C++ Qt开发：Charts绘制各类图表详解

Qt 是一个跨平台C++图形界面开发库，利用Qt可以快速开发跨平台窗体应用程序，在Qt中我们可以通过拖拽的方式将不同组件放到指定的位置，实现图形化开发极大的方便了开发效率，本章将重点介绍TreeWidget与QCharts的常用方法及灵活运用。

在之前的文章中笔者介绍了如何使用QCharts模块来绘制简单的折线图并对通用API接口进行了概括，本章我们通过在TreeWidget组件中提取数据，并依次实现柱状图、饼状图、堆叠图、百分比图、散点图等。

1.1 创建柱状图

柱状图（Bar Chart）用于显示各类别之间的数量关系。它通过在一个坐标系中绘制垂直的矩形条（柱）来表示数据。每个柱的高度表示相应类别的数量或数值，柱的宽度一般是固定的，类别之间的间隔可以根据需要调整。

柱状图主要用于比较不同类别的数值或数量，帮助观察数据的分布趋势、对比不同类别的数据大小，以及发现数据之间的关系。柱状图通常在横轴上表示不同的类别，纵轴上表示数量或数值。

以下是柱状图的一些主要特点：

1. 垂直柱状图（Vertical Bar Chart）：柱状图的柱是垂直排列的，纵轴表示数值或数量。
2. 水平柱状图（Horizontal Bar Chart）：柱状图的柱是水平排列的，横轴表示数值或数量。
3. 分组柱状图（Grouped Bar Chart）：将柱按照类别分组，同一组内的柱一般在相同的位置。
4. 堆叠柱状图（Stacked Bar Chart）：将柱叠加在一起，柱的高度表示总和。
5. 百分比柱状图（Percentage Bar Chart）：每个柱的高度表示相对于总和的百分比。

柱状图是数据可视化中常用的工具之一，易于理解且能够直观地传达信息。在业务、科学研究、金融等领域，柱状图被广泛用于展示数据的分布和趋势。在Qt中柱状图的绘制离不开三个类的支持，其分别是QBarSet、QBarSeries、QBarCategoryAxis这三个类提供了用于操作和管理条形图数据集的方法。

QBarSet类主要用于创建或表示一个柱状图的集合元素。以下是关于QBarSet的主要方法的说明和概述，以表格形式呈现：

QBarSeries 用于表示条形图数据系列。以下是 QBarSeries 类的一些主要方法和概述：

QBarCategoryAxis 表示条形图横坐标，用于管理和显示条形图中的分类轴，其中每个条形图都属于特定的类别。以下是 QBarCategoryAxis 类的一些主要方法和概述：

如下代码是使用 Qt 的图表模块创建一个包含柱状图和折线图的图表，并显示在 QGraphicsView 控件中，在MainWindow::MainWindow构造函数中我们可以使用如下代码实现柱状图的创建。

图表初始化：创建一个 QChart 对象，并设置图表的标题和动画效果。然后将图表设置给 ui->graphicsView 控件，同时启用抗锯齿渲染。

QChart *chart = new QChart();
chart->setTitle("柱状图统计");
chart->setAnimationOptions(QChart::SeriesAnimations);

// 为graphicsView设置chart
ui->graphicsView->setChart(chart);
ui->graphicsView->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

// 构造柱状图
chart =ui->graphicsView->chart();
chart->removeAllSeries();            // 删除所有序列
chart->removeAxis(chart->axisX());   // 删除坐标轴
chart->removeAxis(chart->axisY());   // 删除坐标轴

创建数据集：构造三个 QBarSet 对象，分别表示数学、语文、英语的数据集。同时创建一个 QLineSeries 对象，表示平均分数据集，并设置线条的颜色和宽度。

QBarSet *setMath = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(1)->text());      // 数学字段
QBarSet *setChinese = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(2)->text());   // 语文字段
QBarSet *setEnglish= new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(3)->text());    // 英语字段

// 创建折线线条
QLineSeries *Line = new QLineSeries();
Line->setName(theModel->horizontalHeaderItem(4)->text());  // 表示平均分
QPen pen;
pen.setColor(Qt::red);  // 使用红色
pen.setWidth(2);        // 设置宽度
Line->setPen(pen);      // 绘制

添加数据：遍历前10个数据行，将数学、语文、英语的成绩和平均分添加到相应的数据集中。

for(int i=0;i< 10;i++)
{
    // 从数据模型获取数据
    setMath->append(theModel->item(i,1)->text().toInt());            // 数学
    setChinese->append(theModel->item(i,2)->text().toInt());         // 语文
    setEnglish->append(theModel->item(i,3)->text().toInt());         // 英语
    Line->append(QPointF(i,theModel->item(i,4)->text().toFloat()));  // 平均分
}

创建柱状图序列：使用 QBarSeries 创建一个柱状图序列，并将三个数据集添加到序列中。同时，将折线图序列也添加到图表中。

cppCopy codeQBarSeries *series = new QBarSeries();
series->append(setMath);
series->append(setChinese);
series->append(setEnglish);

chart->addSeries(series);
chart->addSeries(Line);

设置坐标轴：创建横坐标轴 axisX 和纵坐标轴 axisY，设置它们的范围、标签等信息，然后将它们与相应的序列关联。

// 创建柱状图序列 QBarSeries 并添加三个数据集
QBarSeries *series = new QBarSeries();
series->append(setMath);
series->append(setChinese);
series->append(setEnglish);

chart->addSeries(series); // 添加柱状图序列
chart->addSeries(Line);   // 添加折线图序列

// 用于横坐标在字符串列表 即UID
QStringList categories;
for (int i=0;i<10;i++)
{
    categories <<theModel->item(i,0)->text();
}

// 柱状图的坐标轴
QBarCategoryAxis *axisX = new QBarCategoryAxis();
axisX->append(categories);            // 添加横坐标文字列表
chart->setAxisX(axisX, series);       // 设置横坐标
chart->setAxisX(axisX, Line);         // 设置横坐标

// 设置坐标范围
axisX->setRange(categories.at(0), categories.at(categories.count()-1));

// 数值型坐标作为纵轴
QValueAxis *axisY = new QValueAxis;
axisY->setRange(0, 100);
axisY->setTitleText("分数");
axisY->setTickCount(6);
axisY->setLabelFormat("%.0f");

图例显示设置：显示图例，并设置图例在底部对齐。

chart->setAxisY(axisY, series);
chart->setAxisY(axisY, Line);
chart->legend()->setVisible(true);
chart->legend()->setAlignment(Qt::AlignBottom);

这样，你就创建了一个包含柱状图和折线图的图表，并将其显示在 QGraphicsView 控件中，运行后则可以得到如下图所示的图例；

1.2 创建饼状图

饼状图（Pie Chart）用于展示各部分占整体的比例关系。它通过在一个圆形区域内绘制扇形来表示数据的相对大小。整个圆表示总体，而每个扇形的弧长（或面积）表示相应类别的数量或比例。

饼状图的主要特点包括：

1. 占比表示：每个扇形的大小表示相应类别在总体中所占的比例，从而直观地展示各类别之间的相对关系。
2. 圆形布局：饼状图的数据以圆形的方式呈现，使得用户能够轻松比较各部分的大小。
3. 清晰易懂：饼状图通常用于表示数据的相对比例，特别适用于展示类别之间的占比关系，非常直观。
4. 单一变量：饼状图适合展示单一变量的占比关系，不适用于多个变量或时间序列的比较。
5. 限制数据量：由于饼状图是基于整个圆的，适合表示少量类别的占比关系。当类别过多时，可能导致图形复杂，难以解读。

饼状图常见的应用场景包括市场份额分析、调查结果的占比展示、资源分配比例等。然而，有时候，为了更好地表达数据，也会使用改进版的饼状图，如环形图（Donut Chart）等。

QPieSeries 是 Qt Charts 模块中用于绘制饼状图的数据序列类。它派生自 QAbstractSeries 类，用于管理和展示饼状图中的数据。以下是 QPieSeries 类的一些常用方法和属性，以表格形式概述：

QPieSlice 是 Qt Charts 模块中用于表示饼状图中的单个饼块的类。每个 QPieSlice 对象都代表饼状图中的一个数据分块。

以下是关于 QPieSlice 的一些方法以及说明：

QPieSlice 主要用于配置和管理饼状图中的单个数据分块，包括设置饼块的标签、值、颜色、样式等属性。

饼状图的绘制流程与柱状图一样，主要以下几个步骤：

饼图初始化： 创建一个QChart对象，并设置其动画选项。然后将该图表对象设置为QGraphicsView的图表，并启用反锯齿渲染。

// 饼图初始化
QChart *chart = new QChart();
chart->setAnimationOptions(QChart::SeriesAnimations);
ui->graphicsView->setChart(chart);
ui->graphicsView->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

// 绘制饼图
chart->removeAllSeries();

**创建饼图序列：**为图表创建一个新的饼图序列(QPieSeries)，并通过循环的方式向序列中添加成绩。

// 创建饼图序列
QPieSeries *series = new QPieSeries();

// 饼图中间空心的大小
series->setHoleSize(0.30);

// 添加分块数据
for (int i=0;i<=4;i++)
{
    // 获得QTreeWidgetItem的item
    QTreeWidgetItem* item=ui->treeWidget->topLevelItem(i);

    // 获取分析对象，数学、英语、语文或平均分,添加一个饼图分块数据,标签，数值
    series->append(item->text(0),item->text(1).toFloat());
}

添加分块数据到饼图： 从QTreeWidget中获取每个分析对象（数学、英语、语文或平均分），并将其添加到饼图序列中。

// 饼图分块
QPieSlice *slice;

// 设置每个分块的标签文字
for(int i=0;i<=4;i++)
{
    // 获取分块
    slice =series->slices().at(i);

    // 设置分块的标签
    slice->setLabel(slice->label()+QString::asprintf(": %.0f人, %.1f%%", slice->value(),slice->percentage()*100));

    // 信号与槽函数关联，鼠标落在某个分块上时，此分块弹出
    connect(slice, SIGNAL(hovered(bool)),this, SLOT(on_PieSliceHighlight(bool)));
}

slice->setExploded(true);           // 最后一个设置为exploded
series->setLabelsVisible(true);     // 只影响当前的slices，必须添加完slice之后再设置
chart->addSeries(series);           // 添加饼图序列

chart->legend()->setVisible(true);  // 图例
chart->legend()->setAlignment(Qt::AlignRight);

设置饼图分块的标签和槽函数关联： 对于每个分块，设置其标签文字，包括数值和百分比，并关联鼠标悬停事件的槽函数。

// 鼠标移入移出时触发hovered信号
void MainWindow::on_PieSliceHighlight(bool show)
{
    QPieSlice *slice;
    slice=(QPieSlice *)sender();

    // 动态设置setExploded效果
    // slice->setLabelVisible(show);
    slice->setExploded(show);
}

上述代码流程实现了在Qt中使用QPieSeries和QPieSlice绘制饼状图的功能，包括图表的初始化、数据的设置、分块标签的添加、饼图分块的突出显示等。在图表中，每个分块代表一种分析对象，标签包含人数和百分比信息，运行后输出如下效果；

1.3 创建堆叠图

堆叠图（Stacked Chart）用于展示多个数据系列的累积效果，即将不同系列的数据在同一数值点上进行堆叠显示。这种图表形式旨在突出整体的趋势以及各组成部分的相对贡献。

堆叠图有多种形式，其中两种常见的类型包括：

1. 堆叠柱状图（Stacked Bar Chart）：在同一类别或数值点上，将不同系列的柱状图堆叠在一起。每个柱状图的高度表示该系列在该点上的数值，而整个柱状图的高度表示各个系列在该点上的累积总和。
2. 堆叠面积图（Stacked Area Chart）：在同一类别或数值点上，将不同系列的面积图堆叠在一起。每个面积图的面积表示该系列在该点上的数值，而整个堆叠面积图的高度表示各个系列在该点上的累积总和。

堆叠图的优势在于能够直观地显示各部分在整体中的相对比例，并清晰地展示随时间或其他维度的变化。这种图表类型通常用于比较多个系列的总体趋势，并强调各个系列之间的相对贡献。在堆叠图中，每个系列的数值贡献会在相同的数值点上叠加显示，使得读者能够更容易比较各系列的相对大小。

堆叠图的创建需要用到QStackedBarSeries和QBarCategoryAxis类，QStackedBarSeries 是 Qt Charts 模块中用于创建堆叠柱状图的类。堆叠柱状图显示多个柱状系列的堆叠效果，每个柱状系列由一个或多个柱状条组成，这些柱状条按照数据堆叠在一起，形成整体的柱状图。

以下是 QStackedBarSeries 的一些重要方法和属性：

QStackedBarSeries 通过添加不同的 QBarSet 对象来创建堆叠效果。每个 QBarSet 对象代表一个柱状系列，它包含了一组柱状条的数据。标签、颜色和其他样式属性可以通过 QBarSet 进行定制。使用这些方法和属性，可以方便地控制堆叠柱状图的外观和行为，如下代码则是堆叠图创建的实现；

// 初始化叠加柱状图绘制窗口
QChart *chart = new QChart();
chart->setAnimationOptions(QChart::SeriesAnimations);
ui->graphicsView->setChart(chart);
ui->graphicsView->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

// 绘制叠加柱状图
chart->removeAllSeries();
chart->removeAxis(chart->axisX());
chart->removeAxis(chart->axisY());

// 创建三门课程的数据集
QBarSet *setMath = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(1)->text());
QBarSet *setChinese = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(2)->text());
QBarSet *setEnglish= new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(3)->text());

// 添加前十个分数数据到数据集
for(int i=0;i<20;i++)
{
    setMath->append(theModel->item(i,1)->text().toInt());
    setChinese->append(theModel->item(i,2)->text().toInt());
    setEnglish->append(theModel->item(i,3)->text().toInt());
}

// 创建QStackedBarSeries对象并添加数据集
QStackedBarSeries *series = new QStackedBarSeries();
series->append(setMath);
series->append(setChinese);
series->append(setEnglish);
series->setLabelsVisible(true);

// 添加序列到图表
chart->addSeries(series);

QStringList categories;

// 绘制前十个数据
for (int i=0;i<10;i++)
{
    categories <<theModel->item(i,0)->text();
}

// 类别坐标轴 作为横轴
QBarCategoryAxis *axisX = new QBarCategoryAxis();
axisX->append(categories);
chart->setAxisX(axisX, series);
axisX->setRange(categories.at(0), categories.at(categories.count()-1));

// 数值坐标轴 作为纵轴
QValueAxis *axisY = new QValueAxis;
axisY->setRange(0, 300);
axisY->setTitleText("总分");
axisY->setTickCount(6);
axisY->setLabelFormat("%.0f");
chart->setAxisY(axisY, series);

// 设置图表属性
chart->legend()->setVisible(true);
chart->legend()->setAlignment(Qt::AlignBottom);

运行后，通过QBarSet保存课程数据集，最后增加横轴纵轴区间，当数据被加载后，图表则会输出如下所示的数据集；

1.4 创建百分比图

百分比图（Percentage Chart）用于显示各部分占整体的百分比关系的图表。这种图表通过以百分比形式展示每个部分在总体中所占比例，提供了一种直观的方式来比较不同部分的相对大小。

百分比图有多种形式，其中一些常见的类型包括：

1. 百分比柱状图（Percentage Bar Chart）：类似于常规柱状图，但每个柱的高度表示相对于整体的百分比。
2. 百分比堆叠柱状图（Percentage Stacked Bar Chart）：将柱叠加在一起，每个部分的高度表示相对于总体的百分比。
3. 百分比饼状图（Percentage Pie Chart）：类似于饼状图，但每个扇形的角度或面积表示相对于整体的百分比。
4. 百分比面积图（Percentage Area Chart）：面积图的每个区域表示相对于整体的百分比。
5. 百分比堆叠面积图（Percentage Stacked Area Chart）：将面积叠加在一起，每个区域的面积表示相对于总体的百分比。

这些图表形式在不同情境下用于展示数据的占比关系，特别适用于需要强调相对比例的场景。百分比图通常能够帮助观众更容易地理解各部分在整体中的贡献，是一种有力的数据可视化工具。

使用百分比图时，注意确保数据的总和为100%。百分比图在市场份额分析、调查结果的占比展示、资源分配比例等方面得到广泛应用。

QPercentBarSeries 是 Qt Charts 模块中用于绘制百分比柱状图的类。它派生自 QAbstractBarSeries 类，表示一个二维坐标系中的数据系列，其中的数据以百分比柱状图的形式呈现。

以下是关于 QPercentBarSeries 的一些方法以及说明：

QPercentBarSeries 类主要用于在图表中绘制百分比柱状图，其中的数据集可以包含多个柱子，每个柱子表示一个百分比。

// 百分比柱状图初始化
QChart *chart = new QChart();
chart->setAnimationOptions(QChart::SeriesAnimations);
ui->graphicsView->setChart(chart);
ui->graphicsView->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

// 绘制百分比柱状图
chart->removeAllSeries();
chart->removeAxis(chart->axisX());
chart->removeAxis(chart->axisY());

// 创建数据集
QBarSet *setMath = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(1)->text());
QBarSet *setChinese = new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(2)->text());
QBarSet *setEnglish= new QBarSet(theModel->horizontalHeaderItem(3)->text());

QTreeWidgetItem *item;
QStringList categories;

for (int i=0;i<=4;i++)
{
    // 从分数段统计数据表里获取数据添加到数据集
    item=ui->treeWidget->topLevelItem(i);

    // 横坐标的标签
    categories<<item->text(0);

    // 添加数据到QBarSet中
    setMath->append(item->text(1).toFloat());
    setChinese->append(item->text(2).toFloat());
    setEnglish->append(item->text(3).toFloat());
}

// 添加序列
QPercentBarSeries *series = new QPercentBarSeries();
series->append(setMath);
series->append(setChinese);
series->append(setEnglish);
series->setLabelsVisible(true);
series->setLabelsFormat("@value人");
chart->addSeries(series);

// 添加横坐标
QBarCategoryAxis *axisX = new QBarCategoryAxis();
axisX->append(categories);
chart->setAxisX(axisX, series);
axisX->setRange(categories.at(0), categories.at(categories.count()-1));

// 添加纵坐标
QValueAxis *axisY = new QValueAxis;
axisY->setRange(0, 100);
axisY->setTitleText("百分比");
axisY->setTickCount(6);
axisY->setLabelFormat("%.1f");
chart->setAxisY(axisY, series);

// 设置属性
chart->legend()->setVisible(true);
chart->legend()->setAlignment(Qt::AlignRight);

运行后则可输出不同分数段每一门成绩的百分比分布情况，如下图所示；

1.5 创建散点图

散点图（Scatter Plot）是一种二维图表，用于显示两个变量之间的关系。散点图的每个数据点由两个数值组成，分别对应于图表的横轴和纵轴。通过在图表中绘制这些点，可以观察和分析变量之间的关联性、趋势、聚集程度等。

散点图的特点包括：

1. 数据点表示：每个数据点在图表上表示为一个独立的点，其中横轴对应一个变量，纵轴对应另一个变量。
2. 关系展示：散点图主要用于展示两个变量之间的关系，例如相关性、分布情况、趋势等。
3. 离散数据：适用于离散型数据，每个点表示一个具体的观测值。
4. 聚类发现：通过观察数据点的分布，可以发现数据是否呈现出某种聚类模式。
5. 异常值检测：可以用于检测异常值，即图表中偏离正常分布的离群点。

散点图的应用场景非常广泛，常见的用途包括：

• 相关性分析：通过观察散点图，可以初步了解两个变量之间的相关性，是进行相关性分析的一种可视化手段。
• 趋势分析：散点图可以用于观察两个变量之间是否存在趋势，是进行趋势分析的有力工具。
• 异常值检测：通过识别离群点，可以发现数据中的异常值，有助于数据清理和分析的准确性。
• 聚类分析：观察数据点的分布，可以发现是否存在某种聚类模式，对于数据的分组有一定帮助。

总体而言，散点图是一种简单而强大的工具，可用于初步探索和理解两个变量之间的关系。

QSplineSeries 是 Qt Charts 模块中用于绘制光滑曲线的类。它表示图表中的一条曲线，通过一系列的数据点来定义曲线的形状。

以下是关于 QSplineSeries 的一些方法以及说明：

QSplineSeries 主要用于绘制光滑曲线，通过添加一系列的数据点，可以在图表中呈现出相应的曲线形状。

QScatterSeries 是 Qt Charts 模块中用于绘制散点图的类。它派生自 QXYSeries 类，用于表示图表中的一组散点数据，通过一系列的坐标点来显示离散的数据分布。

以下是关于 QScatterSeries 的一些方法以及说明：

绘制散点图实现代码如下所示；

// 散点图初始化
QChart *chart = new QChart();
chart->setAnimationOptions(QChart::SeriesAnimations);
ui->graphicsView->setChart(chart);
ui->graphicsView->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

// 清空绘图区
chart->removeAllSeries();
chart->removeAxis(chart->axisX());
chart->removeAxis(chart->axisY());

// 光滑曲线序列
QSplineSeries *seriesLine = new QSplineSeries();
seriesLine->setName("曲线");
QPen pen;
pen.setColor(Qt::blue);
pen.setWidth(2);
seriesLine->setColor(Qt::blue);
seriesLine->setPen(pen);

// 散点序列
QScatterSeries *series0 = new QScatterSeries();
series0->setName("散点");
series0->setMarkerShape(QScatterSeries::MarkerShapeCircle);
series0->setBorderColor(Qt::black);
series0->setBrush(QBrush(Qt::red));
series0->setMarkerSize(12);

// 随机数种子
qsrand(QTime::currentTime().second());

// 设置曲线随机数
for (int i=0;i<10;i++)
{
    int x=(qrand() % 20);    // 0到20之间的随机数
    int y=(qrand() % 20);
    series0->append(x,y);    // 散点序列
    seriesLine->append(x,y); // 光滑曲线序列
}

chart->addSeries(series0);
chart->addSeries(seriesLine);

// 增加Y坐标轴（可注释）
QValueAxis *axisY = new QValueAxis;
axisY->setRange(0, 20);
axisY->setTitleText("Y坐标");
axisY->setTickCount(11);
axisY->setLabelFormat("%.0f");
axisY->setGridLineVisible(true);
chart->setAxisY(axisY, series0);
chart->setAxisY(axisY, seriesLine);

// 增加X坐标轴（可注释）
QValueAxis *axisX = new QValueAxis;
axisX->setRange(0, 20);
axisX->setTitleText("X");
axisX->setTickCount(11);
axisX->setLabelFormat("%.0f");
axisX->setGridLineVisible(true);
chart->setAxisX(axisX, series0);
chart->setAxisX(axisX, seriesLine);

// 创建缺省的坐标轴（默认缺省值）
chart->createDefaultAxes();
chart->axisX()->setTitleText("X 轴");
chart->axisX()->setRange(-2,22);

chart->axisY()->setTitleText("Y 轴");
chart->axisY()->setRange(-2,22);

chart->legend()->setVisible(true);
chart->legend()->setAlignment(Qt::AlignRight);

// 绑定槽函数，用于点击图例显示与隐藏数据
foreach (QLegendMarker* marker, chart->legend()->markers())
{
    QObject::disconnect(marker, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(on_chartBarLegendMarkerClicked()));
    QObject::connect(marker, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(on_chartBarLegendMarkerClicked()));
}

运行上述代码则可实现输出随机散点图，其中右侧散点与曲线可以进行自定义隐藏与显示，如下图所示；