showtext | R语言绘图字体设置——针对Windows系统

R语言绘图的字体设置是个老大难的问题，它默认情况下只提供三种字体。本篇推文介绍两种字体设置方法（针对Windows系统），一种是R语言本身的字体设置方法，另一种是showtext等工具包提供的相关方法。

1 系统设置方法

1.1 「原生样式」

R语言系统自有的三种字体可以通过windowsFonts()语句查看：

windowsFonts() 

## $serif
## [1] "TT Times New Roman"
## 
## $sans
## [1] "TT Arial"
## 
## $mono
## [1] "TT Courier New"

它表达的是一种映射关系，即serif代表Times New Roman字体，sans代表Arial字体，mono代表Courier New字体。这种映射关系在基础绘图系统和ggplot2系统中均可使用。

在绘图系统中，有两个参数与字体设置相关：family和font（ggplot2系统为fontface），前者即一般意义上的字体，后者为字型，包括常规、加粗、斜体、加粗斜体等，在基础绘图系统中分别使用1-4之间的整数表示。

基础绘图系统：

plot(1:3, ann = F, axes = F, type = "n", frame.plot = T)
text(2,2.5, "Times New Roman", 
     family = "serif", font = 2)
text(2,2, "Arial", 
     family = "sans", font = 3)
text(2,1.5, "Courier New", 
     family = "mono", font = 4)

ggplot2绘图系统：

library(ggplot2)
ggplot() +
  geom_text(aes(1,3), label = "Times New Roman",
            family = "serif", fontface = "bold") +
  geom_text(aes(1,2), label = "Arial",
            family = "sans", fontface = "italic") +
  geom_text(aes(1,1), label = "Courier New",
            family = "mono", fontface = "bold.italic") +
  labs(x = NULL, y = NULL) +
  theme(axis.text = element_blank(),
        axis.ticks = element_blank())

1.2 「自定义设置」

对于其他字体，在使用前需要自定义映射关系。用到的函数有windowsFont()和windowsFonts()两个。如自定义楷体和宋体的映射关系：

windowsFonts(
  KT = windowsFont("楷体"),
  ST = windowsFont("宋体")
)

❝

在自定义前需确保电脑已经安装了所需的字体。对于Windows系统而言，字体安装的路径一般为C:/Windows/Fonts。

❞

运行自定义语句后，再次运行WindowsFonts()语句：

windowsFonts()

## $serif
## [1] "TT Times New Roman"
## 
## $sans
## [1] "TT Arial"
## 
## $mono
## [1] "TT Courier New"
## 
## $KT
## [1] "楷体"
## 
## $ST
## [1] "宋体"

可以发现，新定义的映射关系已经添加到系统了，此时就可以使用family = KT或family = ST进行调用了。

基础绘图系统：

plot(1:3, ann = F, axes = F, type = "n", frame.plot = T)
text(2,2, "楷体", family = "KT",)
text(2,1.5, "宋体", family = "ST")

ggplot2绘图系统：

library(ggplot2)
ggplot() +
  geom_text(aes(1,3), label = "楷体",
            family = "KT") +
  geom_text(aes(1,2), label = "宋体",
            family = "ST") +
  labs(x = NULL, y = NULL) +
  theme(axis.text = element_blank(),
        axis.ticks = element_blank())

在使用上述方法时需注意以下两点：

2 showtext工具包

showtext工具包可以通过install.packages()函数进行安装，同时会安装sysfonts和showtextdb两个相关包。

# install.packages(showtext)
library(showtext)

## Warning: 程辑包'showtext'是用R版本4.1.3 来建造的
## 载入需要的程辑包：sysfonts
## Warning: 程辑包'sysfonts'是用R版本4.1.3 来建造的
## 载入需要的程辑包：showtextdb
## Warning: 程辑包'showtextdb'是用R版本4.1.3 来建造的

关于该包的详细使用方法可参见作者的说明文档：

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/web/packages/showtext/vignettes/introduction.html

该包的使用要点如下：

下面分别对这些要点进行解释。

2.1 「要点一」

“确定字体路径”一般可以忽略，因为该方法默认的字体路径就是C:/Windows/Fonts：

font_paths()

## [1] "C:\\Windows\\Fonts"

添加新路径：

font_paths("E:/")

## [1] "E:\\"               "C:\\Windows\\Fonts"

“确认路径下可用字体”可通过font_files()函数查看：

font_all <- font_files()

将输出结果命名为font_all，可以发现其数据结构为数据框，如下图所示，共包含5列，其中重要信息为中间三列：

family和font的含义与绘图系统中的同名参数类似，而file为该字体在电脑中对应的文件名称。可以看出，有些字体不同字型（font）对应的文件名称是一样的，而有些则不一样。

该数据框中没有中文字符，因为中文字体文件也是以英文形式命名的。如在C:/Windows/Fonts中找到“宋体 常规”，右键单击属性，如下图所示，其文件名称为simsun.ttc：

在数据框的第395行可以发现它的信息：

2.2 「要点二」

font.add()函数的语法结构如下：

font_add(family, regular,
  bold = NULL, italic = NULL,
  bolditalic = NULL, symbol = NULL
)

❝

family：字体，即数据框中的family列；必选项；

regular：常规字型对应的文件名，即数据框中font列中Regular对应于file列中的元素；必选项；

其他参数为对应字型的文件名；非必选项；缺失时默认同regular参数。

❞

在使用该函数时，family参数不需要与数据框中的family列一致，可以为任意字符，而regular等参数必须与file列一致，否则会报错。

## 将加载的宋体定义为"ST"
font_add("ST", regular = "simsun.ttc")

## 来自作者说明文档：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/web/packages/showtext/vignettes/introduction.html
font_add("heiti", "simhei.ttf")
font_add("constan", regular = "constan.ttf",
         italic = "constani.ttf")

2.3 「要点三」

将相应字体加载到环境中就具备了使用的可能性。要想真正能够使用，还需要确定使用范围，以下两种情况必须选择其一：

此外，在绘图前，还需要使用x11()函数打开绘图窗口（悬浮状态）。

以下例子来自作者说明文档：

## 在全局使用
showtext_auto()
x11()

ggplot(NULL, aes(x = 1, y = 1)) + 
  ylim(0.8, 1.2) +
  theme(axis.title = element_blank(),
        axis.ticks = element_blank(),
        axis.text = element_blank()) +
  annotate("text", 1, 1.1, size = 15,
           family = "heiti",
           label = "你好，世界") +
  annotate("text", 1, 0.9, 
           label = 'Chinese for "Hello, world!"',
           family = "constan", 
           fontface = "italic", size = 12)

❝

读者可分别尝试先不运行showtext_auto()语句和运行后的绘图效果。

❞

x11() 
plot(1:3, ann = F, axes = F, type = "n", frame.plot = T)

## 开始使用
showtext_begin()
text(2,2.5, "宋体", 
     family = "ST", font = 2)
text(2,2, "黑体", 
     family = "heiti", font = 3)
showtext_end() 
## 结束使用

text(2,1.5, "constan", 
     family = "constan", font = 4)

❝

上述语句在运行到最后一句时，会报以下错误：
Warning message: In text.default(2, 1.5, "constan", family = "constan", font = 4) :
Windows字体数据库里没有这样的字体系列

❞

关于showtext工具包更多的介绍可参见作者提供的如下学习材料：

来源：R语言学堂