iOS 屏幕旋转/横竖屏切换适配

前言

现在大部分的智能移动设备通过自动旋转，能够自动切换去呈现最适合当前屏幕显示的内容，无疑大大提升了使用者的用户体验。不过作为开发者，想要达到完美的适配效果，还是要下一番功夫钻研尝试才能做得的。笔者就根据自己适配屏幕自动旋转的工作经验，在此做一点总结。

硬件原理

为了检测设备（最关键的就是面子——屏幕）当前在三维空间中的朝向，现在的智能设备都内置了加速计。这一部分完全参照来源【1】：

通过感知特定方向的惯性力总量，加速计可以测量出加速度和重力，ios设备内的加速计是一个三轴加速计，这意味着它能够检测出三维空间中的运动或重力引力。因此加速计不但可以指示握持电话的方式（如自动旋转功能），而且如果电话放在桌子上的话还可以指示电话的正面朝上还是朝下。

加速计可以测量g引力（g代表重力），因此加速计返回值为1.0时，表示在特定的方向上感知到1g。

• 如果是静止握持iphone而没有任何运动，那么地球引力对其施加的力大约为1g
• 如果是纵向竖直握持，那么设备会检测并报告在其y轴上施加的力大约为1g
• 如果是以一定的角度握持，那么1g的力会分布到不同的轴上，这取决于握持的方式，在以45度握持时，1g的力会均匀的分解到两个轴上。如果检测到加速计值远大于1g，那么可以判断是突然运动，，正常使用时加速计在任何一个轴上都不会检测到远大于1g的值，如果摇动、坠落或投掷设备，那么加速计便会在一个或多个轴上检测到很大的力。

下图所示加速计所使用的三轴结构

当然，如今的智能手机里往往不光内置了加速计，往往还有陀螺仪。这一方面的知识就由大家自行去挖掘吧，很多游戏都是利用它去实现很自然的操作感。

软件适配

朝向定义

既然硬件能获取到当前屏幕的朝向，苹果的SDK也一定会为开发者提供接口指定有哪些朝向可选，以及如何获取到当前朝向。在 UIDevice.h 以及 UIApplication.h 中可见其定义如下：

7种设备朝向：

typedef NS_ENUM(NSInteger, UIDeviceOrientation) {
    UIDeviceOrientationUnknown,
    UIDeviceOrientationPortrait,            // Device oriented vertically, home button on the bottom
    UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown,  // Device oriented vertically, home button on the top
    UIDeviceOrientationLandscapeLeft,       // Device oriented horizontally, home button on the right
    UIDeviceOrientationLandscapeRight,      // Device oriented horizontally, home button on the left
    UIDeviceOrientationFaceUp,              // Device oriented flat, face up
    UIDeviceOrientationFaceDown             // Device oriented flat, face down
} __TVOS_PROHIBITED;

5种界面朝向：

// Note that UIInterfaceOrientationLandscapeLeft is equal to UIDeviceOrientationLandscapeRight (and vice versa).
// This is because rotating the device to the left requires rotating the content to the right.
typedef NS_ENUM(NSInteger, UIInterfaceOrientation) {
    UIInterfaceOrientationUnknown            = UIDeviceOrientationUnknown,
    UIInterfaceOrientationPortrait           = UIDeviceOrientationPortrait,
    UIInterfaceOrientationPortraitUpsideDown = UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown,
    UIInterfaceOrientationLandscapeLeft      = UIDeviceOrientationLandscapeRight,
    UIInterfaceOrientationLandscapeRight     = UIDeviceOrientationLandscapeLeft
} __TVOS_PROHIBITED;

可见二者的枚举值相互之间对应得上。

另外还有可组合使用的OrientationMask定义，通常在页面声明支持的朝向时用到，后面再展开讨论。

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, UIInterfaceOrientationMask) {
    UIInterfaceOrientationMaskPortrait = (1 << UIInterfaceOrientationPortrait),
    UIInterfaceOrientationMaskLandscapeLeft = (1 << UIInterfaceOrientationLandscapeLeft),
    UIInterfaceOrientationMaskLandscapeRight = (1 << UIInterfaceOrientationLandscapeRight),
    UIInterfaceOrientationMaskPortraitUpsideDown = (1 << UIInterfaceOrientationPortraitUpsideDown),
    UIInterfaceOrientationMaskLandscape = (UIInterfaceOrientationMaskLandscapeLeft | UIInterfaceOrientationMaskLandscapeRight),
    UIInterfaceOrientationMaskAll = (UIInterfaceOrientationMaskPortrait | UIInterfaceOrientationMaskLandscapeLeft | UIInterfaceOrientationMaskLandscapeRight | UIInterfaceOrientationMaskPortraitUpsideDown),
    UIInterfaceOrientationMaskAllButUpsideDown = (UIInterfaceOrientationMaskPortrait | UIInterfaceOrientationMaskLandscapeLeft | UIInterfaceOrientationMaskLandscapeRight),
} __TVOS_PROHIBITED;

朝向获取和设置

有了朝向的定义，该如何获取当前的朝向取值呢？
如果是要获取设备朝向，可以直接通过 UIDevice 实例的属性

// return current device orientation.  this will return UIDeviceOrientationUnknown unless device orientation notifications are being generated.
@property(nonatomic,readonly) UIDeviceOrientation orientation __TVOS_PROHIBITED;       

需要注意注释的内容，也就是必须首先在 UIDevice 朝向通知生成之后才可以正常获取朝向数据。

也就是要监听UIDevice抛出的系统通知 UIDeviceOrientationDidChangeNotification

[[NSNotificationCenter defaultCenter]addObserver:self 
selector:@selector(updateOrientation:) 
name:UIDeviceOrientationDidChangeNotification object:nil];

不过这里其实有一点小坑，那就是还有一对关键的接口苹果没有直接告诉你，那就是

- (void)beginGeneratingDeviceOrientationNotifications __TVOS_PROHIBITED;      // nestable
- (void)endGeneratingDeviceOrientationNotifications __TVOS_PROHIBITED;

必须要在调用前者之后，才会在每次设备朝向变化时触发 UIDeviceOrientationDidChangeNotification 通知。
不过没有必要的话，也要及时调用后者去结束对加速计数据的获取，默默的为用户电池续航助力。

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类似的，也同样可以通过监听下面两个通知去获取UIInterfaceOrientation的变化：

UIKIT_EXTERN NSString *const UIApplicationWillChangeStatusBarOrientationNotification __TVOS_PROHIBITED; // userInfo contains NSNumber with new orientation
UIKIT_EXTERN NSString *const UIApplicationDidChangeStatusBarOrientationNotification __TVOS_PROHIBITED;  // userInfo contains NSNumber with old orientation

二者的差异关键是在notification的userInfo中携带的值，一个是新的朝向值，一个是旧的朝向值，可不要搞反了哦。

再有是通过UIApplication的下面这个属性也可以获取界面朝向。

// Explicit setting of the status bar orientation is more limited in iOS 6.0 and later.
@property(readwrite, nonatomic) UIInterfaceOrientation statusBarOrientation NS_DEPRECATED_IOS(2_0, 9_0) __TVOS_PROHIBITED;

有的同学可能会有疑问，DeviceOrientation 和 StatusBarOrientation是否可以等同使用？关于这个问题，有句话说的好：

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行

动手试一试就会明白，二者实则有着本质不同。

真相在此：前者是指示设备朝向，而后者则是指示当前界面中状态栏的朝向；在[UIDevice beginGeneratingDeviceOrientationNotifications]之后，每次设备旋转，都会有UIDeviceOrientationDidChangeNotification的通知生成，而 UIApplicationWillChangeStatusBarOrientationNotification 则是当前显示controller支持对应的InterfaceOrientation时才会触发。

所以可能会出现这种情况，DeviceOrientation 值 为UIDeviceOrientationLandscapeLeft，但InterfaceOrientation 值却是 UIInterfaceOrientationPortrait，下图就是典型的例子：

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另外，某些应用场景下，还需要去手动设置屏幕旋转，比如播放器往往都既支持自动旋转屏幕去切换全屏播放，同时也允许用户去手动切换全屏或小屏播放。但翻看了半天API描述和文档，要么就是不提供接口，要么就是警告设置受限，那要怎么做呢？其实很简单，只要两行代码搞定：

NSNumber *value = @(UIInterfaceOrientationPortrait);//或者别的想要的值
[[UIDevice currentDevice] setValue:value forKey:@"orientation"];

App及页面适配

• App全局配置

App中全局配置支持朝向的地方，最方便的就是在工程的Target中了，如图所示：

理所当然全局配置其优先级当然是最高的，即使某个页面声明支持某Orientation，但全局配置中并没有选中对应的Device Orientation，是不会起效的。

• 单个页面配置
  具体到某个页面（controller）层级的配置，UIViewController提供了如下的回调方法

    // New Autorotation support.
    - (BOOL)shouldAutorotate NS_AVAILABLE_IOS(6_0) __TVOS_PROHIBITED;
    - (UIInterfaceOrientationMask)supportedInterfaceOrientations NS_AVAILABLE_IOS(6_0) __TVOS_PROHIBITED;
    // Returns interface orientation masks.
    - (UIInterfaceOrientation)preferredInterfaceOrientationForPresentation NS_AVAILABLE_IOS(6_0) __TVOS_PROHIBITED;
  

第一个方法在首次进入controller以及屏幕方向未锁定且触发旋转时会被系统调用（且不重写的话，默认返回值为YES），如果返回NO，那么表明该页面不支持对屏幕旋转做适配；若返回YES，则表明支持旋转，但具体适配了哪几个朝向，则依赖于supportedInterfaceOrientations 方法的返回值，也就是UIInterfaceOrientationMask类型的Option组合。

看起来并不复杂对不对？在设定了App的全局配置，并在相应的controller中实现了这些回调之后发现，有同学可能会失望地发现，设备旋转时这些方法却并没有期望地那样被调到，这是为什么呢？

通过反复验证，发现其实系统确实会调用这个方法，但默认执行粒度是到系统级的 Container View Controller(UINavigationController/UITabBarController)为止（其实直接挂在UIWindow上作为其rootViewController的UIViewController对象的 shouldAutoRotate 方法也会得到调用，但毕竟大多数情况下，我们不会用这么简单的组合结构的）。所以我们额外需要实现的一步，就是转发这个调用消息到我们真正想要处理的那个controller上。当然，可以通过hook系统类的对应方法去做实现，但笔者采用的是在自行定义的UINavigationController继承类中重写这些方法：

#pragma mark Orientation

- (BOOL)shouldAutorotate
{
    BOOL shouldAutorotate = NO;
    UIViewController *viewController;
    if (IOS_VERSION_FLOAT_VALUE >= 8.0)
    {
        viewController = [self visibleViewController];
    }
    else
    {
        viewController = [self topViewController];
    }
    
    if ([viewController isKindOfClass:K12RootViewController.class] && ((K12RootViewController *)viewController).visibleNav) {
        viewController = ((K12RootViewController *)viewController).visibleNav;
    }
    
    if (viewController.ht_currentChildViewController) {
        viewController = viewController.ht_currentChildViewController;
    }
    
    
    if ([viewController isKindOfClass:[UIViewController class]])
    {
        shouldAutorotate = [(UIViewController *)viewController shouldAutorotate];
    }
    
    //弹框也要支持旋转
    if ([viewController isKindOfClass:K12PlayerController.class] || ((IOS_VERSION_FLOAT_VALUE >= 8.0) ? [viewController isKindOfClass:UIAlertController.class] : NO)) {
        return YES;
    }
    else {
        return NO;
    }
    return shouldAutorotate;;
}

- (UIInterfaceOrientationMask)supportedInterfaceOrientations
{    
    NSUInteger supportedInterfaceOrientations = UIInterfaceOrientationMaskPortrait;
    UIViewController *viewController;
    if (IOS_VERSION_FLOAT_VALUE >= 8.0)
    {
        viewController = [self visibleViewController];
    }
    else
    {
        viewController = [self topViewController];
    }
    
    if ([viewController isKindOfClass:K12RootViewController.class] && ((K12RootViewController *)viewController).visibleNav) {
        viewController = ((K12RootViewController *)viewController).visibleNav;
    }
    
    if (viewController.ht_currentChildViewController) {
        viewController = viewController.ht_currentChildViewController;
    }

    //向UIAlertController发送supportedInterfaceOrientations消息会crash……
    if ([viewController isKindOfClass:UIAlertController.class]) {
        return UIInterfaceOrientationMaskAllButUpsideDown;
    }
    
    if ([viewController isKindOfClass:[UIViewController class]])
    {
        supportedInterfaceOrientations = [(UIViewController *)viewController supportedInterfaceOrientations];
    }
    
    return supportedInterfaceOrientations;
}

可以看到其中有各种各样case的处理，原因就是除了播放页面支持竖屏、左横屏以及右横屏(UIInterfaceOrientationMaskAllButUpsideDown)之外，我们产品中的其他页面都是只支持横屏显示的(UIInterfaceOrientationMaskPortrait)，同时在当前页面上有UIAlertController(iOS8 之后）弹出时，也要设置其支持跟随屏幕旋转。

类似的，如果 UIWindow 对象的 rootViewController 是 UITabBarController 的话，则需要转发消息给其 selectedViewController 属性对象，具体实现就不再赘言啦。

• 踩过的坑

说起来，项目开发中不踩点坑简直对不起程序猿这个title啊 —— 前面提到过

...挂在UIWindow上作为其rootViewController的UIViewController对象的 shouldAutoRotate 方法也会得到调用

这里往往会隐藏一个问题，默认在AppDelegate.m中，我们会这样做：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    ...
    self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[UIScreen mainScreen].bounds];
    
    self.k12RootController = [[K12RootViewController alloc] init];
    K12NavigationController *navController = [[K12NavigationController alloc] initWithRootViewController: self.k12RootController];
    
    self.window.rootViewController = navController;
    
    [self.window makeKeyAndVisible];
    ...
}

当然，这看起来没有问题。但是假如App中还存在别的 UIWindow 对象呢？旋转时，它的rootViewController 的 shouldAutoRotate 方法也将被调用，若没有重写过，则其默认返回YES；如果与其他 UIWindow对象(特别是keyWindow) 所呈现的最顶部页面的返回值不一致，就会出现一些神奇的表现，如下图所示：

切换到横屏下时，状态栏居然消失了！！该情况的出现，就是因为在该答题页面的上一个页面（播放页面）中使用了一个第三方组件去绘制Menu，而其设计存在瑕疵，在生成Menu对象而非显示时就已经生成了一个UIWindow对象并持有了它。然后在进入答题页面时，虽然对应的controller的 shouldAutoRotate 方法返回了 NO，但Menu对应的UIWindow对象其rootViewController默认返回YES，导致出现页面保持竖屏显示，但状态栏响应了旋转的奇怪现象。

这个问题最终还是通过hook掉 UIViewController 的shouldAutoRotate 方法，去追踪究竟是哪个controller对象返回了默认值 YES 才最终大白天下。这也提醒我们，对开源库的品质也是谨慎对待的，往往太复杂业务场景，还是需要自己去定制功能才能满足。

总结

这篇文章也算是在参与某产品开发过程中，屏幕旋转适配过程中，踩了不少坑之后经验教训的一个总结。当然，想要实现页面的横竖屏切换效果，并不是只有这一条路径，还可以通过UIView的transform属性去实现，不过那就是另一个话题啦 。

@property(nonatomic) CGAffineTransform transform;   // default is CGAffineTransformIdentity. animatable

ヾ(￣▽￣)Bye_Bye

参考资料

【1】ios 关于屏幕旋转和屏幕晃动

【2】iOS指定页面屏幕旋转，手动旋转（某app实现功能全过程）

【3】iOS: Using UIDeviceOrientation to Determine Orientation