2. qgis c++ api 整体框架详解

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整体架构

QGis库官方文档

下表是官方文档中的模块说明：

其中3D，QgsQuick和server库需要在编译之前进行配置，配置项分别为WITH_3D WITH_QUICK和WITH_SERVER，具体编译配置方法见开发环境搭建章节

编译生成的库

实际编译生成的库如下图

其中core为基础库，其他库都依赖core，以下详细说明core、gui和analysis三个库

core

core库是qgis系统中的基础类，包含所有基本的GIS功能，而该库的很大一部分功能是用于处理矢量(vector)和栅格(raster)地理空间数据，并在地图中显示这些类型的数据。在讲解vector和raster之前先介绍一下地图图层概念

地图和图层

地图由多个图层组成，一个层绘制在另一个层的上层，qgis支持多种类型的图层：

Annotaion layer: 表示包含一组地理参考注释的地图层，例如标记、直线、多边形或文本项。在qgis desktop中可以添加对应类型的annotaion

Group layer: 由一组子层组成的地图层

Mesh Layer: 表示支持在结构化或非结构化网格上显示数据的网格层。多用于存储气候气象数据、水文数据、洋流数据等

Plugin Layer: Base class for plugin layers. 插件实现自定义图层
PointCloud Layer: 点云图层
Vector Tile Layer: 矢量瓦片图层
Raster Layer: 栅格图层

Vector Layer: 矢量图层

其中矢量图层和栅格图层是最常用的，我们将重点研究这两个图层，下图是矢量图层和栅格图层叠加显示效果图

矢量图层(Vector layers)

矢量数据通常用点、线、多边形等基本几何对象描述。矢量格式的地理空间数据通常从**矢量数据源(data provider)**读取，常见的矢量数据源有.shp文件、数据库、内存、webservice等等，如下图QGis添加矢量图层示例

矢量层本身由QgsVectorLayer类表示。矢量层包括很多模块，如下图所示，

下面重点讲解以下模块

symbology: 图层要素符号
proj: 坐标映射
providers: 数据源

图层要素符号

图层要素

矢量格式具有许多要素(features)，矢量图层属性表每一行都代表一个要素

以jilin_city.shp为例，在QGis中添加图层后，打开属性表(Attribute Table)如下图所示

可以看到矢量属性表有9行，代表9个要素，这9个要素以符号的形式显示在地图上，使用QGis的地图工具:Identify Feature工具查看属性如下图

可以看到要素(feature)的属性包含了id，Geometry以及附件属性，QgsFeature类用于表示要素。每个要素都有以下属性：

id: feature id
Geometry: 要素的地理信息，表示要素是地图上点、线、多边形等。
Attributes: 要素的附加属性，例如一个城市要素可能具有total_area、population、elevation等属性。属性值可以是字符串、整数或浮点数。

要素渲染(feature renderer)

上边已经看到了jilin_city.shp中的要素(feature)渲染为一个点，在QGis中提供了多种渲染方式，如下图

而QgsFeatureRenderer类是这些渲染方式的父类，见如下类图

以后的章节我们一一讲解各个渲染类

符号(symbol)

设置渲染器之后需要设置符号，以单一符号渲染器为例，可设置的符号类别如下图

QgsSymbol是符号的父类，见下图的类图

QgsFillSymbol,QgsLineSymbol和QgsMarkerSymbol分别对应三种几何图形面、线和点的符号

坐标映射

    在GIS软件中，空间坐标依据坐标系的不同分为地理坐标和投影坐标。地理坐标是将地球比作一个类椭球体，描述一个点在球面上的位置。但是在地图制图过程中，往往需要在一个平面（无论是纸质地图还是电子地图）上展示地物，这时需要解决地球球面与地图平面之间的矛盾，因此需要对地球进行投影，经过投影后的坐标称为投影坐标，因此投影坐标是建立在地理坐标之上的。

    为了解决地球椭球面和地图平面之间的矛盾，需要将地球椭球面进行投影，经过投影以后的坐标系称为投影坐标系。投影后的平面坐标系一定会出现变形，我们只能在等距、等积和等角之间进行取舍。因此，在不同应用场景下，大量的投影坐标系应运而生。

    各个国家或地区建立了能够基本符合自己国家或地区的地球椭球面，或者根据精度需要及特定应用场景构建了不同的地球椭球面。根据构建的地球椭球面的参数不同，地理坐标系也层出不穷。我国的地理坐标系经历了从北京1954坐标系（BJZ54）到西安1980坐标系（XI’AN-80），再到2000国家大地坐标系（CGCS2000）的发展过程。

    由于地理坐标系和投影坐标系众多，如果仅通过参数对这些坐标系进行整理与应用则过于麻烦，因此需要通过标准化组织将这些坐标系归档整理。对于石油的探查和开采来讲，坐标系的不同会显著影响开采精度，因此欧洲石油调查组织（European Petroleum Survey Group，EPSG）整合了绝大多数常用的坐标系，并为每个坐标系设置了一个编码，例如，“EPSG:4326”和“EPSG:3785”分别表示WGS 1984坐标系和WGS 1984 Web墨卡托投影坐标系。

QGis矢量图层会显示坐标系，如下图

数据源(data provider)

类QgsVectorDataProvider代表Vector Layer的数据源，类图如下

数据源包含的数据在QGis中以表格形式展示，如下图

Raster layers

光栅格式的地理空间数据本质上是位图图像，其中图像中的每个像素都对应于地球表面的特定部分。
栅格数据采用某种数据类型的数值阵列存储数据，阵列中的每个数值称为一个像元（Pixel）。由于数据阵列本身不存在空间信息，因此需要元数据进行界定。
栅格数据的元数据包括空间坐标系、数据类型等。

光栅图层本身由QgsRasterLayer类表示。每个光栅图层包括：

symbology: 图层要素符号
proj: 坐标映射
Data provider: 数据源

图层符号

Raster Layer有多种渲染方式，QgsRasterRenderer是Raster图层渲染的父类，如下图

在QGis中设置不同渲染器

Multiband color

如果光栅数据具有多个波段，则通常会将带组合以生成所需的颜色。例如，一个波段可能表示颜色的红色分量，另一个波段可以表示绿色分量，还有一个波段则可能表示蓝色分量。

Paletted/Unique values

如果光栅数据只有一个波段，则像素值可以用作调色板的索引。调色板将每个像素值映射到特定的颜色。

Singleband gray

如果光栅数据只有一个波段，但没有提供调色板。像素值可以直接用作灰度值；也就是说，越大的数字越亮，越小的数字越暗。或者，像素值可以通过伪彩色算法来计算要显示的颜色。

Singleband pseudocolor

多波段数据可以使用调色板绘制多波段光栅数据源，或者将其绘制为灰度或伪彩色图像。

Hillshade

多用于显示高程数据

Contours

显示轮廓

数据源

类QgsRasterDataProvider代表Raster Layer的数据源，类图如下

成员函数identify用于查看raster图层数据

QgsRasterIdentifyResult QgsRasterDataProvider::identify	(	const QgsPointXY &	point,
QgsRaster::IdentifyFormat format,const QgsRectangle & boundingBox = QgsRectangle(),
int width = 0,int height = 0,int dpi = 96 )

后边章节会逐一介绍相关类和函数

坐标映射

坐标参考系（Coordinate Reference System，CRS）界定了栅格数据所处的投影坐标系或地理坐标系。

core库其他有用类

gui

GUI库构建在CORE库之上，并添加了可重用的GUI小部件

QgsMapCanvas

地图视图（也称为地图画布）用于显示地图控件，QGIS主窗体的地图区域就是一个地图视图。QGIS支持多地图视图，即可以在保留地图区域的基础上，以面板的形式增加地图视图（或3D地图视图）。QGIS多个地图视图采用同一个图层控制面板控制，因此一般用于显示同一个地图主题的不同四至范围数据（或以3D形式展示数据）。

QgsMapcanvas类是一个用于在画布上显示所有GIS数据类型的类。是QGraphicsView的子类
包括以下功能：

当前显示的地图图层的列表。这可以使用layers()方法访问。
获取地图使用的地图单位（米、英尺、度等）。可以通过调用mapUnits())方法来获取。
显示范围，即当前显示在画布中的地图区域。地图的范围将随着用户放大和缩小以及在地图上平移而改变。当前映射范围可以通过调用extent()方法来获得。
当前地图工具，可以使用setMapTool()设置，使用mapTool()获取当前工具
设置地图背景色，使用canvasColor()获取
坐标转换，将地图坐标转换为窗口坐标

QgsMapTool

地图视图控制可以使用地图浏览工具栏

QgsMapTool是地图工具类基类，用于和用户交互、操作地图、处理鼠标事件。类图如下

QgsLayerTreeView/QgsLayerTreeModel

QgsLayerTreeView类扩展了QTreeView，提供图层管理功能，并提供了一些附加功能。如下图

QgsMapCanvasItem

QgsMapCanvasItem是可以直接画在map canvas的item的基类，Map Canvas Item显示优先级高于图层。类图如下

QgsVertexMarker: 这将绘制一个图标（“X”、“+”或小方框），以地图上的给定点为中心。
QgsRubberBand: 这将在地图上绘制任意几何类型。它在用户绘制时提供视觉反馈。
QgsAnnotationItem: 在地图上添加标注的基类，其子类如下图

其他有用的gui类

analysis

analysis库建立在CORE库之上，为对矢量和光栅数据进行空间分析提供了高级工具，QGis中算法多集中在Processing Toolbox中，如下图

QgsProcessingProvider

QgsProcessingProvider类通常提供一组相关算法，类图如下

QgsProcessingAlgorithm

QgsProcessingAlgorithm类代表一种算法，通常由QgsProcessingRegistry进行创建，之后可以运行算法，获取结果

QgsProcessingRegistry

QgsProcessingRegistry类用于注册算法处理的各个组件包括：providers, algorithms,input,output and various parameters.
以clip算法为例，使用QgsProcessingRegistry创建算法类

const QString id = "native:clip";
QVariantMap conf;
conf.insert(QStringLiteral("INPUT"),layer->id());
conf.insert(QStringLiteral("OVERLAY"),"jilin_dist.shp");
QgsProcessingOutputLayerDefinition value( "TEMPORARY_OUTPUT" );
conf.insert(QStringLiteral("OUTPUT"),value);
auto algorithm = QgsApplication::processingRegistry()->createAlgorithmById(id,conf);