基于GDI的動態(tài)數(shù)據(jù)分時走勢控件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

祁 長 興

(沈陽師范大學(xué) 軟件學(xué)院, 沈陽 110034)

分時數(shù)據(jù),是股票期貨等金融領(lǐng)域以及生產(chǎn)生活中的面向過程控制等領(lǐng)域的實(shí)時數(shù)據(jù),通過對大量分時數(shù)據(jù)做動態(tài)統(tǒng)計(jì)分析,可以掌握其分時波動規(guī)律,從而對產(chǎn)品的性質(zhì)好壞做出判斷,對數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢做出輔助預(yù)測。但是分時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大,產(chǎn)品種類繁多,通過畫圖可以直觀反映指定時間段內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)展變化情況,更利于量化分析。

GDI(Graphics Device Interface Plus)是Windows系統(tǒng)下負(fù)責(zé)系統(tǒng)與繪圖程序之間的信息交換的接口之一。本文采用了C#語言中的GDI以及GDI+技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個可以靈活拖拽在桌面窗口上的控件,以網(wǎng)絡(luò)上開源的A股實(shí)時數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù),通過設(shè)置數(shù)據(jù)接口和顯示圖形屬性設(shè)定來完成對分時數(shù)據(jù)的即時顯示[1]。

1 控件架構(gòu)設(shè)計(jì)模型

根據(jù)控件的實(shí)現(xiàn)功能要求,控件在架構(gòu)上分為數(shù)據(jù)的采集,數(shù)據(jù)的管理和處理,數(shù)據(jù)的圖形加工處理3個模塊。外部分時數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)入控件數(shù)據(jù)按時間點(diǎn)分布,包括商品代碼,名稱,時間點(diǎn)信息和時間點(diǎn)數(shù)據(jù)等,在模塊內(nèi)拆分為K線數(shù)據(jù)(4種)和普通商品線性數(shù)據(jù)(1個)。拆分后的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)管理模塊,數(shù)據(jù)管理模塊首先是管理所有的對象,包括商品對象、行情列表列對象以及畫面對象,并提供相關(guān)數(shù)據(jù)的所有操作接口供程序內(nèi)部管理數(shù)據(jù)使用,將相關(guān)分時數(shù)據(jù)保存在本地臨時數(shù)據(jù)表中。數(shù)據(jù)圖形加工模塊對已經(jīng)加工處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示[2-6]。

圖1 控件的架構(gòu)模型圖Fig.1 Structure model of control

2 控件的類的設(shè)計(jì)

控件在設(shè)計(jì)上分為2大功能模塊,圖形繪制和數(shù)據(jù)管理(將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的管理設(shè)計(jì)在一起)。圖形繪制的主要作用是按照控件初始化時給定的相關(guān)參數(shù)以及分時數(shù)據(jù)精確的繪制出圖形,并且負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶鍵盤和鼠標(biāo)的輸入操作。數(shù)據(jù)管理的主要作用是提供不同的數(shù)據(jù)類型并管理這些數(shù)據(jù)[7]。

2.1 數(shù)據(jù)管理類的設(shè)計(jì)[8-10]

數(shù)據(jù)管理類的主要作用是用于采集信息、存儲信息和進(jìn)行必要的信息處理,為圖形繪制類提供必需的數(shù)據(jù)接口。

1) 數(shù)據(jù)管理類DataManager:該類中包含了3組對象:商品對象、行情列表列對象以及畫面對象。該類提供的是這些類的添加、獲取和更新接口,用于控件的所有對象的管理操作[11]。

2) 商品信息類Commodity:該類存儲了關(guān)于該商品的所有數(shù)據(jù),其中除了包括商品名稱、商品代碼、商品序號(記錄添加的順序,行情列表的默認(rèn)排序字段)和昨日收盤價(jià)以外,還包括商品的行情列表數(shù)據(jù),以及對應(yīng)的線數(shù)據(jù)[12]。

3) 行情列表數(shù)據(jù)類ListSubItems:該類除了存儲具體的數(shù)據(jù)值之外,還存儲了繪制時的相關(guān)字段字體顏色和背景顏色。

4) 線數(shù)據(jù)管理對象LineDataManager:該類主要提供的就是所有線數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)添加接口,由于線數(shù)據(jù)根據(jù)不同的線類型對應(yīng)的是不同的類,因此在添加數(shù)據(jù)時負(fù)責(zé)判斷所屬的線類型并添加對應(yīng)的線數(shù)據(jù)對象。

5) 線數(shù)據(jù)抽象類LineData:該類是線數(shù)據(jù)的抽象類,所有類型的線數(shù)據(jù)均繼承自該類。該類除了存儲線數(shù)據(jù)基本單位對象以外,還提供了獲取該線的最大值和最小值。其作用是在圖形繪制時判斷繪制區(qū)間的數(shù)據(jù)最大最小值范圍。

6) 線數(shù)據(jù)基本單位類LineDataUnit:該類是線數(shù)據(jù)的基本單位抽象類,所有類型的線數(shù)據(jù)基本單位均繼承自該類。其存儲了2個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即顯示數(shù)據(jù)值以及日期時間。

7) 時間段類TimePeriod:該類提供了一個簡單的接口來實(shí)現(xiàn)添加一個時間段的所有時間標(biāo)簽。

8) 控件對象StockChart:該類的作用是打包管理所有的管理對象和繪制對象,并對開發(fā)者提供統(tǒng)一的使用接口。

2.2 圖形繪制加工模塊[5,7-8,11]

圖形繪制結(jié)構(gòu)的概念一共有2個:畫面和區(qū)域。畫面是構(gòu)成基礎(chǔ)界面的單位元素,從界面上看到的一個完整圖像則是一個畫面,區(qū)域是指每個畫面中繪制不同類型的數(shù)據(jù)而劃分的不同區(qū)間,其位置構(gòu)成為從上到下,每個畫面包含若干個區(qū)域。

1) 畫面類ChartImage:指定了邊框的寬度以及添加區(qū)域的方法和繪制畫面時確定該畫面中是否包含有柱線。

2) 區(qū)域類AreaClass:提供屬性和方法,實(shí)例化一個具體的區(qū)域設(shè)置。

3) 線信息類LineInfoClass:定義一組相關(guān)的數(shù)據(jù)集合為一條線,如K線數(shù)據(jù),該對象保存的是每一條線的相關(guān)參數(shù),供數(shù)據(jù)管理對象實(shí)例化具體的線數(shù)據(jù)類,并提供對應(yīng)的數(shù)據(jù)添加和更新方法。

4) 行情列表列對象類ListColumn:行情列表中每一列都有一個對應(yīng)的對象來存儲其相關(guān)的繪制屬性,其中包括列名稱、最小列寬度、列名稱對齊方式、數(shù)據(jù)對齊方式、數(shù)據(jù)比較類型、是否可見、數(shù)據(jù)項(xiàng)字體顏色、是否在數(shù)據(jù)更新時改變背景色以及數(shù)據(jù)是否根據(jù)比較值顯示漲跌符號等。

5) 行情列表繪制對象類ListClass:該類包含了所有行情列表的繪制方法及相關(guān)事件,是實(shí)際調(diào)用GDI接口及Graphics繪制對象繪制行情列表的類。

6) 分時走勢圖繪制對象類ChartClass:該類包含了所有走勢圖的繪制方法及相關(guān)事件,是實(shí)際調(diào)用GDI接口及Graphics繪制對象繪制走勢圖的類。

3 圖形繪制算法與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)采集并處理過的數(shù)據(jù)信息分類,相應(yīng)的圖形的繪制包括行情列表的繪制和分時走勢圖的繪制[8-10]。

3.1 行情列表的繪制

1) 基本功能

實(shí)現(xiàn)的功能主要是以列表的形式顯示每一個股票的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),控件提供了統(tǒng)一的配置接口,通過addColumn方法即可在行情列表添加一個列,同時也提供了ShowColumn和HideColumn方法以便在運(yùn)行時動態(tài)的隱藏或顯示某一列。圖2為A股的行情列表圖實(shí)例[12-15]。

圖2 行情列表圖Fig.2 Market list chart

2) 繪制算法

在行情列表中圖形的繪制包括:全局重新繪制、繪制行選擇線、繪制列調(diào)整線、列寬度調(diào)整、清空鼠標(biāo)操作繪制層以及更新數(shù)據(jù)時背景變化[4]。

3) 繪制過程

該繪制過程主要分為2步:初始化畫布及繪制數(shù)據(jù)。

初始化畫布時,整個行情列表主要分為3個圖層:數(shù)據(jù)層、鼠標(biāo)操作標(biāo)識層以及操作標(biāo)志層。根據(jù)PictureBox容器大小初始化對應(yīng)的Graphics對象及Bitmap對象。隨后計(jì)算滾動條寬度,并根據(jù)畫面高度和起始數(shù)據(jù)編號計(jì)算繪制的數(shù)據(jù)范圍。

繪制數(shù)據(jù)時首先繪制行情列表列對象,從dataManager對象取到所有的列,逐個繪制。如果該列被設(shè)置為隱藏則不繪制跳過。其次判斷如果該列在排序狀態(tài),則在列名稱前繪制出排序方式,用箭頭表示,整個一列都繪制藍(lán)色的背景色。其中繪制行選擇線的計(jì)算公式為

鼠標(biāo)選擇行index=鼠標(biāo)點(diǎn)擊Y坐標(biāo)/單位行高度-1+rowStartIndex

(1)

3.2 分時走勢圖的繪制

3.2.1 基本功能

分時走勢圖功能的實(shí)現(xiàn)主要是依賴控件聲明時對布局的定義。 在本設(shè)計(jì)的演示實(shí)例中, 分為2個畫面, 一個是分時走勢, 另一個是K線技術(shù)指標(biāo)。 分時走勢畫面包含2個區(qū)域, 一個是實(shí)時走勢, 另一個是對應(yīng)時刻的成交量。K線技術(shù)指標(biāo)也包含2個區(qū)域, 一個是K線數(shù)據(jù), 另一個是對應(yīng)的成交量。

3.2.2 繪制算法[16]

1) 坐標(biāo)軸的繪制:對于縱坐標(biāo)軸,系統(tǒng)定義了最小繪制行間隔。在繪制時首先根據(jù)控件尺寸高度計(jì)算出需要繪制的行數(shù),橫坐標(biāo)軸單位是固定的,隨著控件尺寸的變化決定的就是2個數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫向間隔。

2) 數(shù)據(jù)值的繪制:數(shù)據(jù)值繪制的重點(diǎn)是需要計(jì)算出該數(shù)據(jù)值在區(qū)域繪制的坐標(biāo)中對應(yīng)的坐標(biāo)(X,Y)。其中橫坐標(biāo)的確定是由區(qū)間繪制的數(shù)據(jù)個數(shù)和繪制形態(tài)決定的,縱坐標(biāo)是由區(qū)域最高值和最低值的相對比例決定的。

假設(shè)一個區(qū)域的寬度為Width,共n個數(shù)據(jù),假設(shè)繪制的是第x個數(shù)據(jù)(1≤x≤n)的K線,橫坐標(biāo)區(qū)間為

[x×width/(n-1),x×width/n]

(2)

對于折線,其繪制橫坐標(biāo)為一個點(diǎn),橫坐標(biāo)點(diǎn)為

(x×width/(n-1))

(3)

縱坐標(biāo)的計(jì)算方式,假設(shè)繪制區(qū)域高度為Height,區(qū)域最大值為Max,最小值為Min,要繪制的數(shù)據(jù)Value的縱坐標(biāo)Y計(jì)算公式

(4)

3) 柱形線的繪制

圖3 K線圖的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of K-line diagram

以K線為例,一個數(shù)據(jù)單元包含4個數(shù)據(jù):開盤價(jià)、收盤價(jià)、最高價(jià)和最低價(jià)。一個K線的結(jié)構(gòu)如圖3。

假設(shè)收盤價(jià)高于開盤價(jià),則3部分的縱坐標(biāo)分別是:上影線:(最高價(jià),收盤價(jià)),實(shí)體矩形:(收盤價(jià),開盤價(jià)),下影線:(開盤價(jià),最低價(jià))。如果收盤價(jià)低于開盤價(jià),則3部分的縱坐標(biāo)分別是:上影線:(最高價(jià),開盤價(jià)),實(shí)體矩形:(開盤價(jià),收盤價(jià)),下影線:(收盤價(jià),最低價(jià))。

橫坐標(biāo)由定義的寬度決定,假設(shè)繪制區(qū)間寬度是spacing,定義的矩形寬度占中間的70%,兩邊各15%的間隔。因此橫坐標(biāo)計(jì)算如下:上影線和下影線:spacing÷2,實(shí)體矩形:spacing×0.15。據(jù)此加上該數(shù)據(jù)由公式(3)得出的全局橫坐標(biāo)即可。如圖4,是商品“白云機(jī)場”的全局K線圖[6-8]。

圖4 全局K線圖Fig.4 Global K-line diagram

4 結(jié) 語

本文主要論述了一個分時走勢繪制控件的設(shè)計(jì)模型以及實(shí)現(xiàn)的算法和實(shí)現(xiàn)過程,實(shí)現(xiàn)的功能點(diǎn)主要參考了國內(nèi)外主流的各大A股交易公司推出的行情軟件。最終得到了一個能夠在.NET平臺上各種項(xiàng)目中快速嵌入的一個控件。該控件的接口設(shè)計(jì)合理,圖形繪制準(zhǔn)確,基本能滿足用戶讀取數(shù)據(jù)和指標(biāo)分析的要求。該代碼生成的最終動態(tài)鏈接庫只有80 KB左右,十分適合開發(fā)者進(jìn)行二次開發(fā)。實(shí)現(xiàn)過程中,代碼架構(gòu)重構(gòu)了多次,目的是為了盡可能的提高該控件的性能和美觀度。由于GDI+本身的性能缺陷,在頻繁的重繪操作下仍然可能出現(xiàn)CPU占用高的情況。亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)是對控件的適應(yīng)能力,不論呈現(xiàn)設(shè)備尺寸大小如何,都能以準(zhǔn)確美觀的界面呈現(xiàn)用戶想要的數(shù)據(jù)。另外接口定義十分靈活,不論用戶的數(shù)據(jù)取自何處,都不會受控件接口的限制無法顯示。不論是何種指標(biāo)數(shù)據(jù),都可以用統(tǒng)一的接口調(diào)用傳入并繪制呈現(xiàn)。