核心动画系列(二): Core Aniamtion 中的动画

上篇文章里讲了各种与 layer 相关的东西, 比较零散, 这篇文章主要集中在实际的动画.

Core Animation 的类结构, 这篇文章将主要围绕这个来讨论.

QuartzCore, CoreAnimation 和 CoreGraphics 的关系

CoreGraphics 是底层绘制框架, 这是一个纯C语言框架. 我们使用的 CG 开头的函数或者变量都是这个框架的. 比如 CGRect, CGPoint, CGFloat, CGAffineTransform(rotationAngle: 0.5)
QuartzCore 框架, 是一套基于 CoreGraphics 的 OC 语言封装，其中, Core Aniamtion 主要通过 layer object 来管理和展示内容, 实际利用 CALayer 这个类来进行处理.

隐式动画与显式动画

当你仅仅改变 CALayer 一个可做动画的属性时, 这个改变并不会立刻在屏幕上体现出来. 相反, 该属性会从先前的值平滑过渡到新的值. 这就是隐式动画. 默认动画时间是0.25s.

let layer = CALayer()
layer.bounds = CGRect(x: 0, y: 0, width: 100, height: 100)
layer.backgroundColor = UIColor.red.cgColor
view.layer.addSublayer(layer)

@IBAction func changeColor(_ sender: UIButton) {
    
    let red = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    let green = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    let blue = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    layer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue, alpha: 1.0).cgColor
}

当你改变一个属性，Core Animation 是如何判断动画类型和持续时间的呢？
实际上动画执行的时间取决于当前事务的设置, 动画类型取决于图层行为.

事务是通过 CATransaction 类来做管理. 用类方法 begin 和 commit 分别来对动画的图层属性做入栈或者出栈.

Core Animation 在每个 run loop 周期中自动开始一次新的事务, 即使你不显式地使用 [CATransaction begin] 开始一次事务, 在一个特定 run loop 循环中的任何属性的变化都会被收集起来, 然后做一次0.25秒的动画.

注: run loop 是 iOS 负责收集用户输入, 处理未完成的定时器或者网络事件, 最终重新绘制屏幕的东西.

下面是利用 CATransaction 控制动画时间

CATransaction.begin()
CATransaction.setAnimationDuration(3)
let red = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
let green = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
let blue = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
layer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue, alpha: 1.0).cgColor

// 打印当前动画的时间
print(CATransaction.animationDuration()) // 3, 默认是 0.25
CATransaction.commit()

基于 UIView 的动画

在上一篇文章中, 我们知道 UIView 有一种基于 Block 的动画. 通过 +animateWithDuration:animations: 可以非常简单的属性动画. CATransaction 的 begin 和 commit 方法在 animateWithDuration:animations: 内部自动调用，这样 block 中所有属性的改变都会被事务所包含.

我们之前的动画都是通过单独的 layer 修改属性, 产生隐式动画. 但如果我们通过 view 的关联图层, 修改其属性, 会产生隐式动画吗?

@IBAction func changeColor(_ sender: UIButton) {
    
    CATransaction.begin()
    CATransaction.setAnimationDuration(3)
    let red = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    let green = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    let blue = CGFloat(arc4random()) / CGFloat(INT_MAX)
    view.layer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue, alpha: 1.0).cgColor
    
    CATransaction.commit()
}

为了让动画更明显, 我们延长了动画的时间. 但是, 即使这样, 当按下按钮时, 图层颜色瞬间切换到新的值, 并没有原来的那种平滑过渡的动画. 难道 UIView 的关联图层把隐式动画禁用了吗?

我们需要思考一个问题, 隐式动画是如何实现的?

当修改 CALayer 的一个可做动画的属性时, 该属性会从先前的值平滑过渡到新的值. 这一切都是默认的行为. 我们称之为隐式动画.
对于直接修改 UIView 关联的图层的属性时.

Core Animation 是通过下面这几步, 来识别具体要展示什么动画(action 对象).

如果 layer 有一个 delegate，并且 delegate 实现了 actionForLayer:forKey 方法, layer 调用这个方法. delegate 必须做下面几件事之一:

返回给定 key 的 action 对象.

如果它不处理 action 对象则返回 nil, 在这种情况下搜索继续.

返回 NSNull 对象, 在这种情况下搜索立即结束.

如果没有 delegate , 或者 delegate 没有实现 -actionForLayer:forKey 方法, 在 layer 的 actions 字典中寻找给定的 key 对应的 action 对象.

如果 actions 字典没有包含对应的属性, 该 layer 在 style 字典中查找包含该键的 action 字典. (换句话说, style 字典包含一个操作键, 其值也是字典. 该层在第二个字典中查找给定键.)

如果在 style 里面也找不到对应的行为, 那么 layer 将会直接调用定义了每个属性的标准行为的 -defaultActionForKey: 方法.

该 layer 执行 Core Animation 定义的隐式操作 (如果有).

情况一
下面是一个示例, 为 layer 添加了一个 CABasicAnimation 对象, 在查找 action 对象时会返回 CABasicAnimation 对象.

let layer = CALayer()
layer.bounds = CGRect(x: 0, y: 0, width: 100, height: 100)
layer.backgroundColor = UIColor.red.cgColor
view.layer.addSublayer(layer)

let basicAni = CABasicAnimation(keyPath: "position")
layer.add(basicAni, forKey: "basicAni")

情况二
如果只是单纯的改变 CALayer 的属性, 它没有实现 actionForLayer:forKey 方法, 也没有在 action 字典中添加动画, 那么它会直接走到, 第5步, 显示隐式动画(如果有).

selfLayer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue, alpha: 1.0).cgColor

CALayer 类的这些属性都是有默认隐式动画的, 为 CABasicAnimation

anchorPoint, backgroundColor, 

borderColor, borderWidth, bounds, contents,

contentsRect, cornerRadius, hidden, mask, maskToBounds,

opacity, position, shadowColor, shadowOffset, shadowOpacity, 

shadowPath, shadowRadius, sublayers, sublayerTransform

情况三
每个 UIView 对它关联的图层都扮演了一个 delegate , 并且提供了 -actionForLayer:forKey 的实现方法. 当不在一个动画块的实现中, UIView 对所有图层行为返回 NSNull 对象.

view.layer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue, alpha: 1.0).cgColor

要产生动画我们需要这么做

UIView.animate(withDuration: 3) {
//            self.view.layer.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue,     alpha: 1.0).cgColor
    // 这两个方法是一样的
    self.view.backgroundColor = UIColor(red: red, green: green, blue: blue,     alpha: 1.0)
}

上面这种是我们比较常见, 也是比较常用的方式.
底层封装了大概这样的代码. 为了验证我们的想法

let outSideAction = self.view.action(for: self.view.layer, forKey: "backgroundColor")
print("outSideAction: ", outSideAction)
    
UIView.beginAnimations(nil, context: nil)
    
let inSideAction = self.view.action(for: self.view.layer, forKey: "backgroundColor")
print("inSideAction: ", inSideAction)
    
UIView.commitAnimations()

打印结果
outSideAction:  Optional()
inSideAction:  Optional(; fillMode = both; timingFunction = easeInEaseOut; duration = 0.2; fromValue =  [ (kCGColorSpaceICCBased; kCGColorSpaceModelMonochrome; Generic Gray Gamma 2.2 Profile; extended range)] ( 1 1 ); keyPath = backgroundColor>)

我们能发现, 在动画块外部, background 这个属性是没有动画对象, 但是在动画块的内部, 会有一个 CABasicAnimation 对象, 动画时间为 0.2s.

所以当属性在动画块之外发生改变, UIView 直接通过返回 nil 来禁用隐式动画. 但如果在动画块范围之内，根据动画具体类型返回相应的属性, 在这个例子就是 CABasicAnimation.

我们也可以通过 [CATransaction setDisableActions:YES]; 来主动禁用隐式动画.

显式动画

属性动画 CAPropertyAnimation
属性动画分为基础动画(CABasicAnimation) 和关键帧动画(CAKeyFrameAnimation).
基于 CABasicAnimation, 还有 Spring 动画(CASpringAnimation).
转场动画 CATransition
动画组 CAAnimationGroup

具体的代码我在这里就不列出来了, 如果需要, 看一下这个.

CALayer 类的子类

不同的 layer 类提供专属行为

Class	Usage
CAEmitterLayer	用于实现基于Core Animation的粒子发射器系统。发射器层对象控制粒子的生成及其来源
CAGradientLayer	用于绘制填充图层形状的颜色渐变（在任何圆角的边界内）
CAMetalLayer	用于设置和销售可绘制纹理，以使用Metal渲染图层内容。
CAEAGLLayer/CAOpenGLLayer	用于设置后备存储和上下文，以使用OpenGL ES（iOS）或OpenGL（OS X）呈现图层内容。
CAReplicatorLayer	当您想要自动复制一个或多个子图层时使用。复制器为您制作副本，并使用您指定的属性来更改副本的外观或属性。
CAScrollLayer	用于管理由多个子层组成的大型可滚动区域。
CAShapeLayer	用于绘制三次Bezier样条曲线。shape layer有利于绘制基于路径的形状
CATextLayer	用于呈现普通或属性文本字符串
CATiledLayer	用于管理大图像，可以将其划分为较小的图块并单独渲染，并支持放大和缩小内容
CATransformLayer	用于呈现真正的3D图层层次结构，而不是由其他图层类实现的展平图层层次结构
QCCompositionLayer	用于渲染Quartz Composer合成。（仅限OS X）

如果对各个子类感兴趣, 在这里有他们的实现

参考

CoreAnimation(核心动画)概述
Core Animation Programming Guide
iOS-Core-Animation-Advanced-Techniques