「QT」几何数据类之 QLineF 浮点型直线类

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QLineF类详解

一、引言

QLineF是Qt框架中的一个关键类，用于表示二维平面上的直线段，与QLine类不同的是，QLineF使用浮点数（通常是double类型）来表示坐标，这使得它能够处理更高精度的图形操作。QLineF类提供了丰富的功能，包括计算直线长度、直线段的平移、判断点与直线的关系等，是Qt图形编程中不可或缺的工具之一。

二、使用范围

QLineF类广泛应用于需要高精度图形操作的Qt应用程序中。例如，在绘制复杂图形、进行图形变换、进行碰撞检测等场景中，QLineF的浮点数坐标能够提供更精确的结果。此外，QLineF还可以与Qt的其他图形类（如QPolygonF、QRectF等）无缝集成，共同构建出丰富的图形界面。

三、类的头文件

要使用QLineF类，需要在代码中包含其头文件<QLineF>。这个头文件定义了QLineF类的所有成员和函数，使得开发者可以在自己的Qt应用程序中方便地使用该类。

#include <QLineF>

四、类的构造介绍

QLineF类提供了多种构造函数，允许以不同的方式创建QLineF对象：

默认构造函数：创建一个未初始化的QLineF对象。

QLineF();

参数化构造函数：使用两个QPointF对象或四个浮点数坐标（x1, y1, x2, y2）作为起点和终点来创建QLineF对象。

QLineF(qreal x1, qreal y1, qreal x2, qreal y2);
QLineF(const QPointF &p1, const QPointF &p2);

从QLine转换的构造函数：虽然QLine使用整数坐标，但QLineF类提供了从QLine到QLineF的转换构造函数，允许将QLine对象转换为QLineF对象（可能会进行精度提升）。

QLineF(const QLine &line);

五、共有函数介绍

QLineF类提供了丰富的共有函数，用于获取直线的属性、进行几何运算等。以下是一些常用的共有函数：

QPointF p1() const：返回直线的起点。
QPointF p2() const：返回直线的终点。
void setP1(const QPointF &p1)：设置直线的起点。
void setP2(const QPointF &p2)：设置直线的终点。
qreal length() const：返回直线的长度（浮点数）。
qreal angle() const：返回直线的倾斜角（以度为单位，范围从-180到180）。
qreal angleTo(const QLineF &l) const：返回本直线与另一条直线l之间的夹角（以度为单位）。
QLineF translated(qreal dx, qreal dy) const：返回沿向量(dx, dy)平移后的直线。
QPointF pointAt(qreal t) const：返回参数化直线上的点，其中t是介于0和1之间的浮点数，表示从起点到终点的比例距离。

六、Static函数介绍

QLineF类也提供了一些静态函数，用于执行与QLineF对象相关的通用操作。这些函数不需要创建QLineF对象就可以直接使用。以下是一些常用的静态函数：

static QLineF fromPolar(qreal length, qreal angle, QPointF *origin = nullptr)：根据极坐标（长度和角度）以及可选的原点（默认为原点(0,0)）计算直角坐标下的直线。如果提供了origin参数，则直线将相对于该点进行定位。

七、运算符重载

QLineF类重载了多个运算符，以便进行直线之间的比较和算术运算。以下是一些重载的运算符：

bool operator==(const QLineF &line) const：判断两条直线是否相等（基于起点和终点的坐标）。
bool operator!=(const QLineF &line) const：判断两条直线是否不相等。

八、详细代码举例

以下是一个使用QLineF类的详细代码示例，展示了如何创建QLineF对象、获取直线的属性、进行几何运算以及判断点与直线的关系。

#include <QCoreApplication>
#include <QLineF>
#include <QPointF>
#include <QDebug>
#include <cmath> // 引入cmath库以使用fabs函数计算浮点数绝对值

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 创建QLineF对象
    QLineF line(QPointF(10.5, 20.3), QPointF(40.7, 60.1));

    // 获取直线的属性
    QPointF start = line.p1();
    QPointF end = line.p2();
    qreal length = line.length();
    qreal angle = line.angle();

    qDebug() << "Start Point:" << start;
    qDebug() << "End Point:" << end;
    qDebug() << "Length:" << length;
    qDebug() << "Angle:" << angle;

    // 进行几何运算
    QLineF translatedLine = line.translated(10.0, -10.0);
    qDebug() << "Translated Line (Start, End):" << translatedLine.p1() << "," << translatedLine.p2();

    // 计算直线上的点（参数化）
    qreal t = 0.5; // 中点
    QPointF midPoint = line.pointAt(t);
    qDebug() << "Point at t=" << t << ":" << midPoint;

    // 判断点与直线的关系（点到直线的垂直距离）
    QPointF testPoint(25.0, 40.0);
    qreal distance = std::fabs((line.p2().y() - line.p1().y()) * testPoint.x() - (line.p2().x() - line.p1().x()) * testPoint.y() + line.p2().x() * line.p1().y() - line.p2().y() * line.p1().x()) / std::sqrt(std::pow(line.p2().y() - line.p1().y(), 2.0) + std::pow(line.p2().x() - line.p1().x(), 2.0));
    qDebug() << "Distance from test point to line:" << distance;

    // 如果需要判断点是否在直线上（考虑到浮点数的精度问题），可以设置一个容差值
    qreal tolerance = 1e-6; // 容差值，根据实际情况调整
    if (distance < tolerance) {
        qDebug() << "Test Point is on the line.";
    } else {
        qDebug() << "Test Point is not on the line.";
    }

    return a.exec();
}

在这个示例中，我们首先创建了一个QLineF对象line，并获取了它的起点、终点、长度以及角度。然后，我们进行了平移运算，得到了一个新的QLineF对象translatedLine。此外，我们还计算了直线上的中点（通过参数化方式），并判断了一个测试点是否在直线上（通过计算点到直线的垂直距离，并设置一个容差值来判断）。需要注意的是，由于QLineF使用浮点数坐标，因此在进行比较和判断时需要考虑到浮点数的精度问题。

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