Matplotlib 中的字体

Matplotlib 的文本引擎需要字体才能工作，其中一些字体随安装包一起提供。默认字体是 DejaVu Sans，它涵盖了大多数欧洲书写系统。然而，用户可以配置默认字体并提供自定义字体。有关详细信息，请参阅 自定义文本属性；对于 DejaVu Sans 不支持的字形，请特别参阅 非拉丁语系字形文本。

Matplotlib 还提供了一个将文本渲染卸载到 TeX 引擎的选项（usetex=True），请参阅 使用 LaTeX 进行文本渲染。

PDF 和 PostScript 中的字体

在计算领域，字体有着漫长（有时是不兼容的）的历史，导致不同平台支持不同类型的字体。实际上，Matplotlib 支持三种字体规范（除了本指南稍后解释的 pdf “核心字体”之外）：

字体类型

Type 1 (PDF 配合 usetex)	Type 3 (PDF/PS)	TrueType (PDF) / Type 42 (PS)
Adobe 引入的旧字体类型。		Apple 引入的较新字体类型；在当今广泛使用。
PostScript 的受限子集，字符集（charstrings）以字节码形式存在。	完整的 PostScript 语言，允许嵌入任意代码。	包含一个可以执行代码的虚拟机。
支持字体微调（Hinting）。	不支持字体微调。	通过虚拟机支持字体微调。
由 matplotlib._type1font 中的代码进行子集化。	通过外部模块 fontTools 进行子集化。

注意

Adobe 已于 2023 年 1 月停止了对 Type 1 字体创作的支持。Matplotlib 为了与 TeX 保持兼容而使用 Type 1 字体；当在 PDF 后端使用 usetex 功能时，Matplotlib 会读取 TeX 引擎使用的字体，这些字体通常是 Type 1 格式。

Matplotlib 还对 OpenType 字体提供了有限的支持，这是一种由 Adobe 和 Microsoft 联合开发的较新标准；此类字体通常包含大得多的字符集。

字体子集化

PDF 和 PostScript 格式支持在文件中嵌入字体，使显示程序能够正确渲染文本，而不依赖于查看者电脑上安装的字体，也无需预先栅格化文本。这确保了如果输出内容被缩放或调整大小时，文本不会出现像素化。然而，在文件中嵌入完整字体可能会导致输出文件很大，特别是对于包含许多字形的字体，例如支持中日韩（CJK）语言的字体。

为了在使用矢量字体时保持合理的输出大小，Matplotlib 只嵌入文档中实际使用的字形。这被称为字体子集化。计算字体子集并写入精简后的字体都是复杂的问题，Matplotlib 大多数情况下通过使用 fontTools 库来解决这些问题。

核心字体

除了嵌入字体的能力外，作为 PostScript 和 PDF 规范的一部分，有 14 种核心字体（Core Fonts），合规的查看器必须确保它们可用。如果您将文档限制为仅使用这些字体，则无需在文档中嵌入任何字体信息，同时仍能获得矢量文本。

这对于生成真正轻量级的文档特别有帮助。

# trigger core fonts for PDF backend
plt.rcParams["pdf.use14corefonts"] = True
# trigger core fonts for PS backend
plt.rcParams["ps.useafm"] = True

chars = "AFM ftw!"
fig, ax = plt.subplots()
ax.text(0.5, 0.5, chars)

fig.savefig("AFM_PDF.pdf", format="pdf")
fig.savefig("AFM_PS.ps", format="ps")

SVG 中的字体

文本可以通过 rcParams["svg.fonttype"]（默认值：'path'）控制，以两种方式输出到 SVG：

• 作为 SVG 中的路径（'path'）

• 作为 SVG 中的字符串，且在元素上应用字体样式（'none'）

当通过 'path' 保存时，Matplotlib 会计算所用字形的矢量路径并将其写入输出。这样做的优点是，无论安装了什么字体，SVG 在所有计算机上的外观都是一样的。然而，文本事后将无法编辑。相比之下，使用 'none' 保存会导致文件更小，且文本会直接以标记形式出现。但是，外观可能会根据 SVG 查看器和可用的字体而有所不同。

Agg 中的字体

为了通过 Agg 将文本输出为栅格格式，Matplotlib 依赖于 FreeType。由于字形的精确渲染在 FreeType 的不同版本之间会发生变化，我们在图像对比测试中锁定了特定的版本。

Matplotlib 如何选择字体

在内部，Matplotlib 使用字体的过程分为三个步骤：

1. 创建一个 FontProperties 对象（显式或隐式地）。

2. 根据 FontProperties 对象，使用 FontManager 的方法来选择 Matplotlib 所知的最接近的“最佳”字体（SVG 的 'none' 模式除外）。

3. 后端代码使用该字体对象的 Python 代理来渲染文本——具体细节取决于通过 font_manager.get_font 确定的后端。

选择“最佳”字体的算法是 Web 浏览器所使用的 CSS1 规范中指定算法的修改版本。该算法考虑了字体族名称（例如“Arial”、“Noto Sans CJK”、“Hack”等）、大小、样式和字重。除了直接映射到字体的族名称外，还有五种“通用字体族名称”（serif、monospace、fantasy、cursive 和 sans-serif），它们会在内部映射到一组字体中的某一个。

目前用于执行第 2 步的公共 API 是 FontManager.findfont（且全局 FontManager 实例上的该方法在模块级别别名为 font_manager.findfont），它只会查找单个字体并返回该字体在文件系统上的绝对路径。

字体回退（Fallback）

没有一种字体可以覆盖整个 Unicode 空间，因此用户可能需要混合使用无法从单一字体获得的字形。虽然此前可以在一个图形（Figure）中使用多个字体，但在不同的 Text 实例上实现，但以前无法在同一个 Text 实例中使用多种字体（像 Web 浏览器那样）。自 Matplotlib 3.6 起，Agg、SVG、PDF 和 PS 后端将在单个 Text 实例中通过多种字体进行“回退”处理。

fig, ax = plt.subplots()
ax.text(
    .5, .5, "There are 几个汉字 in between!",
    family=['DejaVu Sans', 'Noto Sans CJK JP', 'Noto Sans TC'],
    ha='center'
)

(源代码, 2x.png, png)

字符串 "There are 几个汉字 in between!" 使用 2 种字体渲染。

在内部，这是通过将 FontProperties 对象上的“字体族（font family）”设置为字体族列表来实现的。一个（目前）私有的 API 会提取找到的所有字体的路径列表，然后构建一个了解所有字体的单一 ft2font.FT2Font 对象。字符串的每个字形都使用列表中包含该字形的第一个字体进行渲染。

这项工作的大部分由 Aitik Gupta 在 2021 年 Google Summer of Code 的支持下完成。