版本
Xcode 10.2
iPhone 6s (iOS12.4)
( 本文示例所用测试版本如上, 一些方法结论可能不适用于较旧版本的iOS/Xcode, 如需使用应先测试验证. )

继承关系

UIWindow : UIView : UIResponder : NSObject

结构

新建一个”Single View App”模板App, 点击Debug view hierarchy按钮, 打开的层级关系图如下:

UIWindow简单结构

简介

The backdrop for your app’s user interface and the object that dispatches events to your views.
编者译: UIWindow对象充当了App中UI界面的背景(容器/载体), 还有一个作用是分派事件给各种view.

根据Apple官方文档的这段话, 可以延伸为以下两点:

App中任何一个view, 只有添加到相应的window中, 才能显示出来;
触摸事件会被传递到触摸区域内的最上层的window, 非触摸事件会被传递到keyWindow (详见后文), 并由window将事件分发给恰当的view.

一般来说, 一个App只有一个window. 当我们使用Single View App模板来创建App的时候, 系统会帮我们创建好一个Main.storyboard, 一个ViewController (关联storyboard里面的VC), 以及一个AppDelegate等. 在AppDelegate.h文件中, 会有一个window属性, 这个属性的rootViewController就是前面的ViewController, 而且把ViewController的View添加到了window中, 这才把View显示出来, 如上图所示. 只不过这一系列的操作都是隐藏的, 所以一般我们很少和window打交道.
一个App只能有一个window吗? 答案是否定的. App可以有很多window, 要么是我们自己创建的, 要么是系统帮我们创建的, 下文列举一二.

App中有哪些常见window

主window, 即AppDelegate.h里面的window, 由系统创建或者我们自己创建, 用来呈现App内容;
当使用UIAlertView或者UIAlertViewController创建一个提示弹框的时候, 系统会创建一个window: UITextEffectsWindow
当弹出系统键盘的时候, 系统创建两个window: UITextEffectsWindow 和 UIRemoteKeyboardWindow
手机状态栏的UIStatusBarWindow, 属于系统级别, 不被App所持有;
我们自己创建的一些window, 比如登录界面, 加载界面, 自定义提示框, 自定义键盘, 悬浮球, 录音状态栏等等.
外接屏幕需要新建一个window来显示, 如投影到电视设备等.

注: 关于第2点, 使用UIAlertView创建提示框, 除了新增UITextEffectsWindow, 其实还有_UIAlertControllerShimPresenterWindow, 这货变成了keyWindow, 不过不在App的windows列表中, 后文另有介绍.

window的创建

系统模板创建

前文提到, 使用系统模板创建App, 系统会自动创建window. 大概流程是:

程序入口main(),
调用UIApplicationMain方法创建UIApplication对象(默认为AppDelegate),
根据Info.plist里”Main storyboard file base name” (等同targets中的Main interface选项) 对应的名称作为main storyboard并加载之,
偷偷摸摸地实例化AppDelegate.h中的window,
将Main.storyboard里的Initial View Controller (默认为ViewController)设为window的rootViewController, 此时相当于把ViewController的View添加到window中,
执行makeKeyAndVisible方法将window设为keyWindow并使其可见(hidden=NO),
创建完成, 显示.

自定义创建

本来想新建一个空的project来从头演示window的创建, 但是新版Xcode默认不允许创建空的项目. 无奈只好先创建模板App, 然后删除默认storyboard/AppDelegate等文件, 再新建自定义的.

新建模板App;
删除所有AppDelegate/storyboard/ViewController文件, 剩余Info.plist和main.m文件;
Info.plist中把key”Launch screen interface file base name”与”Main storyboard file base name”后面的value去掉;
新建一个MyAppDelegate(名称自定)继承自UIResponder, 实现UIApplicationDelegate协议,
在MyAppDelegate.h文件中创建一个UIWindow实例对象myWindow, 使用强引用;
新建一个MyViewController继承自UIViewController;
在MyAppDelegate.m中实现代理方法application:didFinishLaunchingWithOptions:, 返回值YES,
在main.m导入我们新建的MyAppDelegate.h, 并修改main函数里面的AppDelegate为MyAppDelegate;
最后在MyAppDelegate.m导入MyViewController.h, 在application:didFinishLaunchingWithOptions:方法中添加如下代码.

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    
    self.myWindow = [[UIWindow alloc] init];                // 实例化UIWindow, 其尺寸默认为屏幕大小([UIScreen mainScreen])
    MyViewController *VC = [[MyViewController alloc] init]; // 实例化MyViewController
    self.myWindow.rootViewController = VC;                  // 设置rootViewController, 相当于强引用VC, 故而VC不需用全局变量
    [self.myWindow makeKeyAndVisible];                      // 设为keyWindow并使其可见(Hidden=NO)
    
    return YES;
}

以上创建的工程和使用模板创建的工程对比, 除了不使用storyboard, 效果均一致.
如果要销毁一个UIWindow对象, 可将其置nil即可 (至于网上也有人说先hidden再nil, 但我测试好像没有这个必要). nil后, keyWindow会自动变为[UIApplication sharedApplication].windows中level高的并且是可见的window, 如果level相同, 后添加的将成为新keyWindow; 如果不符合前面的条件, 则keyWindow值为nil.
到这里, 我们应该对UIWindow有了个简单的认识, 接下来再探讨一下UIWIndow的一些方法属性.

方法属性

@property(nonatomic,strong) UIScreen *screen NS_AVAILABLE_IOS(3_2);  // default is [UIScreen mainScreen]. changing the screen may be an expensive operation and should not be done in performance-sensitive code

@property(nonatomic) UIWindowLevel windowLevel;                   // default = 0.0
@property(nonatomic,readonly,getter=isKeyWindow) BOOL keyWindow;
- (void)becomeKeyWindow;                               // override point for subclass. Do not call directly
- (void)resignKeyWindow;                               // override point for subclass. Do not call directly

- (void)makeKeyWindow;
- (void)makeKeyAndVisible;                             // convenience. most apps call this to show the main window and also make it key. otherwise use view hidden property

@property(nullable, nonatomic,strong) UIViewController *rootViewController NS_AVAILABLE_IOS(4_0);  // default is nil

- (void)sendEvent:(UIEvent *)event;                    // called by UIApplication to dispatch events to views inside the window

- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point toWindow:(nullable UIWindow *)window;    // can be used to convert to another window
- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point fromWindow:(nullable UIWindow *)window;  // pass in nil to mean screen
- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect toWindow:(nullable UIWindow *)window;
- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect fromWindow:(nullable UIWindow *)window;

这些方法属性Apple基本都有注解, 下面挑重点一一探讨.

1. screen

默认为[UIScreen mainScreen] (屏幕大小). 我们也可自定义一个尺寸, 但是假如不铺满屏幕, 尺寸之外的区域将显示不出来, 呈黑色.

2. windowLevel

window层级, 表示在z轴方向上的位置关系. 属于CGFloat类型, 默认值为0.0, 取值范围为-10000000.0到10000000.0. 验证代码如下:

self.myWindow.windowLevel = -100000000000000.0;
NSLog(@"%f", self.myWindow.windowLevel);        // -10000000.000000
self.myWindow.windowLevel = 100000000000000.0;
NSLog(@"%f", self.myWindow.windowLevel);        // 10000000.000000

另外, 系统定义了几个层级, 其值如下:

UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelNormal;       // 0.0
UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelAlert;        // 2000.0
UIKIT_EXTERN const UIWindowLevel UIWindowLevelStatusBar;    // 1000.0

在可见状态下, 层级高的window会遮挡掉层级低的window. 例如: 设置myWindow.windowLevel=999.9, 状态栏可见; myWindow.windowLevel=1000.1, 状态栏被覆盖不可见.
如果两个window的windowLevel相等, 那么后显示出来的window会覆盖前面的, 所谓显示, 指的是self.myWindow.hidden=No或[self.myWindow makeKeyAndVisible]操作.

3. keyWindow

The key window receives keyboard and other non-touch related events. Only one window at a time may be the key window.

这个属性相当重要, 因为一个window只有成为keyWindow才能接收键盘事件和非触摸类事件. 这里所说的键盘事件, 并不是指键盘的弹出收起事件, 因为这些事件任何一个类只要注册通知都能接收到, 这里说的键盘事件应该指的是键盘传递的值. 例如, 创建两个window同时显示, 每个window上的view里面添加一个textField用于弹出键盘, 当点击其中一个textField后, 其所在的window就会被设置成keyWindow, 然后才可愉快地输入.
同一时刻只能有一个keyWindow.
这里顺便提一下, 假如一开始我们没设置makeKeyAndVisible, 而只是hidden=No, 此时window仍可显示, 但是keyWindow为nil, 如果在界面上面添加textField, 点击后系统就会将当前的window设为keyWindow.
这个属性是readonly只读属性, 如果要设置一个window为keyWindow, 使用makeKeyWindow或者makeKeyAndVisible方法.

4. becomeKeyWindow

当window成为keyWindow时, 系统会调用此方法同时发出UIWindowDidBecomeKeyNotification通知, 以便该window知道自己成为了keyWindow. 需要注意的是, 这是类似一个系统回调方法, 我们不要主动调用他, 否则可能出现不可预料后果.
我们可以重写它, 来执行成为keyWindow后的相关任务.

5. resignKeyWindow

当window从keyWindow变成非KeyWindow时, 系统会调用此方法同时发出UIWindowDidResignKeyNotification通知. 同上.

6. makeKeyWindow

调用此方法的window将成为新的keyWindow, 同时不改变其可见性(hidden). 强调, 同一时刻只能有一个keyWindow.

7. makeKeyAndVisible

调用此方法的window将成为新的keyWindow, 同时可见(hidden=NO). 相当于 makeKeyWindow + hidden=NO.

8. rootViewController

根视图控制器, 提供窗口的内容视图, 即rootViewController的self.view当做window的内容视图来展示, 其view跟随window的大小的变化而变化.

9. sendEvent:

UIApplication对象调用这个方法分派事件给window, 然后window又将这些事件分派给适当的view (UIApplication和UIWindow均声明了sendEvent:方法). 我们可以自定义子类继承自UIApplication/UIWindow, 并重写这个方法, 将事件分派给UIResponder的响应程序链, 实现对事件的监控或执行特殊的事件处理.

10. convertPoint..

坐标转换. 略.

window变化通知

UIKIT_EXTERN NSNotificationName const UIWindowDidBecomeVisibleNotification; // 当window显示(hidden=NO)
UIKIT_EXTERN NSNotificationName const UIWindowDidBecomeHiddenNotification;  // 当window隐藏(hidden=YES)
UIKIT_EXTERN NSNotificationName const UIWindowDidBecomeKeyNotification;     // 当window成为keyWindow
UIKIT_EXTERN NSNotificationName const UIWindowDidResignKeyNotification;     // 当window变成非keyWindow

注意:

如果当前keyWindow直接nil, 不会发送UIWindowDidResignKeyNotification通知; 而只有别的window调用makeKeyWindow/makeKeyAndVisible后, 才会发送UIWindowDidResignKeyNotification通知. 例如: 有两个window A和B, A为keyWindow, 当直接window A = nil, 则keyWindow变成window B, 但此时不会发送通知; 而A为keyWindow, B调用makeKeyWindow/makeKeyAndVisible后, 则B也会变成keyWindow, 同时发送通知.
如果对当前keyWindow直接隐藏(hidden=YES), 首先会发送UIWindowDidResignKeyNotification通知并且辞去keyWindow职务, 接着发送UIWindowDidBecomeHiddenNotification通知.

应用

UIAlertView

这个类在iOS9.0中被遗弃, 但目前还可使用. 当我们show这个类的实例 (弹出提示框) 的时候, 系统实际上先后创建了两个window: _UIAlertControllerShimPresenterWindow 和 UITextEffectsWindow.

show流程是:

_UIAlertControllerShimPresenterWindow可见
当前keyWindow变成非keyWindow
_UIAlertControllerShimPresenterWindow成为keyWindow
UITextEffectsWindow可见

dismiss流程是:

_UIAlertControllerShimPresenterWindow变成非keyWindow
原来的window成为keyWindow
_UIAlertControllerShimPresenterWindow隐藏

在alertView出来的时候, keyWindow是_UIAlertControllerShimPresenterWindow; alertView消失后, windows中仍保留UITextEffectsWindow.

_UIAlertControllerShimPresenterWindow是什么?
暂时查不到资料, 但根据字面意思, 是alaerView的呈现载体, 也就是说alertView在_UIAlertControllerShimPresenterWindow里面, 而后者不被App持有.

UITextEffectsWindow又是什么鬼?
也没啥资料, 大概是和键盘输入相关的window. (alertView的按钮不就相当于键盘嘛..)

UIAlertController

iOS9.0之后, 系统建议我们使用的类. 但是和UIAlertView不同的是, 使用UIAlertController弹出弹框后, 虽然增加了UITextEffectsWindow, 但是keyWindow并没有改变, 而且UIAlertController显示的view是添加到keyWindow去显示的.

keyboard

iOS10.0之前, 调用系统键盘后, 出现UITextEffectsWindow; iOS10.0之后, 新增了UIRemoteKeyboardWindow. UITextEffectsWindow是和键盘输入相关的window
UIRemoteKeyboardWindow是键盘视图所在的window, 而且level为最高的10000000.0

重登陆

当我们使用支付宝或者一些金融类App的时候, 会发现当App从后台返回前台的时候, 总是要重新输入密码, 以提高软件安全性. 这个重新输入的密码界面一般是通过新增一个window来实现的, 因为它可能从App中任意一个界面调用出来, 使用VC或者view的话终究不太方便.
下面来简单介绍一下实现过程, 代码比较简单, 就不贴上了:

AppDelegate中监听返回前台的通知applicationWillEnterForegroundNotification;
在通知中实例化一个自定义window并makeKeyAndVisible, window中加入我们的密码界面;
当用户输入正确密码后直接将该window=nil, 系统自动将keyWindow变为上之前的window.

悬浮球

只是简单实现, 拒绝和那些成熟的项目作对比.
工程结构如下:

悬浮球Demo

在模板App上面添加了两个VC, 分别作为suspensionWindow和logWindow的rootViewController. 下面直接贴上代码.

AppDelegate.h

#import 

@interface AppDelegate : UIResponder 

@property (strong, nonatomic) UIWindow *window;
@property (nonatomic, strong) UIWindow *suspensionWindow;
@property (nonatomic, strong) UIWindow *logWindow;

@end

AppDelegate.m

#import "AppDelegate.h"
#import "SuspensionViewController.h"
#import "LogViewController.h"

@interface AppDelegate () 

@end

@implementation AppDelegate


- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    
    // 创建suspensionWindow
    self.suspensionWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 100, 60, 60)];
    SuspensionViewController *suspensionVC = [[SuspensionViewController alloc] init];
    suspensionVC.delegate = self;
    self.suspensionWindow.rootViewController = suspensionVC;
    self.suspensionWindow.windowLevel = 0.2;        // 主window 0.0, 键盘window 1.0, logWindow 0.1
    self.suspensionWindow.hidden = NO;              // 可见
    
    return YES;
}


#pragma makr - SuspensionViewControllerDelegate

// 单击悬浮球 回调
- (void)suspensionViewController:(SuspensionViewController *)suspensionVC didClickButton:(UIButton *)btn {
    
    if (btn.selected) {
        
        // 创建logWindow并设为可见
        self.logWindow = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[UIScreen mainScreen].bounds];
        LogViewController *logVC = [[LogViewController alloc] init];
        self.logWindow.rootViewController = logVC;
        self.logWindow.windowLevel = 0.1;
        self.logWindow.hidden = NO;
        
    }else {
        
        // 销毁logWindow
        self.logWindow = nil;
        
    }
}


@end

ViewController.m

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(timeIsUp:) userInfo:nil repeats:YES];
}


- (void)timeIsUp:(NSTimer *)timer {
    
    NSString *message = [NSString stringWithFormat:@"%@ test", [self getCurrentTimeString]];
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"LogMessageNotification" object:message];
}


// 获取当前时间str
- (NSString *)getCurrentTimeString {

    // 日期解析器
    NSDateFormatter *dateFormatter = [[NSDateFormatter alloc] init];
    dateFormatter.timeZone = [NSTimeZone systemTimeZone];   // 设置时区 (跟随系统)
    [dateFormatter setDateFormat:@"hh:mm:ss:SSS"];          // 设置时间字符串格式
    
    // 获取当前时间（GMT）
    NSDate *date = [NSDate date];
    
    // 转换成时间字符串
    NSString *dateStr = [dateFormatter stringFromDate:date];
    
    return dateStr;
}


@end

SuspensionViewController.h

#import 

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@class SuspensionViewController;

@protocol SuspensionViewControllerDelegate 

@optional
- (void)suspensionViewController:(SuspensionViewController *)suspensionVC didClickButton:(UIButton *)btn;

@end


@interface SuspensionViewController : UIViewController

@property (nonatomic, weak) id    delegate;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

SuspensionViewController.m

#import "SuspensionViewController.h"
#import "AppDelegate.h"


@interface SuspensionViewController ()

@property (nonatomic, strong) UIButton  *btn;

@end


@implementation SuspensionViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    // init UI
    self.view.backgroundColor = [UIColor purpleColor];
    self.view.alpha = 0.5;
    [self.view addSubview:self.btn];
    
    // 添加拖动手势
    UIPanGestureRecognizer *pan = [[UIPanGestureRecognizer alloc] initWithTarget:self action:@selector(panAction:)];
    [self.view addGestureRecognizer:pan];
}


- (void)viewWillLayoutSubviews {
    NSLog(@"%s", __func__);
    
    self.view.layer.cornerRadius = self.view.frame.size.width/2.0;
    self.btn.frame = self.view.bounds;
}


#pragma mark - UI事件

- (void)btnAction:(UIButton *)btn {
    btn.selected = !btn.selected;
    
    if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(suspensionViewController:didClickButton:)]) {
        [self.delegate suspensionViewController:self didClickButton:btn];
    }
}


- (void)panAction:(UIPanGestureRecognizer *)sender {
    
    // 获取AppDelegate实例, 主window, 悬浮球window
    AppDelegate *appDelegate = (AppDelegate *)[UIApplication sharedApplication].delegate;
    UIWindow *mainWindow = appDelegate.window;
    UIWindow *suspensionWindow = appDelegate.suspensionWindow;
    
    switch (sender.state) {
            
        case UIGestureRecognizerStateBegan:
            {
                self.view.alpha = 1.0;
            }
            break;
            
        case UIGestureRecognizerStateChanged:
            {
                // 悬浮球跟随手势移动
                suspensionWindow.center = [sender locationInView:mainWindow];
            }
            break;
            
        case UIGestureRecognizerStateEnded:
        case UIGestureRecognizerStateFailed:
        case UIGestureRecognizerStateCancelled:
            {
                self.view.alpha = 0.5;
                // 悬浮球靠边
                float x = suspensionWindow.frame.size.width/2;
                if (suspensionWindow.center.x > mainWindow.frame.size.width/2) {
                    x = mainWindow.frame.size.width - suspensionWindow.frame.size.width/2;
                }
                [UIView animateWithDuration:0.2 animations:^{
                    suspensionWindow.center = CGPointMake(x, suspensionWindow.center.y);
                }];
            }
            break;
            
        default:
            break;
    }
}


#pragma mark - lazy

- (UIButton *)btn {
    
    if (_btn == nil) {
        _btn = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
        _btn.frame = self.view.bounds;
        [_btn setTitle:@"Log" forState:UIControlStateNormal];
        [_btn setTitleColor:[UIColor whiteColor] forState:UIControlStateNormal];
        [_btn addTarget:self action:@selector(btnAction:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    }
    
    return _btn;
}


@end

LogViewController.m

#import "LogViewController.h"

@interface LogViewController ()

@property (nonatomic, strong) UITextView    *textView;

@end

@implementation LogViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    // init UI
    self.view.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:177.0/255.0 green:177.0/255.0 blue:177.0/255.0 alpha:0.5];
    [self.view addSubview:self.textView];
    
    // 监听通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(logMessage:) name:@"LogMessageNotification" object:nil];
}


- (void)dealloc
{
    // 移除所有通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
}


// 通知响应方法
- (void)logMessage:(NSNotification *)sender {
    
    NSString *message = (NSString *)sender.object;
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.textView.text = [NSString stringWithFormat:@"%@%@\n", self.textView.text, message];
        // 总是跳到最后一行
        [self.textView scrollRangeToVisible:NSMakeRange(self.textView.text.length, 1)];
    });
}


#pragma mark - lazy

- (UITextView *)textView {
    
    if (_textView == nil) {
        _textView = [[UITextView alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, [UIScreen mainScreen].bounds.size.width/2, [UIScreen mainScreen].bounds.size.height/2)];
        _textView.center = CGPointMake([UIScreen mainScreen].bounds.size.width/2, [UIScreen mainScreen].bounds.size.height/2);
        _textView.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:0 green:1.0 blue:1.0 alpha:0.5];
        _textView.editable = NO;    // 禁用键盘
        _textView.text = @"";
    }
    
    return _textView;
}


@end

运行效果如下:

LearnUIWindow

iOS开发之UI篇（12）—— UIWindow

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