D3.js值得学习吗？

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Alaso
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    如果你关注前端数据可视化，那你一定听说过D3.js。

    什么是D3.js

    D3的全称是 Data-Driven Documents（数据驱动文档），Documents指的是能被浏览器渲染的dom元素，比如div、span、svg等。

    对元素进行增删改，是JS的常规操作。而D3.js则是提供一系列的方法，让我们可以快速方便地处理数据，并根据这些数据操作dom元素。

    D3.js简介

    D3.js诞生于2011年，它的主要作者是Mike Bostock，目前在GitHub上的star数量有102k。

    image.png

    虽然我们常用D3.js绘制各种图表，但它不是图表库，更像是图形工具库，它比图表库更加底层。

    如果对比echarts：echarts的绘制单位是图表；而D3的绘制单位是图形，它需要我们自己将图形组合起来，得到想要的图表。

    以绘制一个柱状图为例：

    • echarts。在配置里，传入图表类型和数据 --> 得到柱状图。
    • D3。添加画布 --> 根据数据绘制矩形（柱子） --> 添加坐标轴 --> 得到柱状图。

    可以看出，使用echarts绘图更加简单。使用D3绘图更加灵活，容易定制，同时它要求你理解更多东西，所以学习曲线会比较陡峭。

    要不要学习D3.js

    为了快速开发，我们通常会选择简单易用的图表库。那么，D3.js还有必要学习吗？

    如果你有以下几点需求，强烈推荐你学习：

    • 当现有的图表库无法满足你的展示需求时，可是试试D3。
    • 当你要处理的数据文件格式是CSV, TSV, JSON, XML时，D3可以直接处理这些格式的数据。
    • 如果你是图表发烧友，想要随心所欲地设计、实现各种各样的酷炫图表，那你一定要学习D3。
    • 如果你不满足绘制图表时只能调用API，而是想要更深入地理解图表的组成、含义、绘制过程等，D3也会满足你的要求。并且它提供了一系列工具函数，让你在绘制过程中既知道自己在做哪一步，同时又很方便。

    一些入门友好的学习资料：

    1、D3的官网 ，官网上面有很多图表案例，有完整代码，和文档配合使用可以更快掌握。

    2、我目前看过觉得还不错的两本入门书：

    《数据可视化实战：使用D3设计交互式图表》（斯科特.默里）

    《快学熟用D3》（菲利普.K.贾纳特）

    3、视频教程：

    [数据可视化教程@基于D3.js] (https://www.bilibili.com/vide...) ：口音标准，比较好懂，手把手写代码，很适合入门。

    [D3.js和数据可视化 Fullstack D3 and Data Visualization] (https://www.bilibili.com/vide...) ：口音听起来有点费劲，但是对D3有很多简洁精准的理解，作者的博客：https://wattenberger.com/。

    入门实战：用D3.js绘制柱状图

    image.png
    （D3的所有模块，引自 https://wattenberger.com/blog/d3）

    D3虽然API有很多，但是被拆分成了很多模块。一些是绘制图表时基本上都会用到的基础模块，比如操作数据的模块Array，操作dom元素Selections、比例尺Scale、绘制SVG形状Line\Polygon\Path等。另一些是特定的功能模块，地图、色彩、动画、定制图表等。

    在github（ https://github.com/d3 ） 上列出了有所有模块，及其API文档：

    image.png

    D3.js基本使用

    这篇文章中我们主要探讨基础模块的使用，最终目标是绘制一个这样的柱状图。

    image.png

    操作元素

    在操作元素方面，D3和Jquery非常相似，也支持链式语法（d3.selectAll('div').style(...).text(...)），能够连续地调用函数。如果你有Jquery的使用经验，那么理解D3一定毫不费力。

    <div></div>
<div></div>
<script src="./d3/d3.js"></script>
<script>
   // 选择所有div，将它们的宽度设为300px，背景设为深海绿，文字设为hello world
   d3.selectAll('div')
   .style('width', '300px').style('background', 'darkseagreen')
   .text('hello world')
</script>

    image.png
    D3选择元素的基础方法有两个：

    • d3.select：返回匹配指定 CSS 选择器的第一个元素，类比querySelector 。
    • d3.selectAll：返回匹配指定 CSS 选择器的所有元素，类比querySelectorAll 。

    在选择元素后，我们可以对选择集中的元素进行一系列操作，常见的方法如：

    • style：设置元素的css样式
    • attr：设置元素的属性
    • text/html：设置元素的内容
    • append： 为元素添加子元素，新子元素排在已有子元素的后面
    • insert： 为元素添加子元素，新子元素排在指定子元素的前面，如果没有指定子元素，则排在已有子元素的后面
    • remove： 删除元素

    以append和insert为例。

    • append：为元素添加子元素，新子元素排在已有子元素的后面

      <body>
  <div id="test">existing div</div>
  <script src="./d3/d3.js"></script>
  <script>
      d3.select('body')
      .append('div')
      .text('appended div')
  </script>
</body>

      image.png

    • insert：为元素添加子元素，新子元素排在指定子元素的前面，如果没有指定子元素，则排在已有子元素的后面
    <body>
    <div id="test">existing div</div>
    <script src="./d3/d3.js"></script>
    <script>
        d3.select('body')
        .insert('div', '#test')    //新子元素排在指定子元素(id=test)的前面
        //如果是insert('div')，则新插入元素会排在已有子元素的后面，和上面append效果一样
        .text('inserted div')
    </script>
</body>

    image.png

    基于数据操作元素

    D3的核心是基于数据操作Dom元素，我们已经了解了如何如何操作元素，那么怎么将数据和 DOM 连接起来呢？

    要完成的小目标：将一个数组的数据设为一组div的内容。

    <div></div>
<div></div>
<div></div>
<script>
    const sports = ['football', 'swimming', 'tennis']
    d3.selectAll('div')
        .data(sports)
        .text( (d, i) => d )
</script>

    image.png
    当我们通过d3.selectAll('div')得到包含所有div的选择集，调用data(sports)就将sports数组的数据绑定到了该选择集上。这是D3帮我们完成的工作，通过console.dir(document.querySelector('div'))我们可以看到数据被绑定到了元素的__data__ 属性上（该属性是由D3添加的）。

    image.png

    当我们要使用数据赋值时，.text( (d, i) => d ) ，用到了匿名函数(d, i) => d。事实上，如果选择集调用的方法要访问被绑定的数据，一般使用这种匿名函数的方式。

    匿名函数的参数d代表数据（如football），i代表数据的索引（football对应的是0）。匿名函数的返回值就是我们将要使用的值，可以根据需要修改。比如.text( (d, i) => d + '，我喜欢' )

    image.png

    Enter、Update、Exit

    数据往往是多变的，我们不得不考虑的情况就是，将dom选择集和数据进行绑定（调用data方法）的时候，当数据和dom选择集数量不对等时，我们要怎样更新dom？

    D3中的Join思想就用于解决这个问题，它的核心概念是Enter、Update、Exit。

    举个例子，如果数据是['football', 'swimming', 'tennis']，但dom选择集只有一个div，此时就会有两个数据没有dom元素与之对应，D3会创建两个空的占位元素与数据对应，这部分占位元素集合就称为 Enter。

    类似下面的这段代码在D3绘图会反复出现：

     d3.selectAll('div')
    .data(sports)
    .enter()    //当数据集调用data方法后，再调用enter()方法时，会返回对占位元素集合的引用。
    .append('div')    //为占位元素添加真实的dom元素，这里是`div`

    接着上例，已有的一个div有数据与之对应，这部分元素集合被称为 Update。

    <div></div>
<script>
    const sports = ['football', 'swimming', 'tennis']
    const update = d3.selectAll('div').data(sports)  //当数据集调用data方法，直接返回的就是Update这部分元素集合
            
    update.enter()    //获取占位元素集合的引用
        .append('div')   //为占位元素添加真实的dom元素
        .text( (d, i) => d + ' enter')  //设置文本内容
        
    update.text((d,i) => d + ' update')    //设置Update这部分元素的文本内容
</script>

    image.png

    如果数据是['football', 'swimming', 'tennis']，而dom选择集有4个div，则会有一个元素没有数据绑定，这部分元素集合被称为 Exit。

    <div></div><div></div><div></div><div></div>
<script>
    const sports = ['football', 'swimming', 'tennis']
    const update = d3.selectAll('div').data(sports)
            
    update.exit()   //获取Exit元素集合的引用
        .text('exit')   //设置文本内容，但通常是调用remove方法删除元素
        
    update.text((d,i) => d + ' update')
</script>

    image.png
    image.png

    绘制柱状图

    D3 并没有规定一定要使用 svg 中绘图，我们也可以用 div 来绘制柱状图。但从网页性能和图表灵活性方面考虑，还是建议使用 svg 。D3提供了很多 svg 图形的生成器，Line\Polygon\Path等，简化了绘制过程。关于SVG的基础使用，参考svg从入门到图标绘制和组件封装 。

    柱状图主要由矩形、坐标轴、文字标签等组成，我们首先来绘制矩形（柱子）。

    const sales = [20,10,20,50,30,60,35];    //数据
//定义SVG元素的高度、宽度，柱子的宽度，柱子之间的间隔（柱子的高度由数据决定）
const svgHeight = 300, svgWidth = 500, barWidth = 30,  gap = 10
//添加svg元素，并设置其宽度和高度
const svg = d3.select("body")
    .append('svg')
    .attr('width', svgWidth)
    .attr('height', svgHeight);
//根据数据添加矩形        
svg.selectAll('rect')
    .data(sales)
    .enter()
    .append('rect')
    .attr('width', barWidth)
    .attr('height', (d,i) => {  //将数据的值设置为矩形的高度
        return d
    })
    .attr('x', (d,i) => {   //根据柱子的宽度和对应数据的索引，计算出矩形的x坐标
        return i * ( barWidth +  gap )
    })
    .attr('y', (d,i) => {    //用SVG元素的高度减去矩形的高度，计算出矩形的y坐标
        return svgHeight - d
    })
    .attr('fill', 'gold')    //设置填充色

    image.png
    （为了方便观察，我们给svg设置一个蓝色边框）

    柱子的高度由数据的大小决定，但我们显然不能直接使用数据的绝对值设置height，不然数值上千上万的数据展示起来就麻烦了。

    要解决这个问题，就需要用到比例尺了。

    比例尺与数据映射

    比例尺是把一组输入域（domain）映射到输出域（range）的函数，它有点像数学中的函数y=f(x)，当输入 x 的值，就可以求得 y 的值。

    D3中有各种比例尺函数，【D3中常用的比例尺】(https://segmentfault.com/a/11...) 这篇文章有比较详细的介绍。

    我们这里要使用的是线性比例尺，用法如下：

    let scale = d3.scaleLinear().domain([1,5]).range([0,100])

    映射关系：
    image.png

    我们这里要映射的是domain([0, max of sales]) ---> range([0, height of svg] ，修改上面的代码。

    const yScale = d3.scaleLinear()
    .domain([0, d3.max(sales)])
    .range([0, svgHeight]);   //返回一个线性比例尺，是一个函数
    
svg.selectAll('rect')
    ...
    .attr('height', (d,i) => {
        return yScale(d)   //将数据传入比例尺函数，计算矩形高度
    })
    .attr('y', (d,i) => {
        return svgHeight - yScale(d)  
    })

    image.png

    结语

    我们已经绘制了柱状图的雏形，由于篇幅问题，剩下的部分在下一篇文章中继续。感谢你的阅读，如果觉得还不错，欢迎点赞、评论、收藏哦❤️❤️!

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