plot — Eine minimale C++-Plotting-Bibliothek

plot ist eine kleine C++-Bibliothek, die SDL2 in eine minimale Zeichen-API verpackt. Sie verwaltet Fenster, Renderer und die Event-Schleife — du implementierst nur drei Callbacks.

Download

Abhängigkeiten

SDL2, SDL2_ttf, SDL2_image. Unter Debian/Ubuntu:

apt install libsdl2-dev libsdl2-ttf-dev libsdl2-image-dev

Kompilieren

plot.cpp zusammen mit der eigenen Quelldatei kompilieren:

g++ -std=c++11 -o demo demo.cpp plot.cpp $(sdl2-config --cflags --libs) -lSDL2_ttf -lSDL2_image

Oder das mitgelieferte Makefile verwenden:

make

Um eine andere Quelldatei zu bauen:

make SRC=myprogram.cpp OUT=myprogram

Verwendung

plot.hpp einbinden und die Callbacks implementieren. Nur frame() ist erforderlich — alle anderen sind optional.

#include "plot.hpp"

void setup() {
    PlotCanvas(640, 480, PLOT_MODE_CROSS);
}

void frame() {
    PlotBackground(255, 255, 255);
    PlotColor(200, 0, 0);
    PlotLine(-100, 0, 100, 0);   // horizontale Linie durch den Ursprung
    PlotLine(0, -100, 0, 100);   // vertikale Linie durch den Ursprung
    PlotText(5, 5, "Frame: %d", g_current_frame);
}

bool event(SDL_Event* e) {
    return false; // true zurückgeben, wenn das Event behandelt wurde
}

Canvas-Modi

PlotCanvas(width, height, mode) richtet die Zeichenfläche ein. Der Modus bestimmt, wo der Ursprung liegt und in welche Richtung y zunimmt:

API-Referenz

// Setup
void PlotCanvas(int width, int height, int mode = PLOT_MODE_DEFAULT);
void PlotMode(int mode);

// Zeichnen
void PlotBackground(Uint8 r, Uint8 g, Uint8 b);
void PlotColor(Uint8 r, Uint8 g, Uint8 b);
void PlotColor(Uint8 r, Uint8 g, Uint8 b, Uint8 a);
void PlotCross();                                        // zeichnet x/y-Achsen
void PlotPixel(double x, double y);
void PlotLine(double x1, double y1, double x2, double y2);
void PlotTriangle(PlotPoint a, PlotPoint b, PlotPoint c);
void PlotRectangle(double x1, double y1, double x2, double y2);
void PlotFilledRectangle(double x1, double y1, double x2, double y2);
void PlotText(double x, double y, const char* format, ...);  // printf-artig

// Timing
void PlotSetFPS(int fps);
void PlotSetFrameDurationMS(Uint32 ms);
void PlotSetFrameLimit(int frames);
uint32_t PlotGetTicks();

// Globaler Zustand (nur lesend)
extern int plot_width, plot_height;
extern uint64_t g_current_frame;

Alle Zeichenfunktionen akzeptieren außerdem PlotPoint-Structs (double x, y) als Alternative zu getrennten Koordinaten.

plot von außerhalb C++ ansteuern

Die API von plot.hpp ist eine direkte Funktionsaufruf-Schnittstelle: setup(), frame() und event() laufen im selben Prozess, angetrieben von plots eigener Main-Loop. Das funktioniert gut für ein C++-Programm, bedeutet aber, dass jede andere Sprache, die mit plot zeichnen möchte, diesen C++-Code direkt einbinden und aufrufen müsste.

plot_server.cpp verfolgt einen anderen Ansatz: Es linkt gegen dieselben plot.cpp/plot.hpp (mit plots eigenem main, das aus dem Weg benannt wurde) und verpackt das Canvas in einen langlebigen Prozess, der auf einem Unix-Domain-Socket lauscht, statt in frame() zurückzurufen. Jeder Prozess, der einen Socket öffnen und Textzeilen schreiben kann, kann das Canvas ansteuern — kein C++, kein Linken, kein Shared Memory.

Mit dem dafür vorgesehenen Makefile-Target bauen:

make plot-server

Starten, mit Socket-Pfad und Canvas-Größe:

./plot-server /tmp/plot.sock 800 600

Es gibt READY <path> aus, sobald der Socket Verbindungen annimmt.

Protokoll

Jede an den Socket gesendete Zeile ist ein Befehl; der Server antwortet mit einer einzelnen OK- oder ERR-Zeile pro Befehl.

Das Textargument von TEXT ist hex-kodiert statt als normale Wörter gesendet, weil das Protokoll zeilenbasiert ist — ein echtes Leerzeichen würde als weiteres Argument gelesen, ein echter Zeilenumbruch würde den Befehl vorzeitig beenden. Die UTF-8-Bytes als Hex zu kodieren hält beliebigen Text, auch mit Leerzeichen, auf einer einzigen Zeile.

Es wird nichts ins Fenster gezeichnet, bevor PRESENT gesendet wird — Zeichenbefehle aktualisieren nur einen internen Renderer-Zustand, genau wie sie es innerhalb eines einzelnen frame()-Aufrufs tun würden. Eine minimale Sitzung aus der Shell, über socat direkt mit dem Socket:

printf 'CLEAR 255 255 255\nCOLOR 0 0 0\nPIXEL 10 10\nPRESENT\nQUIT\n' \
    | socat - UNIX-CONNECT:/tmp/plot.sock

Jede Zeile bekommt ihr eigenes OK zurück, und das Fenster zeigt einen einzelnen schwarzen Pixel bei (10, 10) auf weißem Hintergrund, sobald PRESENT eintrifft.

AUTOPRESENT 1 dreht das um: Jeder Zeichenbefehl (alles außer COLOR, COLORA, MODE, PRESENT, AUTOPRESENT selbst und QUIT) spült danach automatisch, sodass eine interaktive Sitzung nicht nach jeder einzelnen Form ein explizites PRESENT braucht. Mit AUTOPRESENT 0 wieder abschalten, für eine Gruppe von Zeichenbefehlen, die gemeinsam erscheinen sollen.

Dieses Protokoll ist bewusst minimal gehalten — genug, damit ein externer, möglicherweise langlebiger Prozess (etwa ein REPL) eine dauerhafte Verbindung hält und interaktiv Zeichenbefehle sendet, ohne zwischendurch etwas neu zu kompilieren oder neu zu starten.

Ein Common-Lisp-Client existiert bereits

Ein kleiner Common-Lisp-Wrapper um dieses Protokoll liegt im Verzeichnis common-lisp/ neben dem Server — ein ASDF-System, das sich über sb-bsd-sockets verbindet, bei Bedarf automatisch plot-server startet, falls noch keiner läuft, und Lisp-Funktionen wie plot:pixel, plot:line sowie ein plot:with-frame-Makro bereitstellt:

Das reicht aus, um das Canvas interaktiv aus einem SBCL-REPL heraus anzusteuern — eine völlig andere Art, diese Bibliothek zu verwenden, als alles oben Beschriebene. Für diesen C++-fokussierten Artikel ist das aber nicht das Thema — dafür gibt es einen eigenen Artikel.

Beispiel