iOS-Core-Animation-Advanced-Techniques（六：专用图层-1）

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（六）专用图层

复杂的组织都是专门化的--Catharine R. Stimpson

到目前为止，我们已经探讨过CALayer类了，同时我们也了解到了一些非常有用的绘图和动画功能。但是Core Animation图层不仅仅能作用于图片和颜色而已。本章就会学习其他的一些图层类，进一步扩展使用Core Animation绘图的能力。

CAShapeLayer

在第四章『视觉效果』我们学习到了不使用图片的情况下用CGPath去构造任意形状的阴影。如果我们能用同样的方式创建相同形状的图层就好了。

CAShapeLayer是一个通过矢量图形而不是bitmap来绘制的图层子类。你指定诸如颜色和线宽等属性，用CGPath来定义想要绘制的图形，最后CAShapeLayer就自动渲染出来了。当然，你也可以用Core Graphics直接向原始的CALyer的内容中绘制一个路径，相比直下，使用CAShapeLayer有以下一些优点：

渲染快速。CAShapeLayer使用了硬件加速，绘制同一图形会比用Core Graphics快很多。

高效使用内存。一个CAShapeLayer不需要像普通CALayer一样创建一个寄宿图形，所以无论有多大，都不会占用太多的内存。

不会被图层边界剪裁掉。一个CAShapeLayer可以在边界之外绘制。你的图层路径不会像在使用Core Graphics的普通CALayer一样被剪裁掉（如我们在第二章所见）。

不会出现像素化。当你给CAShapeLayer做3D变换时，它不像一个有寄宿图的普通图层一样变得像素化。

创建一个CGPath

CAShapeLayer可以用来绘制所有能够通过CGPath来表示的形状。这个形状不一定要闭合，图层路径也不一定要不可破，事实上你可以在一个图层上绘制好几个不同的形状。你可以控制一些属性比如lineWith（线宽，用点表示单位），lineCap（线条结尾的样子），和lineJoin（线条之间的结合点的样子）；但是在图层层面你只有一次机会设置这些属性。如果你想用不同颜色或风格来绘制多个形状，就不得不为每个形状准备一个图层了。

清单6.1 的代码用一个CAShapeLayer渲染一个简单的火柴人。CAShapeLayer属性是CGPathRef类型，但是我们用UIBezierPath帮助类创建了图层路径，这样我们就不用考虑人工释放CGPath了。图6.1是代码运行的结果。虽然还不是很完美，但是总算知道了大意对吧！

清单6.1 用CAShapeLayer绘制一个火柴人

#import "DrawingView.h"

#import @interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad{

[super viewDidLoad];

//create path

UIBezierPath *path = [[UIBezierPath alloc] init];

[path moveToPoint:CGPointMake(175, 100)];

[path addArcWithCenter:CGPointMake(150, 100) radius:25 startAngle:0 endAngle:2*M_PI clockwise:YES];

[path moveToPoint:CGPointMake(150, 125)];

[path addLineToPoint:CGPointMake(150, 175)];

[path addLineToPoint:CGPointMake(125, 225)];

[path moveToPoint:CGPointMake(150, 175)];

[path addLineToPoint:CGPointMake(175, 225)];

[path moveToPoint:CGPointMake(100, 150)];

[path addLineToPoint:CGPointMake(200, 150)];

//create shape layer

CAShapeLayer *shapeLayer = [CAShapeLayer layer];

shapeLayer.strokeColor = [UIColor redColor].CGColor;

shapeLayer.fillColor = [UIColor clearColor].CGColor;

shapeLayer.lineWidth = 5;

shapeLayer.lineJoin = kCALineJoinRound;

shapeLayer.lineCap = kCALineCapRound;

shapeLayer.path = path.CGPath;

//add it to our view

[self.containerView.layer addSublayer:shapeLayer];

}

@end

iOS-Core-Animation-Advanced-Techniques（六：专用图层-1）_第1张图片

图6.1 用CAShapeLayer绘制一个简单的火柴人

圆角

第二章里面提到了CAShapeLayer为创建圆角视图提供了一个方法，就是CALayer的cornerRadius属性（译者注：其实是在第四章提到的）。虽然使用CAShapeLayer类需要更多的工作，但是它有一个优势就是可以单独指定每个角。

我们创建圆角举行其实就是人工绘制单独的直线和弧度，但是事实上UIBezierPath有自动绘制圆角矩形的构造方法，下面这段代码绘制了一个有三个圆角一个直角的矩形：

//define path parameters

CGRect rect = CGRectMake(50, 50, 100, 100);

CGSize radii = CGSizeMake(20, 20);

UIRectCorner corners = UIRectCornerTopRight | UIRectCornerBottomRight | UIRectCornerBottomLeft;

//create path

UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:rect byRoundingCorners:corners cornerRadii:radii];

我们可以通过这个图层路径绘制一个既有直角又有圆角的视图。如果我们想依照此图形来剪裁视图内容，我们可以把CAShapeLayer作为视图的宿主图层，而不是添加一个子视图（图层蒙板的详细解释见第四章『视觉效果』）。

CATextLayer

用户界面是无法从一个单独的图片里面构建的。一个设计良好的图标能够很好地表现一个按钮或控件的意图，不过你迟早都要需要一个不错的老式风格的文本标签。

如果你想在一个图层里面显示文字，完全可以借助图层代理直接将字符串使用Core Graphics写入图层的内容（这就是UILabel的精髓）。如果越过寄宿于图层的视图，直接在图层上操作，那其实相当繁琐。你要为每一个显示文字的图层创建一个能像图层代理一样工作的类，还要逻辑上判断哪个图层需要显示哪个字符串，更别提还要记录不同的字体，颜色等一系列乱七八糟的东西。

万幸的是这些都是不必要的，Core Animation提供了一个CALayer的子类CATextLayer，它以图层的形式包含了UILabel几乎所有的绘制特性，并且额外提供了一些新的特性。

同样，CATextLayer也要比UILabel渲染得快得多。很少有人知道在iOS 6及之前的版本，UILabel其实是通过WebKit来实现绘制的，这样就造成了当有很多文字的时候就会有极大的性能压力。而CATextLayer使用了Core text，并且渲染得非常快。

让我们来尝试用CATextLayer来显示一些文字。清单6.2的代码实现了这一功能，结果如图6.2所示。

清单6.2 用CATextLayer来实现一个UILabel

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad{

[super viewDidLoad];

//create a text layer

CATextLayer *textLayer = [CATextLayer layer];

textLayer.frame = self.labelView.bounds;

[self.labelView.layer addSublayer:textLayer];

//set text attributes

textLayer.foregroundColor = [UIColor blackColor].CGColor;

textLayer.alignmentMode = kCAAlignmentJustified;

textLayer.wrapped = YES;

//choose a font

UIFont *font = [UIFont systemFontOfSize:15];

//set layer font

CFStringRef fontName = (__bridge CFStringRef)font.fontName;

CGFontRef fontRef = CGFontCreateWithFontName(fontName);

textLayer.font = fontRef;

textLayer.fontSize = font.pointSize;

CGFontRelease(fontRef);

//choose some text

NSString *text = @"Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing \ elit. Quisque massa arcu, eleifend vel varius in, facilisis pulvinar \ leo. Nunc quis nunc at mauris pharetra condimentum ut ac neque. Nunc elementum, libero ut porttitor dictum, diam odio congue lacus, vel \ fringilla sapien diam at purus. Etiam suscipit pretium nunc sit amet \ lobortis";

//set layer text

textLayer.string = text;

}

@end

*********************

图6.2 用CATextLayer来显示一个纯文本标签

如果你自习看这个文本，你会发现一个奇怪的地方：这些文本有一些像素化了。这是因为并没有以Retina的方式渲染，第二章提到了这个contentScale属性，用来决定图层内容应该以怎样的分辨率来渲染。contentsScale并不关心屏幕的拉伸因素而总是默认为1.0。如果我们想以Retina的质量来显示文字，我们就得手动地设置CATextLayer的contentsScale属性，如下：

textLayer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale;

这样就解决了这个问题（如图6.3）

iOS-Core-Animation-Advanced-Techniques（六：专用图层-1）_第2张图片

图6.3 设置contentsScale来匹配屏幕

CATextLayer的font属性不是一个UIFont类型，而是一个CFTypeRef类型。这样可以根据你的具体需要来决定字体属性应该是用CGFontRef类型还是CTFontRef类型（Core Text字体）。同时字体大小也是用fontSize属性单独设置的，因为CTFontRef和CGFontRef并不像UIFont一样包含点大小。这个例子会告诉你如何将UIFont转换成CGFontRef。

另外，CATextLayer的string属性并不是你想象的NSString类型，而是id类型。这样你既可以用NSString也可以用NSAttributedString来指定文本了（注意，NSAttributedString并不是NSString的子类）。属性化字符串是iOS用来渲染字体风格的机制，它以特定的方式来决定指定范围内的字符串的原始信息，比如字体，颜色，字重，斜体等。

富文本

iOS 6中，Apple给UILabel和其他UIKit文本视图添加了直接的属性化字符串的支持，应该说这是一个很方便的特性。不过事实上从iOS3.2开始CATextLayer就已经支持属性化字符串了。这样的话，如果你想要支持更低版本的iOS系统，CATextLayer无疑是你向界面中增加富文本的好办法，而且也不用去跟复杂的Core Text打交道，也省了用UIWebView的麻烦。

让我们编辑一下示例使用到NSAttributedString（见清单6.3）.iOS 6及以上我们可以用新的NSTextAttributeName实例来设置我们的字符串属性，但是练习的目的是为了演示在iOS 5及以下，所以我们用了Core Text，也就是说你需要把Core Text framework添加到你的项目中。否则，编译器是无法识别属性常量的。

图6.4是代码运行结果（注意那个红色的下划线文本）

清单6.3 用NSAttributedString实现一个富文本标签。

#import "DrawingView.h"

#import #import @interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad{

[super viewDidLoad];

//create a text layer

CATextLayer *textLayer = [CATextLayer layer];

textLayer.frame = self.labelView.bounds;

textLayer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale;

[self.labelView.layer addSublayer:textLayer];

//set text attributes

textLayer.alignmentMode = kCAAlignmentJustified;

textLayer.wrapped = YES;

//choose a font

UIFont *font = [UIFont systemFontOfSize:15];

//choose some text

NSString *text = @"Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing \ elit. Quisque massa arcu, eleifend vel varius in, facilisis pulvinar \ leo. Nunc quis nunc at mauris pharetra condimentum ut ac neque. Nunc \ elementum, libero ut porttitor dictum, diam odio congue lacus, vel \ fringilla sapien diam at purus. Etiam suscipit pretium nunc sit amet \ lobortis";

//create attributed string

NSMutableAttributedString *string = nil;

string = [[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:text];

//convert UIFont to a CTFont

CFStringRef fontName = (__bridge CFStringRef)font.fontName;

CGFloat fontSize = font.pointSize;

CTFontRef fontRef = CTFontCreateWithName(fontName, fontSize, NULL);

//set text attributes

NSDictionary *attribs = @{

(__bridge id)kCTForegroundColorAttributeName:(__bridge id)[UIColor blackColor].CGColor,

(__bridge id)kCTFontAttributeName: (__bridge id)fontRef

};

[string setAttributes:attribs range:NSMakeRange(0, [text length])];

attribs = @{

(__bridge id)kCTForegroundColorAttributeName: (__bridge id)[UIColor redColor].CGColor,

(__bridge id)kCTUnderlineStyleAttributeName: @(kCTUnderlineStyleSingle),

(__bridge id)kCTFontAttributeName: (__bridge id)fontRef

};

[string setAttributes:attribs range:NSMakeRange(6, 5)];

//release the CTFont we created earlier

CFRelease(fontRef);

//set layer text

textLayer.string = string;

}

@end

iOS-Core-Animation-Advanced-Techniques（六：专用图层-1）_第3张图片

图6.4 用CATextLayer实现一个富文本标签。

行距和字距

有必要提一下的是，由于绘制的实现机制不同（Core Text和WebKit），用CATextLayer渲染和用UILabel渲染出的文本行距和字距也不是不尽相同的。

二者的差异程度（由使用的字体和字符决定）总的来说挺小，但是如果你想正确的显示普通便签和CATextLayer就一定要记住这一点。

UILabel的替代品

我们已经证实了CATextLayer比UILabel有着更好的性能表现，同时还有额外的布局选项并且在iOS 5上支持富文本。但是与一般的标签比较而言会更加繁琐一些。如果我们真的在需求一个UILabel的可用替代品，最好是能够在Interface Builder上创建我们的标签，而且尽可能地像一般的视图一样正常工作。

我们应该继承UILabel，然后添加一个子图层CATextLayer并重写显示文本的方法。但是仍然会有由UILabel的-drawRect:方法创建的空寄宿图。而且由于CALayer不支持自动缩放和自动布局，子视图并不是主动跟踪视图边界的大小，所以每次视图大小被更改，我们不得不手动更新子图层的边界。

我们真正想要的是一个用CATextLayer作为宿主图层的UILabel子类，这样就可以随着视图自动调整大小而且也没有冗余的寄宿图啦。

就像我们在第一章『图层树』讨论的一样，每一个UIView都是寄宿在一个CALayer的示例上。这个图层是由视图自动创建和管理的，那我们可以用别的图层类型替代它么？一旦被创建，我们就无法代替这个图层了。但是如果我们继承了UIView，那我们就可以重写+layerClass方法使得在创建的时候能返回一个不同的图层子类。UIView会在初始化的时候调用+layerClass方法，然后用它的返回类型来创建宿主图层。

清单6.4 演示了一个UILabel子类LayerLabel用CATextLayer绘制它的问题，而不是调用一般的UILabel使用的较慢的-drawRect：方法。LayerLabel示例既可以用代码实现，也可以在Interface Builder实现，只要把普通的标签拖入视图之中，然后设置它的类是LayerLabel就可以了。

清单6.4 使用CATextLayer的UILabel子类：LayerLabel

#import "LayerLabel.h"

#import @implementation LayerLabel

+ (Class)layerClass{

//this makes our label create a CATextLayer //instead of a regular CALayer for its backing layer

return [CATextLayer class];

}

- (CATextLayer *)textLayer{

return (CATextLayer *)self.layer;

}

- (void)setUp{

//set defaults from UILabel settings

self.text = self.text;

self.textColor = self.textColor;

self.font = self.font;

//we should really derive these from the UILabel settings too

//but that's complicated, so for now we'll just hard-code them

[self textLayer].alignmentMode = kCAAlignmentJustified;

[self textLayer].wrapped = YES;

[self.layer display];

}

- (id)initWithFrame:(CGRect)frame{

//called when creating label programmatically

if (self = [super initWithFrame:frame]) {

[self setUp];

}

return self;

}

- (void)awakeFromNib{

//called when creating label using Interface Builder

[self setUp];

}

- (void)setText:(NSString *)text{

super.text = text;

//set layer text

[self textLayer].string = text;

}

- (void)setTextColor:(UIColor *)textColor{

super.textColor = textColor;

//set layer text color

[self textLayer].foregroundColor = textColor.CGColor;

}

- (void)setFont:(UIFont *)font{

super.font = font;

//set layer font

CFStringRef fontName = (__bridge CFStringRef)font.fontName;

CGFontRef fontRef = CGFontCreateWithFontName(fontName);

[self textLayer].font = fontRef;

[self textLayer].fontSize = font.pointSize;

CGFontRelease(fontRef);

}

@end

如果你运行代码，你会发现文本并没有像素化，而我们也没有设置contentsScale属性。把CATextLayer作为宿主图层的另一好处就是视图自动设置了contentsScale属性。

在这个简单的例子中，我们只是实现了UILabel的一部分风格和布局属性，不过稍微再改进一下我们就可以创建一个支持UILabel所有功能甚至更多功能的LayerLabel类（你可以在一些线上的开源项目中找到）。

如果你打算支持iOS 6及以上，基于CATextLayer的标签可能就有有些局限性。但是总得来说，如果想在app里面充分利用CALayer子类，用+layerClass来创建基于不同图层的视图是一个简单可复用的方法。

CATransformLayer

当我们在构造复杂的3D事物的时候，如果能够组织独立元素就太方便了。比如说，你想创造一个孩子的手臂：你就需要确定哪一部分是孩子的手腕，哪一部分是孩子的前臂，哪一部分是孩子的肘，哪一部分是孩子的上臂，哪一部分是孩子的肩膀等等。

当然是允许独立地移动每个区域的啦。以肘为指点会移动前臂和手，而不是肩膀。Core Animation图层很容易就可以让你在2D环境下做出这样的层级体系下的变换，但是3D情况下就不太可能，因为所有的图层都把他的孩子都平面化到一个场景中（第五章『变换』有提到）。

CATransformLayer解决了这个问题，CATransformLayer不同于普通的CALayer，因为它不能显示它自己的内容。只有当存在了一个能作用域子图层的变换它才真正存在。CATransformLayer并不平面化它的子图层，所以它能够用于构造一个层级的3D结构，比如我的手臂示例。

用代码创建一个手臂需要相当多的代码，所以我就演示得更简单一些吧：在第五章的立方体示例，我们将通过旋转camara来解决图层平面化问题而不是像立方体示例代码中用的sublayerTransform。这是一个非常不错的技巧，但是只能作用域单个对象上，如果你的场景包含两个立方体，那我们就不能用这个技巧单独旋转他们了。

那么，就让我们来试一试CATransformLayer吧，第一个问题就来了：在第五章，我们是用多个视图来构造了我们的立方体，而不是单独的图层。我们不能在不打乱已有的视图层次的前提下在一个本身不是有寄宿图的图层中放置一个寄宿图图层。我们可以创建一个新的UIView子类寄宿在CATransformLayer（用+layerClass方法）之上。但是，为了简化案例，我们仅仅重建了一个单独的图层，而不是使用视图。这意味着我们不能像第五章一样在立方体表面显示按钮和标签，不过我们现在也用不到这个特性。

清单6.5就是代码。我们以我们在第五章使用过的相同基本逻辑放置立方体。但是并不像以前那样直接将立方面添加到容器视图的宿主图层，我们将他们放置到一个CATransformLayer中创建一个独立的立方体对象，然后将两个这样的立方体放进容器中。我们随机地给立方面染色以将他们区分开来，这样就不用靠标签或是光亮来区分他们。图6.5是运行结果。

清单6.5 用CATransformLayer装配一个3D图层体系

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (CALayer *)faceWithTransform:(CATransform3D)transform{

//create cube face layer

CALayer *face = [CALayer layer];

face.frame = CGRectMake(-50, -50, 100, 100);

//apply a random color

CGFloat red = (rand() / (double)INT_MAX);

CGFloat green = (rand() / (double)INT_MAX);

CGFloat blue = (rand() / (double)INT_MAX);

face.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;

//apply the transform and return

face.transform = transform;

return face;

}

- (CALayer *)cubeWithTransform:(CATransform3D)transform{

//create cube layer

CATransformLayer *cube = [CATransformLayer layer];

//add cube face 1

CATransform3D ct = CATransform3DMakeTranslation(0, 0, 50);