗口等)继续查找,如果依然没结果,则执行3
3. 遍历应用App的Resources文件夹中的内容,查找是否有name指定的图片文件,如果还是没有,则继续执行4

4.遍历应用App的bundle, 如果找到对应的图像文件,NSImage就会加载从文件中加载图像数据,缓存以及添加到注册索引信息中.

1. 若以上四步后都没找到,则返回一个空对象,结束查找.

• 需要注意的是, 对于NSImage对象,可以使用setName:这个方法将其添加到cocoa的注册索引中,这对那些动态创建的NSImage对象十分有用.
• 使用imageNamed: 重复加载时,都会获得同一个图片对象:

let img1 = NSImage(named: NSImage.Name.init("youwin"))!
let img2 = NSImage(named: NSImage.Name.init("youwin"))!        
print(img1)    // NSImage 0x60000007f7c0 Name=youwin Size={310, 105}
print(img2)    // NSImage 0x60000007f7c0 Name=youwin Size={310, 105}

More....

关于NSImage还有很多值得挖掘和学习的东西,后续相关的内容会逐渐补充,感谢阅读.