R语言循环内绘制多边形出现异常行为是什么原因？

问题场景 #

• 目标：在单张多边形底图上，通过循环批量叠加绘制多个多边形图层
• 网传经验称循环内必须用print()包裹绘图语句才能实现图层叠加，但实际运行效果和该说法存在偏差：
  • 简单测试场景下：用print()包裹plot语句时，控制台会输出大量NULL提示，但可以完成绘图；去掉print()也能正常出图
  • 复杂业务场景下：逐行运行循环内的代码可以正常绘制所有图形，但将代码放入循环结构后始终无法出图，该异常在搭载macOS Monterey系统的Mac设备上可复现
• 问题复现参考代码：

require(maptools)
data(wrld_simpl)

plot(wrld_simpl)
for (i in 1:12){
  region=wrld_simpl[wrld_simpl$NAME==wrld_simpl$NAME[i],]
  print(plot(region,border="red",add=T))
} 

核心原因 #

• 「循环内必须加print才能绘图」的经验，仅适用于ggplot2等基于grid图形系统的绘图包：这类包的绘图函数不会直接渲染图形，只会返回一个图形对象，在循环、自定义函数这类非顶层运行环境中，不会自动触发渲染，必须显式调用print()输出图形对象才能完成绘制。
• 示例中maptools配套的plot方法属于R基础绘图体系，调用时会直接向当前激活的绘图设备输出内容，不需要额外调用print()。套print()时输出的大量NULL，就是基础plot函数的返回值（基础plot不返回图形对象，执行完仅返回空值），属于完全多余的操作。
• 复杂场景下循环绘图失效，通常是三类原因导致：
  • 循环内的plot语句漏加add = TRUE参数，每次调用plot都会新建空白画布覆盖之前的内容，看起来和没绘图一样
  • 循环内的其他代码存在副作用，误触发了绘图设备重置、关闭，比如误运行dev.off()、其他扩展包的函数自动清空了画布
  • macOS系统默认Quartz绘图设备存在缓冲机制，部分旧版本R环境下循环内的绘图内容会暂存在缓冲区，不会实时刷新到画布上

修正方案 #

基础绘图体系下循环叠加多边形不需要加print()，确保参数正确即可，遇到macOS设备不刷新的情况手动强制刷新设备：

require(maptools)
data(wrld_simpl)

# 先绘制基础底图
plot(wrld_simpl)
for (i in 1:12){
  region <- wrld_simpl[wrld_simpl$NAME == wrld_simpl$NAME[i],]
  # 叠加图层必须加add=TRUE，不需要套print
  plot(region, border = "red", add = TRUE)
}
# macOS遇到绘图不显示时运行，强制刷新绘图缓冲区
dev.flush()

额外注意事项 #

• 如果后续改用ggplot2、tmap等返回图形对象的包做循环绘图，才需要用print()包裹绘图对象
• 目前maptools包已经从CRAN退役，长期使用建议迁移到sf生态处理空间数据，绘图兼容性和稳定性更好
• 循环绘图前确认当前激活的是目标绘图设备，不要在循环内执行新建、关闭绘图设备的操作

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Agus camacho