图层树和寄宿图 -- iOS Core Animation 系列一

本系列文章算是一系列读书笔记，想了解更多，请看原文

1.图层树

1.1 视图

一个视图就是在屏幕上显示的一个矩形块（比如图片，文字或者视频），它能够拦截类似于鼠标点击或者触摸手势等用户输入。视图在层级关系中可以互相嵌套，一个视图可以管理它的所有子视图的位置。
在iOS中，所有的视图都是从UIView这个基类派生出来的。UIView可以处理触摸时间，支持Core Graphics绘图，可以仿射变换等等操作。

1.2 CALayer

CALayer平时大家也很常见，比如简单的设置个圆角，或者边线等操作都会用到。CALayer类在概念上和UIView类似，也是一些被层级关系树管理的矩形块，也可以包含一些内容，并且管理子视图的位置。

和UIView最大的区别是CALayer不能处理用户的操作交互

CALayer不清楚具体的响应链，但是它提供了一些方法来判断是否某个触点在某个图层范围内。

1.3 平行的层级关系

每个UIView都对应着一个CALayer，视图的职责是创建并管理这个图层，以确保党子视图在层级关系中添加或者被移除的时候，他们对应的图层也同样的在对应的层级关系树中有相同的操作。

真正用来在屏幕上显示的是图层（CALayer）,UIView是对它的一个封装，提供一些交互触摸功能，和一些Core Animation底层的接口。

iO S提供UIView和CALayer两个平行的层级关系，应该也是为了解耦，做职责分离。 以便能适应 iOS 和 Mac OS 的系统。

对于简单的需求我们无需深入了解CALayer使用UIView就很方便灵活了。但是有时候我们只使用UIView还是会有些捉襟见肘的，CALayer暴露了一些UIView没有提供的功能：

• 阴影、圆角、边框
• 3D变换
• 非矩形范围
• 透明遮罩
• 非线性动画

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2.寄宿图

2.1 contents属性

CALayer有一个属性叫做contents，这个属性是id类型的，可以是任何类型的对象。也即是意味着在写代码的时候，可以给contents赋任何值（显示不显示是另一回事）。只有赋CGImage的时候才能正确显示。

contents 这个奇怪的表现是由 Mac OS 的历史原因造成的，因为在 Mac OS 系统上，这个属性对 CGImage 和 NSImage 类型的值都起作用。但是在 iOS上，如果将 UIImage 的值赋给它，只能得到一个空白的图层。

事实上，真正赋值的类型应该是CGImageRef，这是一个指向CGImage结构的指针。UIImage有一个CGImage属性，它返回一个CGImageRef，但是这个值不能直接赋值给CALayer的contents，因为CGImageRef不是一个真正的Cocoa对象，而是Core Foundation类型。

Core Foundation和Cocoa对象是不兼容的，可以通过bridged转换：

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

2.1.1 示例

既然CALayer的contents可以赋值各种类型，我们可以尝试一下用CALayer实现UIImageView的效果。代码如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  self.view.backgroundColor = [UIColor lightGrayColor];
  
  UIView *layerView = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 200, 50, 100)];
  layerView.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
  [self.view addSubview:layerView];
  
  
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"test"];
  layerView.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
}

运行一下，效果如下：

虽然可以实现类似UIImageView的显示效果，但平常并不推荐使用这种方法。

2.1.2 contentGravity

上面示例的图片有点扁，因为我们设置的frame是个长方形，而图片本身是一个正方形。所以被挤压了。平时使用UIImageView时遇到类似情况，可以设置contentMode来解决。同样：

  layerView.contentMode = UIViewContentModeScaleAspectFill;

这样就可以解决了。

UIView大多数视觉相关的属性比如contentMode，对这些属性的操作其实是对对应图层的操作。
CALayer与contentMode对应的属性叫做contentsGravity，这是一个NSString类型，而UIKit部分是枚举。contentsGravity可选的常量值有如下：

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

和contentMode一样， contentsGravity目的是决定内容在图层中怎么对齐，将上面设置contentMode的代码可以替换如下：

  layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspectFill;

运行后的效果是一致的。

2.1.3 contentsScale

contentsScale属性定义了寄宿图的像素尺寸和视图大小的比例，默认情况下是一个1.0的浮点数。
contentsScale并不是总会对寄宿图的效果有影响，因为contents设置了contentsGravity属性，导致经常设置了contentsScale却没反应。

如果单纯的想放大图层的 contents图片，可以使用图层的 transform和 affineTransform。

contentsScale其实属于支持高分辨率屏幕机制的一部分，是用来判断在绘制图层的时候应该为寄宿图创建的空间大小，和需要显示的图片拉伸度（假设没有设置contentsGravity）。UIView有一个类似但是很少用的contentScaleFactor属性。
如果contentsScale设置为1.0，将会以每个点1个像素绘制图片，如果2.0，则以每个点2个像素绘制图片（这就是Retina屏）。
修改contentsScale并不会对我们使用kCAGravityResizeAspectFill有影响，因为kCAGravityResizeAspectFill就是拉伸图片适应图层而已。但是如果把contentsGravity设置成kCAGravityCenter(这个值不会拉伸图片)，变化见下图：

如图所示，图片会变的有点大，而且有像素的颗粒感。因为CGImage和UIImage不一样，它没有拉伸的感念。用UIImage读取图片时，读取了高质量的Retina图片。但用CGImage设置的时候，拉伸的概念就被丢失了，不过可以手动设置contentsScale来做到同样效果：

layerView.layer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale;

现在效果如下:

为了突出layerView的存在感，我把layerView的frame调整到CGRectMake(100, 200, 100, 150)。

2.1.4 maskToBounds

看上面最新的运行图，发现图片超出了视图的边界。因为默认情况下，UIView仍会绘制超过边界的内容，在CALayer也不例外。
UIView有个clipsToBounds属性来决定是否显示超出边界的内容。CALayer对应的属性叫做maskToBounds，把它设置成YES就可以不显示超出部分的图片了。

2.1.5 contentsRect

CALayer的contentsRect属性允许我们在图层边框里显示寄宿图的一个子域。和bounds、frame不同，contentsRect不是按点来计算的。它使用单位坐标。单位坐标指定在0到1之前，是一个相对值（像素和点就是绝对值）。

默认的contentsRect是{0, 0, 1, 1}，意味着整个寄宿图默认都是课件的。如果指定小一点的矩形，图片就会被裁剪：

上图设置的 contentsRect是 {0, 0, 0.5, 0.5}

事实上contentsRect设置一个负数的原点或者大于{1, 1}的尺寸也是可以的。这种情况下，最外面的像素会被拉伸。

contentsRect在 App 中最有趣的地方可以用作 image sprites(图片拼合)。图片拼合后可以打包到一张大图上一次载入，相比多次载入不同的图片，这样做的性能更优。

2.1.6 图片拼接代码示例：

@interface ViewController ()
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *view1;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *view2;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *view3;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *view4;


@end

@implementation ViewController

- (void)addSpriteImage:(UIImage *)image withContentRect:(CGRect)rect toLayer:(CALayer *)layer //set image
{
  layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
  
  //scale contents to fit
  layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspect;
  
  //set contentsRect
  layer.contentsRect = rect;
}

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"test_1"];
  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0, 0, 0.5, 0.5) toLayer:self.view1.layer];

  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0.5, 0, 0.5, 0.5) toLayer:self.view2.layer];

  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0, 0.5, 0.5, 0.5) toLayer:self.view3.layer];

  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0.5, 0.5, 0.5, 0.5) toLayer:self.view4.layer];
}

运行的效果如下：

本来原文是用四张不同的图做拼接，我只是展示下这种功能实现，所以偷懒只用了一张图片。如果有不解之处请看原文

2.1.7 contentsCenter

contentsCenter看名字大部分人会误以为是和位置有关，其实它是一个CGRect。它定义了一个苦丁的边框和在图层上可拉伸的区域。
默认情况下，contentsCenter是{0, 0, 1, 1}，意味着如果大小改变（contentsGravity），寄宿图会被均匀的拉伸。
假设我们增加原点的值，并减小尺寸的值，例如将它变为{0.25, 0.25, 0.5, 0.5}将会在寄宿图周围留出一个边框。如下图：

上图是借用原书的图。

这效果看起来和UIImage里的resizableImageWithCapInsets:非常类似，它可以运用到任何寄宿图，包括在Core Graphics运行时绘制的图形。

同一图片使用不同的 contentsCenter。

contentsCenter使用起来也很方便，可以用代码：

layer.contentsCenter = CGRectMake(0.25, 0.25, 0.5, 0.5);

也可以在XIB里面设置：

2.2 Custom Drawing

除了给contents赋值CGImage来设置寄宿图之外，还可以直接用Core Graphics来绘制寄宿图。

-drawRect: 通过继承UIView来实现此方法进行自定义绘制。这个方法默认是没有被实现的。因为对于UIView来说，寄宿图不是必须的。如果UIView检测到-drawRect:被调用，会自动给视图分配一个寄宿图。这个寄宿图的像素尺寸等于视图大小乘以contentsScale。

如果你不需要寄宿图，不要写这个方法，会造成资源浪费，详细部分见 《内存恶鬼drawRect》

视图在屏幕上出现的时候-drawRect:会自动被调用。-drawRect:方法里面的代码利用Core Graphics绘制一个寄宿图，然后被缓存起来直到需要被更显（一般是调用了- setNeedDisplay方法）。

CALayer有一个可选的delegate属性，当CALayer需要内容的时候，会从这个delegate里面查询。
当需要被重绘时，CALayer会从下面这个代理方法请求一个寄宿图来展示：

- (void)displayLayer:(CALayer *)layer;

如果这个方法没有被实现，CALayer会尝试下面这个：

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

在drawLayer:被调用之前，CALayer创建了一个合适尺寸的寄宿图(尺寸由bounds和contentsScale决定)和一个Core Graphics的绘制上下文环境，并作为ctx传入。

2.2.1示例：

下面我们使用CALayerDelegate是做个示例。

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  
  UIView *layerView = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(100, 200, 150, 150)];
  layerView.backgroundColor = [UIColor lightGrayColor];
  [self.view addSubview:layerView];
  
  CALayer *blueLayer = [CALayer layer];
  blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
  blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
  
  blueLayer.delegate = self;
  
  blueLayer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale;
  [layerView.layer addSublayer:blueLayer];
  //
  [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);
}

• 在blueLayer上显式调用了-display。因为当图层显示在屏幕上时，CALayer不会自动重绘，这和UIView不同。需要手动调用。
• 我们没有调用masksToBounds。但是绘制的圆仍然被裁剪了。这是因为我们在CALayerDelegate方法中，没有对超出边界歪的内容提供绘制支持。

除非创建一个单独的图层，我们平时基本不会用到CALayerDelegate。因为UIView在创建时，会自动的吧图层的代理设置为自己，然后提供了一个-displayLayer:方法实现。

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- 系列一完 -