iOS核心動畫高級技巧-1

 

1. 圖層樹

圖層的樹狀結構

巨妖有圖層，洋蔥也有圖層，你有嗎？咱們都有圖層 -- 史萊克

Core Animation實際上是一個使人誤解的命名。你可能認爲它只是用來作動畫的，但實際上它是從一個叫作Layer Kit這麼一個不怎麼和動畫有關的名字演變而來，因此作動畫這只是Core Animation特性的冰山一角。

Core Animation是一個複合引擎，它的職責就是儘量快地組合屏幕上不一樣的可視內容，這個內容是被分解成獨立的圖層，存儲在一個叫作圖層樹的體系之中。因而這個樹造成了UIKit以及在iOS應用程序當中你所能在屏幕上看見的一切的基礎。

在咱們討論動畫以前，咱們將從圖層樹開始，涉及一下Core Animation的靜態組合以及佈局特性。

1.1 圖層與視圖

圖層與視圖

若是你曾經在iOS或者Mac OS平臺上寫過應用程序，你可能會對視圖的概念比較熟悉。一個視圖就是在屏幕上顯示的一個矩形塊（好比圖片，文字或者視頻），它可以攔截相似於鼠標點擊或者觸摸手勢等用戶輸入。視圖在層級關係中能夠互相嵌套，一個視圖能夠管理它的全部子視圖的位置。圖1.1顯示了一種典型的視圖層級關係

1.2 圖層的能力

圖層的能力

若是說CALayer是UIView內部實現細節，那咱們爲何要全面地瞭解它呢？蘋果固然爲咱們提供了優美簡潔的UIView接口，那麼咱們是否就不必直接去處理Core Animation的細節了呢？

某種意義上說的確是這樣，對一些簡單的需求來講，咱們確實不必處理CALayer，由於蘋果已經經過UIView的高級API間接地使得動畫變得很簡單。

可是這種簡單會不可避免地帶來一些靈活上的缺陷。若是你略微想在底層作一些改變，或者使用一些蘋果沒有在UIView上實現的接口功能，這時除了介入Core Animation底層以外別無選擇。

咱們已經證明了圖層不能像視圖那樣處理觸摸事件，那麼他能作哪些視圖不能作的呢？這裏有一些UIView沒有暴露出來的CALayer的功能：

• 陰影，圓角，帶顏色的邊框
• 3D變換
• 非矩形範圍
• 透明遮罩
• 多級非線性動畫

咱們將會在後續章節中探索這些功能，首先咱們要關注一下在應用程序當中CALayer是怎樣被利用起來的。

1.3 使用圖層

使用圖層

首先咱們來建立一個簡單的項目，來操縱一些layer的屬性。打開Xcode，使用Single View Application模板建立一個工程。

在屏幕中央建立一個小視圖（大約200 X 200的尺寸），固然你能夠手工編碼，或者使用Interface Builder（隨你方便）。確保你的視圖控制器要添加一個視圖的屬性以即可以直接訪問它。咱們把它稱做layerView。

運行項目，應該能在淺灰色屏幕背景中看見一個白色方塊，若是沒看見，可能須要調整一下背景window或者view的顏色

以後就能夠在代碼中直接引用CALayer的屬性和方法。在清單1.1中，咱們用建立了一個CALayer，設置了它的backgroundColor屬性，而後添加到layerView背後相關圖層的子圖層（這段代碼的前提是經過IB建立了layerView並作好了鏈接），圖1.5顯示告終果。

一個開發者，有一個學習的氛圍跟一個交流圈子特別重要，這是一個個人iOS交流羣：1012951431， 分享BAT,阿里面試題、面試經驗，討論技術， 你們一塊兒交流學習成長！但願幫助開發者少走彎路。

清單1.1 給視圖添加一個藍色子圖層

#import "ViewController.h"
#import 
@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *layerView;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //create sublayer
    CALayer *blueLayer = [CALayer layer];
    blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
    blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    //add it to our view
    [self.layerView.layer addSublayer:blueLayer];
}
@end

1.4 總結

總結

這一章闡述了圖層的樹狀結構，說明了如何在iOS中由UIView的層級關係造成的一種平行的CALayer層級關係，在後面的實驗中，咱們建立了本身的CALayer，並把它添加到圖層樹中。

在第二章，「圖層關聯的圖片」，咱們將要研究一下CALayer關聯的圖片，以及Core Animation提供的操做顯示的一些特性。

2. 寄宿圖

寄宿圖

圖片賽過千言萬語，界面抵得上千圖片 ——Ben Shneiderman

咱們在第一章『圖層樹』中介紹了CALayer類並建立了一個簡單的有藍色背景的圖層。背景顏色還好啦，可是若是它僅僅是展示了一個單調的顏色未免也太無聊了。事實上CALayer類可以包含一張你喜歡的圖片，這一章節咱們未來探索CALayer的寄宿圖（即圖層中包含的圖）。

2.1 contents屬性

contents屬性

CALayer 有一個屬性叫作contents，這個屬性的類型被定義爲id，意味着它能夠是任何類型的對象。在這種狀況下，你能夠給contents屬性賦任何值，你的app仍然可以編譯經過。可是，在實踐中，若是你給contents賦的不是CGImage，那麼你獲得的圖層將是空白的。

contents這個奇怪的表現是由Mac OS的歷史緣由形成的。它之因此被定義爲id類型，是由於在Mac OS系統上，這個屬性對CGImage和NSImage類型的值都起做用。若是你試圖在iOS平臺上將UIImage的值賦給它，只能獲得一個空白的圖層。一些初識Core Animation的iOS開發者可能會對這個感到困惑。

頭疼的不只僅是咱們剛纔提到的這個問題。事實上，你真正要賦值的類型應該是CGImageRef，它是一個指向CGImage結構的指針。UIImage有一個CGImage屬性，它返回一個"CGImageRef",若是你想把這個值直接賦值給CALayer的contents，那你將會獲得一個編譯錯誤。由於CGImageRef並非一個真正的Cocoa對象，而是一個Core Foundation類型。

儘管Core Foundation類型跟Cocoa對象在運行時貌似很像（被稱做toll-free bridging），他們並非類型兼容的，不過你能夠經過bridged關鍵字轉換。若是要給圖層的寄宿圖賦值，你能夠按照如下這個方法：

layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;

若是你沒有使用ARC（自動引用計數），你就不須要 __bridge 這部分。可是，你幹嗎不用ARC？！

讓咱們來繼續修改咱們在第一章新建的工程，以便可以展現一張圖片而不只僅是一個背景色。咱們已經用代碼的方式創建一個圖層，那咱們就不須要額外的圖層了。那麼咱們就直接把layerView的宿主圖層的contents屬性設置成圖片。

清單2.1 更新後的代碼。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad]; //load an image
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Snowman.png"];

  //add it directly to our view's layer
  self.layerView.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
}
@end

 

圖表2.1 在UIView的宿主圖層中顯示一張圖片

 

image

咱們用這些簡單的代碼作了一件頗有趣的事情：咱們利用CALayer在一個普通的UIView中顯示了一張圖片。這不是一個UIImageView，它不是咱們一般用來展現圖片的方法。經過直接操做圖層，咱們使用了一些新的函數，使得UIView更加有趣了。

contentGravity

你可能已經注意到了咱們的雪人看起來有點。。。胖 ＝＝！ 咱們加載的圖片並不恰好是一個方的，爲了適應這個視圖，它有一點點被拉伸了。在使用UIImageView的時候遇到過一樣的問題，解決方法就是把contentMode屬性設置成更合適的值，像這樣：

view.contentMode = UIViewContentModeScaleAspectFit;

 

這個方法基本和咱們遇到的狀況的解決方法已經接近了（你能夠試一下 :) ），不過UIView大多數視覺相關的屬性好比contentMode，對這些屬性的操做實際上是對對應圖層的操做。

CALayer與contentMode對應的屬性叫作contentsGravity，可是它是一個NSString類型，而不是像對應的UIKit部分，那裏面的值是枚舉。contentsGravity可選的常量值有如下一些：

• kCAGravityCenter
• kCAGravityTop
• kCAGravityBottom
• kCAGravityLeft
• kCAGravityRight
• kCAGravityTopLeft
• kCAGravityTopRight
• kCAGravityBottomLeft
• kCAGravityBottomRight
• kCAGravityResize
• kCAGravityResizeAspect
• kCAGravityResizeAspectFill

和cotentMode同樣，contentsGravity的目的是爲了決定內容在圖層的邊界中怎麼對齊，咱們將使用kCAGravityResizeAspect，它的效果等同於UIViewContentModeScaleAspectFit， 同時它還能在圖層中等比例拉伸以適應圖層的邊界。

self.layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspect;

 

圖2.2 能夠看到結果

圖2.3 用錯誤的contentsScale屬性顯示Retina圖片

如你所見，咱們的雪人不只有點大還有點像素的顆粒感。那是由於和UIImage不一樣，CGImage沒有拉伸的概念。當咱們使用UIImage類去讀取咱們的雪人圖片的時候，他讀取了高質量的Retina版本的圖片。可是當咱們用CGImage來設置咱們的圖層的內容時，拉伸這個因素在轉換的時候就丟失了。不過咱們能夠經過手動設置contentsScale來修復這個問題（如2.2清單），圖2.4是結果

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad]; //load an image
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Snowman.png"]; //add it directly to our view's layer
  self.layerView.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage; //center the image
  self.layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityCenter;

  //set the contentsScale to match image
  self.layerView.layer.contentsScale = image.scale;
}

@end

 

圖2.5 使用masksToBounds來修建圖層內容

contentsRect

CALayer的contentsRect屬性容許咱們在圖層邊框裏顯示寄宿圖的一個子域。這涉及到圖片是如何顯示和拉伸的，因此要比contentsGravity靈活多了和bounds，frame不一樣，contentsRect不是按點來計算的，它使用了單位座標，單位座標指定在0到1之間，是一個相對值（像素和點就是絕對值）。因此他們是相對與寄宿圖的尺寸的。iOS使用瞭如下的座標系統：

• 點 —— 在iOS和Mac OS中最多見的座標體系。點就像是虛擬的像素，也被稱做邏輯像素。在標準設備上，一個點就是一個像素，可是在Retina設備上，一個點等於2*2個像素。iOS用點做爲屏幕的座標測算體系就是爲了在Retina設備和普通設備上能有一致的視覺效果。
• 像素 —— 物理像素座標並不會用來屏幕布局，可是仍然與圖片有相對關係。UIImage是一個屏幕分辨率解決方案，因此指定點來度量大小。可是一些底層的圖片表示如CGImage就會使用像素，因此你要清楚在Retina設備和普通設備上，他們表現出來了不一樣的大小。
• 單位 —— 對於與圖片大小或是圖層邊界相關的顯示，單位座標是一個方便的度量方式， 當大小改變的時候，也不須要再次調整。單位座標在OpenGL這種紋理座標系統中用得不少，Core Animation中也用到了單位座標。

默認的contentsRect是{0, 0, 1, 1}，這意味着整個寄宿圖默認都是可見的，若是咱們指定一個小一點的矩形，圖片就會被裁剪（如圖2.6）

2.2 Custom Drawing

Custom Drawing

給contents賦CGImage的值不是惟一的設置寄宿圖的方法。咱們也能夠直接用Core Graphics直接繪製寄宿圖。可以經過繼承UIView並實現-drawRect:方法來自定義繪製。

-drawRect: 方法沒有默認的實現，由於對UIView來講，寄宿圖並非必須的，它不在乎那究竟是單調的顏色仍是有一個圖片的實例。若是UIView檢測到-drawRect:方法被調用了，它就會爲視圖分配一個寄宿圖，這個寄宿圖的像素尺寸等於視圖大小乘以 contentsScale的值。

若是你不須要寄宿圖，那就不要建立這個方法了，這會形成CPU資源和內存的浪費，這也是爲何蘋果建議：若是沒有自定義繪製的任務就不要在子類中寫一個空的-drawRect:方法。

當視圖在屏幕上出現的時候 -drawRect:方法就會被自動調用。-drawRect:方法裏面的代碼利用Core Graphics去繪製一個寄宿圖，而後內容就會被緩存起來直到它須要被更新（一般是由於開發者調用了-setNeedsDisplay方法，儘管影響到表現效果的屬性值被更改時，一些視圖類型會被自動重繪，如bounds屬性）。雖然-drawRect:方法是一個UIView方法，事實上都是底層的CALayer安排了重繪工做和保存了所以產生的圖片。

CALayer有一個可選的delegate屬性，實現了CALayerDelegate協議，當CALayer須要一個內容特定的信息時，就會從協議中請求。CALayerDelegate是一個非正式協議，其實就是說沒有CALayerDelegate @protocol可讓你在類裏面引用啦。你只須要調用你想調用的方法，CALayer會幫你作剩下的。（delegate屬性被聲明爲id類型，全部的代理方法都是可選的）。

當須要被重繪時，CALayer會請求它的代理給他一個寄宿圖來顯示。它經過調用下面這個方法作到的:

(void)displayLayer:(CALayerCALayer *)layer;

 

趁着這個機會，若是代理想直接設置contents屬性的話，它就能夠這麼作，否則沒有別的方法能夠調用了。若是代理不實現-displayLayer:方法，CALayer就會轉而嘗試調用下面這個方法：

 - (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx;

 

在調用這個方法以前，CALayer建立了一個合適尺寸的空寄宿圖（尺寸由bounds和contentsScale決定）和一個Core Graphics的繪製上下文環境，爲繪製寄宿圖作準備，他做爲ctx參數傳入。

讓咱們來繼續第一章的項目讓它實現CALayerDelegate並作一些繪圖工做吧（見清單2.5）.圖2.12是他的結果

清單2.5 實現CALayerDelegate

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad];
  
  //create sublayer
  CALayer *blueLayer = [CALayer layer];
  blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
  blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;

  //set controller as layer delegate
  blueLayer.delegate = self;

  //ensure that layer backing image uses correct scale
  blueLayer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale; //add layer to our view
  [self.layerView.layer addSublayer:blueLayer];

  //force layer to redraw
  [blueLayer display];
}

- (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx
{
  //draw a thick red circle
  CGContextSetLineWidth(ctx, 10.0f);
  CGContextSetStrokeColorWithColor(ctx, [UIColor redColor].CGColor);
  CGContextStrokeEllipseInRect(ctx, layer.bounds);
}
@end

 

2.3 總結

總結

本章介紹了寄宿圖和一些相關的屬性。你學到了如何顯示和放置圖片， 使用拼合技術來顯示， 以及用CALayerDelegate和Core Graphics來繪製圖層內容。

在第三章，"圖層幾何學"中，咱們將會探討一下圖層的幾何，觀察他們是如何放置和改變相互的尺寸的