LaTeX中TikZ绘图备忘一

LaTeX中的TikZ绘图功能很强，为了方便以后用到的时候好查询，所以这里把自己绘制过的内容记录在CSDN博客中。

在以下环境测试过

操作系统：Ubuntu 16.04 64位桌面版
LaTeX工具：TeXstudio 2.10.8
编译方式：LuaLaTeX

示例一、编译器结构图

原图选自裘巍老师所著的《编译器设计之路》。下面介绍我用LaTeX绘制的过程、代码与一些说明。

过程介绍：

包含tikz宏包，并且载入要使用的库。在本例中就是\usepackage{tikz}与\usetikzlibrary{positioning, arrows.meta}两条命令。在我使用的Ubuntu系统中，通过命令sudo apt install texlive-all安装，tikz的这些库就包含在其中（后面示例中用到的宏包与库也是如此）。我很久没有使用Windows，不清楚其下的情况。
先定义好需要的样式（style）。本例中先定义了要用到的方框与箭头的样式。当然，这是因为有现成的图形参照，如果没有也可后面再定义。先定义好需要的样式（style）。一般我会把style单独放在一个文件中由主文件来调用。
绘制方框。
绘制连线。

完整代码

\documentclass{article}
%
\usepackage{ctex}
\usepackage{geometry}
\usepackage[dvipsnames, svgnames, x11names]{xcolor}
\usepackage{tikz}
%
\usetikzlibrary{positioning, arrows.meta}
%
\begin{document}
%
% 定义方框样式
\tikzset{rect1/.style = {shape = rectangle,draw = green,text width = 3cm,align = center,minimum height = 1cm,}
}
% 定义箭头样式
\tikzset{arrow1/.style = {draw = purple, thick, -{Latex[length = 4mm, width = 1.5mm]},}
}
% 双箭头
\tikzset{arrow2/.style = {draw = purple, thick, {Latex[length = 4mm, width = 1.5mm]}-{Latex[length = 4mm, width = 1.5mm]},}
}
\begin{center}\begin{tikzpicture}% 绘制中间方框\node[rect1, fill = green!60!white](词法){词法分析};\node[rect1, fill = green!40!white, below = of 词法](语法){语法分析};\node[rect1, fill = green!20!white, below = of 语法, text width = 5cm](语义中间){语义分析、中间表示生成};\node[rect1, fill = green!60!black, below = of 语义中间](优化){\color{white}代码优化};\node[rect1, fill = green!30!black, below = of 优化](生成){\color{white}代码生成};% 绘制两侧方框\node[rectangle, fill = red!20!white, draw = red, text width = 0.7cm, minimum height = 4cm, align = center, left = 2cm of 语义中间](符号){符号表管理};\node[rectangle, fill = blue!20!white, draw = blue, text width = 0.7cm, minimum height = 4cm, align = center, right = 2cm of 语义中间](出错处理){出错处理};% 绘制中间连线\draw[arrow1](0, 50pt)node[right, yshift = -15pt]{输入源程序} -- (词法);\draw[arrow1](词法) -- node[right]{单词流}(语法);\draw[arrow1](语法) -- node[right]{文法}(语义中间);\draw[arrow1](语义中间) -- node[right]{中间表示}(优化);\draw[arrow1](优化) -- node[right]{优化后中间表示}(生成);\draw[arrow1](生成) -- node[right, yshift = 5pt, xshift = 5pt]{目标代码}++(0, -50pt);% 绘制两侧连线\draw[arrow2](符号) -- (词法.west);\draw[arrow2](符号) -- (语法.west);\draw[arrow2](符号) -- (语义中间);\draw[arrow2](符号) -- (优化.west);\draw[arrow2](符号) -- (生成.west);\draw[arrow2](出错处理) -- (词法.east);\draw[arrow2](出错处理) -- (语法.east);\draw[arrow2](出错处理) -- (语义中间);\draw[arrow2](出错处理) -- (优化.east);\draw[arrow2](出错处理) -- (生成.east);% 绘制虚线框\draw[thick, dashed, draw = purple](-125pt, 27pt)node[below right]{编译器前端} -- (125pt, 27pt) -- (125pt, -250pt) -- (-125pt, -250pt)node[above right]{编译器后端} -- (-125pt, 27pt);\draw[thick, dashed, draw = purple](-125pt, -135pt) -- (125pt, -135pt);\end{tikzpicture}\\\heiti 图 1-2 编译器结构图\songti
\end{center}
%
\end{document}

效果如下：

说明
1. 绘制方框的语句格式一般是：

\node[样式]（名称）{标题};

注意结尾的分号，绘制线条的语句最后先要加分号。名称是调用时使用，可以用汉字，标题是显示出来的文字，二者不一样。
2. 样式的内容挺多的，方框中一般会用到形状（shape）、边框颜色（draw）、填充色（fill）、宽度（text width）、最小高度（minimum height）。颜色方面可以参考xcolor宏包的说明文档。长度单位有好几个，我一般常用的是pt与cm，1pt=0.351mm。
3. 位置的表示也包含在样式定义中，一般形式是：方位 = 尺寸 of 参考对象。方位包括left、right、below、above、below left、below right、above left、above right 8种，要注意below left这样的顺序不能颠倒。
4. 这里我们绘制箭头的库选用的是arrows.meta（24种箭头），这个库比arrows（14种）要丰富些。箭头的形状有很多种，详情请参考arrows.meta的24种箭头。本例中箭头样式选的是Latex样式，其后的length = 4mm, width = 1.5mm代表箭头的长宽，可以通过这两个参数调整箭头的锋锐程度。大家可以根据需要设置。
5. 在线条上加文字的方法是通过加入node来实现，注意node在连线（即–）中的位置，如果放在–左边就表示文字是在线段的左边，反之在右边。实际上我们可以通过xshift、yshift两个参数来随意调整位置。
6. 语句：

\draw[arrow1](0, 50pt)node[right, yshift = -15pt]{输入源程序} -- (词法);

其中的(0, 50pt)是指在绝对坐标0, 50pt处开始绘制，图形坐标的原点（0, 0）就是代码中第一个方框的中心处。如果我们在(0, 50pt)前加两个加号，例如++(0, 50pt)，那就变成了相对坐标，是相对于上一个节点。例如语句：

\draw[arrow1](生成) -- node[right, yshift = 5pt, xshift = 5pt]{目标代码}++(0, -50pt);

++(0, -50pt)的意思就是相对于“生成”这个节点向下移动50pt的坐标。当我们不清楚绝对坐标时就用相对坐标来绘制，挺方便的。

示例二、Pascal语言单元声明与变量声明格式示意图

完整代码

\documentclass{article}
%
\usepackage{ctex}
\usepackage{geometry}
\usepackage[dvipsnames, svgnames, x11names]{xcolor}
\usepackage{tikz}
%
\usetikzlibrary{positioning, arrows.meta, calc}
%
% 定义箭头样式
\tikzset{arrow1/.style = {draw = purple, thick, -{Latex[length = 4mm, width = 1.5mm]},}
}
% 非终端
\tikzset{nonterminal/.style = {rectangle,align = center,minimum size = 6mm,very thick,draw = red!50!black!50,top color = white,bottom color = red!50!black!20,}
}
% 终端
\tikzset{terminal/.style = {rectangle,align = center,minimum size = 6mm,rounded corners = 3mm,very thick,draw = black!50,top color = white,bottom color = black!20,}
}
%
\begin{document}
\begin{center}\begin{tikzpicture}[node distance = 0.5cm]\node[terminal, text width = 1.6cm](uses){USES};\node[nonterminal, text width = 1.6cm, right =  1cm of uses](unit){单元名};\node[terminal, right = 1cm of unit](semicolon){;};\node[terminal, below = of unit](comma){,};\draw[arrow1](uses)--(unit);\draw[arrow1](unit)--(semicolon);\draw[arrow1](semicolon)--++(30pt, 0);\draw[arrow1]($ (unit.east)+(3mm, 0) $)|-(comma);\draw[arrow1](comma)-|($ (unit.west)-(6mm, 0) $);\end{tikzpicture}
\end{center}
\begin{center}\begin{tikzpicture}\node[terminal, text width = 1.6cm](var){VAR};\node[nonterminal, text width = 1.6cm, right =  1cm of var](list){变量标识符列表};\node[terminal, right = 1cm of list](colon){:};\node[nonterminal, text width = 1.6cm, right =  1cm of colon](type){类型};\node[terminal, right = 1cm of type](semicolon1){;};\node[terminal, below = of list](semicolon2){;};\node[terminal, below = 2cm of colon](semicolon3){;};\draw[arrow1](var)--(list);\draw[arrow1](list)--(colon);\draw[arrow1](colon)--(type);\draw[arrow1](type)--(semicolon1);\draw[arrow1](semicolon1)--++(30pt, 0);\draw[arrow1]($ (list.east)+(3mm, 0) $)|-(semicolon2);\draw[arrow1](semicolon2)-|($ (list.west)-(6mm, 0) $);\draw[arrow1]($ (type.east)+(3mm, 0) $)|-(semicolon3);\draw[arrow1](semicolon3)-|($ (list.west)-(6mm, 0) $);\end{tikzpicture}
\end{center}
\end{document}

效果如下：

说明
1. 本例中因为使用了一些计算，所以引入了TikZ中的calc库，大家在usetikzlibrary命令处可以看见。
2. 圆角矩形的绘制就是加入rounded corners参数，当文字很少时，如上例中的分号与逗号，这个圆角矩形就变成了圆圈（实际上，这与minimum size的设置也有关）。
3. 从线段中间开始画线的方法，大家在代码中可以看见，代码意思很明显，不再解释。
4. 通过top color与bottom color的设置，实现了过渡效果。
5. 在语句“…(3mm, 0) $)|-(comma);”中，两个节点间的“|-”表示线段是先画竖线，再画横线，画多长，系统会自动判断。
6. 在“变量标识符列表”的定义语句中设置了text width参数，如果不设置的话，文字就不会换行。

示例三、Pascal语言单函数或过程声明格式示意图

代码

\hspace{-3cm}{
\begin{minipage}{15.4cm}\begin{tikzpicture}[node distance = 0.7cm]\node[terminal](function){FUNCTION};\node[nonterminal, right = of function](name1){函数名};\node[terminal, right = of name1](left){(};\node[terminal, right = of left](var){VAR};\node[nonterminal, right = of var](para){形参名};\node[terminal, right = of para](colon1){:};\node[nonterminal, right = of colon1](type1){类型名};\node[terminal, right = of type1](right){)};\node[terminal, right = of right](colon2){:};\node[nonterminal, right = of colon2](type2){类型名};\node[terminal, right = of type2](semicolon1){;};\node[terminal, below = of para](semicolon2){;};
% ----------------------------------------------------------\draw[arrow1](function)--(name1);\draw[arrow1](name1)--(left);\draw[arrow1](left)--(var);\draw[arrow1](var)--(para);\draw[arrow1](para)--(colon1);\draw[arrow1](colon1)--(type1);\draw[arrow1](type1)--(right);\draw[arrow1](right)--(colon2);\draw[arrow1](colon2)--(type2);\draw[arrow1](type2)--(semicolon1);\draw[arrow1]($ (var.west)+(-3mm, 0) $)--++(0, 6mm)-|($ (var.east)+(3mm, 0) $);\draw[arrow1]($ (type1.east)+(3mm, 0) $)|-(semicolon2);\draw[arrow1](semicolon2)-|($ (var.west)-(3mm, 0) $);\draw[arrow1]($ (name1.east)+(3mm, 0) $)--++(0, -20mm)-|($ (right.east)+(3mm, 0) $);
% ----------------------------------------------------------\node[nonterminal, below = 2.7cm of function, xshift = 1cm](description){说明部分};\node[terminal, right = of description](begin){BEGIN};\node[nonterminal, right = of begin, text width = 1.6cm](statement){语句};\node[terminal, right = of statement](semicolon3){;};\node[terminal, right = of semicolon3, text width = 1.6cm](end){END};\node[terminal, right = of end](semicolon4){;};
% ----------------------------------------------------------\draw[arrow1](description)--(begin);\draw[arrow1](begin)--(statement);\draw[arrow1](statement)--(semicolon3);\draw[arrow1](semicolon3)--(end);\draw[arrow1](end)--(semicolon4);\draw[arrow1](semicolon4)--++(30pt, 0);\draw[arrow1](semicolon1)--++(0, -2.5cm)-|(description);\draw[arrow1]($ (semicolon3.east)+(3mm, 0) $)--++(0, -6mm)-|($ (begin.east)+(3mm, 0) $);\end{tikzpicture}
\end{minipage}

效果如下：

说明
1. 此例的导言区部分与示例二的一样。
2. 因为这幅图比较长，正常的A4纸显示不全，所以我用\hspace{-3cm}命令向左边距移了3厘米以保证完整显示。