Android Matrix 方法详解

一、简介

Android android.graphics.Matrix 类是一个3 x 3的矩阵(方阵)，上一张几乎所有介绍Matrix的文章都会引用的Matrix内容图：

Android Matrix 方法详解
android.graphics.Matrix.png
Matrix使用非常广泛，平时我们使用的补间动画、图像变换、画布的变换、大名鼎鼎的MPAndroidChart图表库等都使用了Matrix。在平时的开发当中，Matrix的使用有时可以起到事半功倍的效果。

二、相关方法

1、equals

比较两个矩阵是否相等。

    Matrix matrix1 = new Matrix();
    Matrix matrix2 = new Matrix();
    matrix1.setTranslate(1,2);
    matrix2.setTranslate(2,2);
    // 输出：matrix1 == matrix2:false
    System.out.println("matrix1 == matrix2:" + matrix1.equals(matrix2));

2、+号相连/toString/toShortString

将矩阵转换为字符串。

    Matrix matrix = new Matrix();
    
    // 输出：+号相连：Matrix{[1.0, 0.0, 0.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]}
    System.out.println("+号相连：" + matrix);
    // 输出：Matrix{[1.0, 0.0, 0.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]}
    System.out.println("toString：" + matrix.toString());
    // 输出：[1.0, 0.0, 0.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]
    System.out.println("toShortString：" + matrix.toShortString());

3、getValues()、setValues()

当我们调用Matrix类的getValues(float[] values)、setValues(float[] values)方法时，可以将这个矩阵转换成一个数组进行操作。转换后的数组为：
[ MSCALE_X, MSKEW_X, MTRANS_X, MSKEW_Y, MSCALE_Y, MTRANS_Y, MPERSP_0, MPERSP_1, MPERSP_2]
为了方便操作这个数组，在android.graphics.Matrix类中，定义了MSCALE_X、MSKEW_X...变量，分别代表各自功能在数组中对应的下标，具体内容如下：

public static final int MSCALE_X = 0;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MSKEW_X  = 1;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MTRANS_X = 2;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MSKEW_Y  = 3;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MSCALE_Y = 4;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MTRANS_Y = 5;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MPERSP_0 = 6;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MPERSP_1 = 7;   //!< use with getValues/setValues
public static final int MPERSP_2 = 8;   //!< use with getValues/setValues

方法示例：

    Matrix matrix = new Matrix();
    
    // matrix = [1.0, 0.0, 0.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]
    System.out.println("matrix = " + matrix.toShortString());

    float[] values = new float[9];
    matrix.getValues(values);
    
    // matrix转换成数组后 = [1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0]
    System.out.println("matrix转换成数组后 = " + Arrays.toString(values));

    // 为matrix赋值
    values [Matrix.MTRANS_X] = 2;
    values [Matrix.MTRANS_Y] = 3;
    matrix.setValues(values);

    // matrix = [1.0, 0.0, 2.0][0.0, 1.0, 3.0][0.0, 0.0, 1.0]
    System.out.println("matrix = " + matrix.toShortString());

4、setXXX/preXXX/postXXX

XXX可以是Translate、Scale、Rotate、Skew和Concat。其中Concat参数为Matrix，表示直接操作Matrix。由于缩放、旋转、错切可以绕中心操作，如果指定了中心，则变换步骤为：

  1. 将原点平移到该点。
  2. 做缩放、错切、旋转操作。
  3. 原点平移到原来的原点处。

方法参数转换成了一个怎样的矩阵？

// 下面代码中参数(2,2) 转换后的矩阵为
// [2.0, 0.0, 0.0]
// [0.0, 2.0, 0.0]
// [0.0, 0.0, 1.0]
// 即根据XXX代表的功能修改矩阵中对应功能位置的值即可
matrix.postScale(2,2);

setXXX

首先会将该Matrix重置为单位矩阵，即相当于首先会调用reset()方法，然后再设置该Matrix中对应功能的值。例：

    // [1.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]
    Matrix matrix = new Matrix();

    // [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 3.0, 4.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0] -> [2.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]    [1.0, 1.0, 1.0]
    matrix.setValues(new float[]{2.0f,3.0f, 4.0f,
                                 2.0f,0.0f, 0.0f,
                                 1.0f,1.0f,1.0f});

    // [2.0, 3.0, 4.0]    [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 0.0, 0.0]
    // [2.0, 2.0, 0.0] -> [0.0, 1.0, 0.0] -> [0.0, 2.0, 0.0]
    // [1.0, 1.0, 1.0]    [0.0, 0.0, 1.0]    [0.0, 0.0, 1.0]
    matrix.setScale(2,2);

preXXX

不会重置Matrix，相当于当前操作矩阵(A)左乘参数矩阵(B)，即AB。例：

    // [1.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]
    Matrix matrix = new Matrix();
    
    // [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 3.0, 4.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0] -> [2.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]    [1.0, 1.0, 1.0]
    matrix.setValues(new float[]{2.0f,3.0f, 4.0f,
                                 2.0f,0.0f, 0.0f,
                                 1.0f,1.0f,1.0f});
    
    // [2.0, 3.0, 4.0]           [2.0, 0.0, 0.0]   [4.0, 6.0, 4.0]
    // [2.0, 0.0, 0.0](matrix) * [0.0, 2.0, 0.0] = [4.0, 0.0, 0.0](matrix)
    // [1.0, 1.0, 1.0]           [0.0, 0.0, 1.0]   [2.0, 2.0, 1.0]
    matrix.preScale(2,2);

postXXX

不会重置Matrix，相当于当前操作矩阵(A)右乘参数矩阵(B)，即BA，例：

    // [1.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]
    Matrix matrix = new Matrix();
    
    // [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 3.0, 4.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0] -> [2.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]    [1.0, 1.0, 1.0]
    matrix.setValues(new float[]{2.0f,3.0f, 4.0f,
                                 2.0f,0.0f, 0.0f,
                                 1.0f,1.0f,1.0f});
    
    // [2.0, 0.0, 0.0]   [2.0, 3.0, 4.0]            [4.0, 6.0, 8.0]
    // [0.0, 2.0, 0.0] * [2.0, 0.0, 0.0] (matrix) = [4.0, 0.0, 0.0](matrix)
    // [0.0, 0.0, 1.0]   [1.0, 1.0, 1.0]            [1.0, 1.0, 1.0]
    matrix.postScale(2,2);

setContact

关于setContact(Matrix m1,Matrix m2)方法，需要单独说下，它的参数为两个Matrix对象，计算规则为：当前操作的Matrix对象 = m1 * m2;
例：

    // [1.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]
    Matrix matrix = new Matrix();
    Matrix matrix1 = new Matrix();
    Matrix matrix2 = new Matrix();

    // [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 3.0, 4.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0] -> [2.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]    [1.0, 1.0, 1.0]
    matrix1.setValues(new float[]{2.0f,3.0f, 4.0f,
                                 2.0f,0.0f, 0.0f,
                                 1.0f,1.0f,1.0f});

    // [1.0, 0.0, 0.0]    [2.0, 5.0, 4.0]
    // [0.0, 1.0, 0.0] -> [3.0, 0.0, 0.0]
    // [0.0, 0.0, 1.0]    [1.0, 2.0, 1.0]
    matrix2.setValues(new float[]{2.0f,5.0f, 4.0f,
                                 3.0f,0.0f, 0.0f,
                                 1.0f,2.0f,1.0f});

    // [2.0, 3.0, 4.0]            [2.0, 5.0, 4.0]            [17.0, 18.0, 12.0]
    // [2.0, 2.0, 0.0](matrix1) * [3.0, 0.0, 0.0](matrix2) = [4.0,  10.0, 8.0 ] (matrix)
    // [1.0, 1.0, 1.0]            [1.0, 2.0, 1.0]            [6.0,  7.0,  5.0 ]
    matrix.setConcat(matrix1,matrix2);

5、mapRadius/mapPoints/mapRect/mapVectors

可翻译为将矩阵映射到（作用于）点、矩形、半径、向量。

mapRadius

半径的计算。例：

    // 一个半径为100.0f的圆，放大1倍后，半径也将增大一倍。据说用在画布中的圆随画布大小变化时
    float radius = 100.0f;
    float radiusAfterMatrix;
    Matrix matrixRadius = new Matrix();
    matrixRadius.setScale(2,2);
    radiusAfterMatrix = matrixRadius.mapRadius(radius);
    // 输出：radius=200.0
    System.out.println("radius=" + radiusAfterMatrix);

mapPoints

此方法有3个重载方法。点数组各值分别代表pts[x0,y0,x1,y1 ... xn,yn],因为一个点的确定需要x坐标和y坐标两个值，所以，pts数组的长度一般为偶数，如果为奇数，则最后一个值不参与计算（长度为1将不计算）。下面给出具体例子，例子中将会详细说明mapPoints方法。

    // =======================
    // mapPoints(float[] pts)
    // =======================
    // 运算后的结果会保存在pts数组中，原pts数组中的内容会被覆盖

    // 1.《点的移动》,对于任意点(Xn,Yn),x轴方向平移dx,y轴方向平移dy后有：
    //  Xn = Xn + dx
    //  Yn = Yn + dy
    float[] ptsTrans = {6,2};
    Matrix matrixTrans = new Matrix();
    matrixTrans.setTranslate(-2,2);
    matrixTrans.mapPoints(ptsTrans);
    // 输出：trans=[4.0, 4.0]
    System.out.println("trans=" + Arrays.toString(ptsTrans));

    // 2.《点的放大》，对于任意点(Xn,Yn),绕点(px,py)x轴、y轴方向分别放大sx倍、sy倍后，有：
    //  Xn = Xn * sx + (px - px * sx)
    //  Yn = Yn * sy + (py - sy * py)
    float[] ptsScale = {2,3};
    Matrix matrixScale = new Matrix();
    matrixScale.setScale(3,6,2,2);
    matrixScale.mapPoints(ptsScale);
    // 输出：scale=[2.0, 8.0]
    System.out.println("scale=" + Arrays.toString(ptsScale));

    // 3.《点的旋转》，对于任意点(Xn,Yn),绕点(px,py)旋转a度后，有：
    //  Xn = (Xn - px) * cos(a) - (Yn - py) * sin(a) + px
    //  Yn = (Xn - px) * sin(a) + (Yn - py) * cos(a) + py
    float[] ptsRotate = {6,6};
    Matrix matrixRotate = new Matrix();
    matrixRotate.preRotate(90,2,3);
    matrixRotate.mapPoints(ptsRotate);
    // 输出：rotate=[-1.0,7.0]
    System.out.println("rotate=" + Arrays.toString(ptsRotate));

    // 4.《点的错切》,对于任意点(Xn,Yn),绕点(px,py)x轴、y轴方向分别错切kx、ky后，有：
    //  Xn = Xn + kx(Yn - py)
    //  Yn = Yn + ky(Xn - px)
    float[] ptsSkew = {3,2};
    Matrix matrixSkew = new Matrix();
    matrixSkew.setSkew(2,3,6,8);
    matrixSkew.mapPoints(ptsSkew);
    // 输出：skew=[-9.0,-7.0]
    System.out.println("skew=" + Arrays.toString(ptsSkew));

    // ===================================
    // mapPoints(float[] dst, float[] src)
    // ===================================
    // 运算后的结果保存在dst数组中，原src数组中的内容会保留

    float[] src = {2,3,3,3};
    float[] dst = new float[src.length];
    Matrix matrixDstSrc = new Matrix();
    matrixDstSrc.setTranslate(

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