简述PDF原理和实践

Hello，我是小恒不会java。
由于最近有输出PDF报表的项目需求，所以复习一下PDF到底是什么，该如何产生，如何应用至项目中。
更多参见Adobe官方文档（https://www.adobe.com/cn/）

PDF原理

PDF（Portable Document Format，可移植文档格式）是一种用于可靠地呈现和交换文档的标准文件格式。它的设计目标是无论在何种操作系统、硬件配置、字体资源或软件环境下，都能精确地复现原始文档的外观和内容。

为了达到这个效果，我们需要控制每个字符、每个图形的位置。为此Adode的工程师设计了一种语言：PostScript

上经典代码

%PDF-1.1
%¥±ë1 0 obj<< /Type /Catalog/Pages 2 0 R>>
endobj2 0 obj<< /Type /Pages/Kids [3 0 R]/Count 1/MediaBox [0 0 300 144]>>
endobj3 0 obj<<  /Type /Page/Parent 2 0 R/Resources<< /Font<< /F1<< /Type /Font/Subtype /Type1/BaseFont /Times-Roman>>>>>>/Contents 4 0 R>>
endobj4 0 obj<< /Length 55 >>
streamBT/F1 18 Tf0 0 Td(Im liheng) TjET
endstream
endobjxref
0 5
0000000000 65535 f
0000000018 00000 n
0000000077 00000 n
0000000178 00000 n
0000000457 00000 n
trailer<<  /Root 1 0 R/Size 5>>
startxref
565
%%EOF

在这里插入图片描述

%PDF-1.1：PDF文件的版本号，这里是1.1版本。
%¥±ë：PDF文件的二进制标识符，用于区分文本和二进制数据。
1 0 obj：第一个对象，类型为Catalog，包含文档的根对象。
2 0 obj：第二个对象，类型为Pages，包含文档的页面对象。
3 0 obj：第三个对象，类型为Page，包含单个页面的信息。
4 0 obj：第四个对象，类型为Contents，包含页面的内容流。
xref：交叉引用表，列出了PDF文件中每个对象的位置和状态。
trailer：文件尾部，包含文档的根对象和文件大小等信息。
startxref：交叉引用表的起始位置。
%%EOF：PDF文件的结束标记。
PDF文件由多个对象组成，每个对象都有一个唯一的对象编号和生成编号。对象之间通过引用关系连接。在这个示例中，Catalog对象引用了Pages对象，Pages对象引用了Page对象，Page对象引用了Contents对象。Contents对象包含了显示"Hello World"的内容流。
编程形式与页面描述
PDF是一种编程形式的文档格式，其内容通过一系列操作符（operators）进行描述，这些操作符按照特定语法组织，形成一种类似编程语言的指令集。每个PDF文件实质上是一个程序，当被PDF阅读器解析时，它会按照指令重新绘制文档的各个元素，从而在任何支持PDF的系统上一致地呈现文档。

基本结构与显示单元

基本显示单元

文字：文本内容以字符序列的形式存储，附带字体、大小、颜色、位置等属性信息。
图片：包括位图（如JPG、PNG）和矢量图形（如线条、形状），以嵌入或链接的方式包含在文件中。
矢量图：使用数学公式描述的图形，可以无限放大而不失真，如线条、曲线、形状等。
页面：PDF文件的基本组织单位，每个页面包含其自身的尺寸、布局、背景、内容流等属性。

扩展单元

元数据：如标题、作者、创建日期等文档元信息。
交互对象：如超链接、按钮、表单域、多媒体内容（音频、视频）、3D模型等，提供了文档的交互功能。
安全特性：如数字签名、权限控制、加密保护等，确保文档的安全性和完整性。
导航元素：如书签、目录、超链接等，帮助用户在文档内快速定位和跳转。
文件结构

PDF文件遵循严格的内部结构，通常包括以下几个部分：

Header：包含PDF版本信息和其他全局设置。

Body：主体部分，由一系列对象（Object）组成，每个对象都有唯一的标识（Object Number和Generation
Number），并按照交叉引用表（Cross-Reference Table）组织，便于随机访问。

Catalog（根对象）：指向文档的其他关键部分，如Pages树、Outlines（书签）、Metadata等。

Pages树：描述文档的层级结构，每个页面作为一个单独的对象，包含其内容流（Content Stream）和资源（如字体、图像）引用。

Content Streams：包含前面提到的操作符序列，定义页面上的具体内容绘制指令。

Resources：如字体描述、图像数据等，供内容流引用。

Cross-Reference Table（XREF）：列出文件中所有对象的位置信息，使得阅读器能够快速定位到需要的对象。

Trailer：包含XREF表的位置、加密信息（如有）、文件的主目录（Root object）等元数据。解析与渲染流程

PDF阅读器执行步骤

解析文件头：确认文件为PDF格式并识别其版本。

加载交叉引用表：利用XREF表快速查找文件中对象的位置。

解析对象：按需读取和解析对象（如Catalog、Pages树、Content Streams等），构建文档内部结构的逻辑视图。

渲染页面：对于每个页面，根据其内容流中的操作符序列，逐个绘制文字、图形、图像等元素，应用适当的样式和变换，最终形成可视化的页面图像。

处理交互功能：如果文档包含交互元素，如超链接、表单等，阅读器还需要实现相关的事件响应和用户交互支持。

Java

在Java项目中，有几个流行的库可以用来生成PDF文件，例如iText和Apache PDFBox。
使用iText库：
首先，将iText库添加到项目的依赖中。对于Maven项目，将以下依赖添加到pom.xml文件中：

   <groupId>com.itextpdf</groupId><artifactId>itext7-core</artifactId><version>7.1.16</version>
</dependency>

接下来，使用以下代码创建一个简单的PDF文件：


import com.itextpdf.kernel.pdf.PdfDocument;
import com.itextpdf.kernel.pdf.PdfWriter;
import com.itextpdf.layout.Document;
import com.itextpdf.layout.element.Paragraph;import java.io.File;
import java.io.IOException;public class PdfExample {public static void main(String[] args) {try {// 创建PdfWriter实例PdfWriter writer = new PdfWriter(new File("hello_world.pdf"));// 创建PdfDocument实例PdfDocument pdf = new PdfDocument(writer);// 创建Document实例Document document = new Document(pdf);// 添加内容document.add(new Paragraph("Hello, World!"));// 关闭文档document.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

Django

在Django项目中，可以使用reportlab库生成PDF文件
接下来，使用以下view.py代码创建一个简单的PDF文件：

from reportlab.pdfgen import canvas
from reportlab.lib.pagesizes import letter
from io import BytesIO
from django.http import FileResponsedef some_view(request):# 创建一个文件类似的缓冲区来接收 PDF 数据buffer = BytesIO()# 创建 Canvas 对象p = canvas.Canvas(buffer, pagesize=letter)# 添加内容p.drawString(100, 750, "Hello, World!")# 关闭 PDF 对象p.showPage()p.save()# 将缓冲区的内容移动到文件响应对象中buffer.seek(0)return FileResponse(buffer, as_attachment=True, filename='hello_world.pdf')