iOS动画-核心动画（Core Animation）

iOS动画篇：核心动画
iOS动画详解（学习动画看这一篇就够了）

基本概念
1. 什么是核心动画
Core Animation(核心动画)是一组功能强大、效果华丽的动画API，无论在iOS系统或者在你开发的App中，都有大量应用。其处于QurtzCore框架内。

核心动画所处位置：

可以看到，核心动画位于UIKit的下一层，相比UIView动画，它可以实现更复杂的动画效果。

核心动画作用在CALayer（Core animation layer）上，CALayer从概念上类似UIView，我们可以将UIView看成是一种特殊的CALayer（可以响应事件）。

实际上，每一个view都有其对应的layer，这个layer是root layer：

@property(nonatomic,readonly,strong)                 CALayer  *layer;

给view加上动画，本质上是对其layer进行操作，layer包含了各种支持动画的属性，动画则包含了属性变化的值、变化的速度、变化的时间等等，两者结合产生动画的过程。

核心动画和UIView动画的对比：UIView动画可以看成是对核心动画的封装，和UIView动画不同的是，通过核心动画改变layer的状态（比如position），动画执行完毕后实际上是没有改变的（表面上看起来已改变）。

总体来说核心动画的优点有：

1）性能强大，使用硬件加速，可以同时向多个图层添加不同的动画效果
2）接口易用，只需要少量的代码就可以实现复杂的动画效果。
3）运行在后台线程中，在动画过程中可以响应交互事件（UIView动画默认动画过程中不响应交互事件）。

2.核心动画类的层次结构

CAAnimation：核心动画的基础类，不能直接使用，负责动画运行时间、速度控制，本身是实现了CAMediaTiming协议
CAPropertyAnimation：属性动画的基类，即通过属性进行动画设置，不能直接使用。
CAAnimationGroup：动画组，可以通过动画组来进行所有动画行为的统一控制，组中所有动画可以并发执行。
CATransition：转场动画，主要通过滤镜进行动画效果设置。
CABasicAnimation：基础动画，通过修改属性进行动画参数控制，只有初始状态和结束状态。
CAKeyFrameAnimation：关键帧懂的规划，通过修改属性进行动画，可以有多个状态控制。

iOS9.0之后新增CASpringAnimation类，它实现弹簧效果的动画，是CABasicAnimation的子类。

3.核心动画类的核心方法
1）初始化CAAnimation对象

+ (instancetype)animation;

如果是CAPropertyAnimation的子类，还可以通过animationWithKeyPath生成实例

+ (instancetype)animationWithKeyPath:(nullable NSString *)path;

2）设置动画的相关属性
设置动画的执行时间，执行曲线，keyPath的目标值，代理等等

3）动画的添加和移除
调用CALayer的addAnimation:forKey:方法将动画添加到CALayer中，这样动画就开始执行了

- (void)addAnimation:(CAAnimation *)anim forKey:(nullable NSString *)key;

调用CALayer的removeAnimation方法停止CALayer中的动画

- (void)removeAllAnimations;
- (void)removeAnimationForKey:(NSString *)key;

4.核心动画类的常用属性

1）可以指定keyPath为CALayer的属性值，并对它的值进行修改，以达到对应的动画效果，需要注意的是部分属性值是不支持动画效果的。

@property(nullable, copy) NSString *keyPath;

以下是具有动画效果的keyPath

     //CATransform3D Key Paths : (example)transform.rotation.z
     //rotation.x
     //rotation.y
     //rotation.z
     //rotation 旋轉
     //scale.x
     //scale.y
     //scale.z
     //scale 缩放
     //translation.x
     //translation.y
     //translation.z
     //translation 平移
     //CGPoint Key Paths : (example)position.x
     //x
     //y
     //CGRect Key Paths : (example)bounds.size.width
     //origin.x
     //origin.y
     //origin
     //size.width
     //size.height
     //size
     //opacity
     //backgroundColor
     //cornerRadius 
     //borderWidth
     //contents 
     //Shadow Key Path:
     //shadowColor 
     //shadowOffset 
     //shadowOpacity 
     //shadowRadius

CAMediaTiming
2）动画的持续时间

@property CFTimeInterval duration;

3）动画的重复次数

@property float repeatCount;

4）视图在非Active时的行为

@property(copy) NSString *fillMode;

值如下：

NSString * const kCAFillModeForwards
NSString * const kCAFillModeBackwards
NSString * const kCAFillModeBoth
NSString * const kCAFillModeRemoved

5）动画延迟执行时间（通过CACurrentMediaTime() + your time 设置）

@property CFTimeInterval beginTime;

CAAnimation
6）动画的时间节奏控制

@property(nullable, strong) CAMediaTimingFunction *timingFunction;

timingFunctionName的值有以下几种

kCAMediaTimingFunctionLinear    // 匀速
kCAMediaTimingFunctionEaseIn    // 慢进
kCAMediaTimingFunctionEaseOut   // 慢出
kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut     // 慢进慢出
kCAMediaTimingFunctionDefault   // 默认值（慢进慢出）

7）动画执行完毕后是否从图层上移除，默认为YES（视图会恢复到动画前的状态），可设置为NO（图层保持动画执行后的状态，前提是fillMode设置为kCAFillModeForwards）

@property(getter=isRemovedOnCompletion) BOOL removedOnCompletion;

8）代理

@property(nullable, strong) id  delegate;

代理方法

- (void)animationDidStart:(CAAnimation *)anim;
- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag;

CAPropertyAnimation
9)valueFunction

@property(nullable, strong) CAValueFunction *valueFunction;

在CAPropertyAnimation中，我们可以不仅对CALayer的keypath做动画，也可以对虚拟的属性（transform.rotation， transform.position， transform.scale）做动画。

transform.rotation属性有一个奇怪的问题是它其实并不存在。这是因为CATransform3D并不是一个对象，它实际上是一个结构体，也没有符合KVC相关属性，transform.rotation，实际上是一个CALayer用于处理动画变换的虚拟属性。

你不可以直接设置transform.rotation或者transform.scale，他们不能被直接使用。当你对他们做动画时，Core Animation自动地根据通过CAValueFunction来计算的值来更新transform属性

CAValueFunction用于把我们赋给虚拟的transform.rotation简单浮点值转换成真正的用于摆放图层的CATransform3D矩阵值。你可以通过设置CAPropertyAnimation的valueFunction属性来改变，于是你设置的函数将会覆盖默认的函数。

CAValueFunction看起来似乎是对那些不能简单相加的属性（例如变换矩阵）做动画的非常有用的机制，但由于CAValueFunction的实现细节是私有的，所以目前不能通过继承它来自定义。你可以通过使用苹果目前已近提供的常量（目前都是和变换矩阵的虚拟属性相关，所以没太多使用场景了，因为这些属性都有了默认的实现方式）。

5.代码用例
CABasicAnimation

平移

- (void)positionAnimation {

    // key相当于给该动画命名， 以后获得该动画时可以使用此名称获取
    CABasicAnimation *ani = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.translation"];

    ani.toValue = @100;
    // 动画执行完毕后是否从图层上移除，默认为YES（视图会恢复到动画前的状态），可设置为NO（图层保持动画执行后的状态，前提是fillMode设置为kCAFillModeForwards）
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionLinear];
    [self.animationView.layer addAnimation:ani forKey:@"ss"];
}

---

CAKeyframeAnimation
可以设定keyPath起点、中间关键点（不止一个）、终点的值，每一帧所对应的时间，动画会沿着设定点进行移动。

重要属性：
1）关键帧数组对象，里面每一个元素即为一个关键帧，动画会在对应的时间段内，依次执行数组中每一个关键帧的动画。

@property(nullable, copy) NSArray *values;

2）动画路径对象，可以指定一个路径，在执行动画时路径会沿着路径移动，Path在动画中只会影响视图的Position。

@property(nullable) CGPathRef path;

3）设置关键帧对应的时间点，范围：0-1。如果没有设置该属性，则每一帧的时间平分。

@property(nullable, copy) NSArray<NSNumber *> *keyTimes;

代码：

// CAKeyframeAnimation
- (void)keyframeAnimation {

    CAKeyframeAnimation *ani = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    ani.duration = 4.0;
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionLinear];

    NSValue *value0 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 200)];
    NSValue *value1 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(250, 200)];
    NSValue *value2 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(250, 300)];
    NSValue *value3 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 300)];
    NSValue *value4 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 200)];

    ani.values = @[value0, value1, value2, value3, value4];
    [self.animationView.layer addAnimation:ani forKey:@"keyframe"];

}

- (void)keyframeAnimationWithPath {

    CAKeyframeAnimation *ani = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
    CGPathAddEllipseInRect(path, NULL, CGRectMake(130, 200, 100, 100));
    ani.path = path;

    CGPathRelease(path);

    ani.repeatCount = MAXFLOAT;

    ani.duration = 4.0;
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;

    [self.animationView.layer addAnimation:ani forKey:@"pathAnimation"];

}

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CASpringAnimation
CASpringAnimation是iOS9新加入动画类型，是CABasicAnimation的子类，用于实现弹簧动画。
重要属性：
质量（影响弹簧的惯性，质量越大，弹簧惯性越大，运动的幅度越大）

@property CGFloat mass;

弹性系数（弹性系数越大，弹簧的运动越快）

@property CGFloat stiffness;

阻尼系数（阻尼系数越大，弹簧的停止越快）

@property CGFloat damping;

初始速率（弹簧动画的初始速度大小，弹簧运动的初始方向与初始速率的正负一致，若初始速率为0，表示忽略该属性）

@property CGFloat initialVelocity;

结算时间（根据动画参数估算弹簧开始运动到停止的时间，动画设置的时间最好根据此时间来设置）

@property(readonly) CFTimeInterval settlingDuration;

CASpringAnimation和UIView的SpringAnimation对比：

CASpringAnimation 可以设置更多影响弹簧动画效果的属性，可以实现更复杂的弹簧动画效果，且可以和其他动画组合。
UIView的SpringAnimation实际上就是通过CASpringAnimation来实现。

代码

 - (void)springAnimation {

    CASpringAnimation *ani = [CASpringAnimation animationWithKeyPath:@"bounds"];
    ani.mass = 10.0; // 质量，影响图层运动时的弹簧惯性，质量越大，弹簧拉伸和压缩的幅度越大
    ani.stiffness = 5000; // 刚度系数(劲度系数/弹性系数)，刚度系数越大，形变产生的力就越大，运动越快
    ani.damping = 100.0;  // 阻尼系数，阻止弹簧伸缩的系数，阻尼系数越大，停止越快
    ani.initialVelocity = 5.f;  // 初始速率，动画视图的初始速度大小;速率为正数时，速度方向与运动方向一致，速率为负数时，速度方向与运动方向相反
    ani.duration = ani.settlingDuration;
    ani.toValue = [NSValue valueWithCGRect:self.view.bounds];
    ani.removedOnCompletion = NO;
    ani.fillMode = kCAFillModeForwards;
    ani.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseIn];
    [self.animationView.layer addAnimation:ani forKey:@"springAnimation"];
}

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CATransition（不透彻，待研究)
转场动画，比UIVIew转场动画具有更多的动画效果，比如Nav的默认Push视图的效果就是通过CATransition的kCATransitionPush类型来实现。

属性：
1）过渡动画的类型

@property(copy) NSString *type;

值如下：

kCATransitionFade   // 渐变
kCATransitionMoveIn // 覆盖
kCATransitionPush   // 退出
kCATransitionReveal // 揭开

还有一些私有动画类型，效果很炫酷，不过不推荐使用。私有动画类型的值有：”cube”、”suckEffect”、”oglFlip”、 “rippleEffect”、”pageCurl”、”pageUnCurl”等等。
2）过渡动画的方向

@property(nullable, copy) NSString *subtype;

值如下：

kCATransitionFromRight
kCATransitionFromLeft
kCATransitionFromTop
kCATransitionFromBottom

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CAAnimationGroup
使用Group可以将多个动画合并一起加入到层中，Group中所有动画并发执行，可以方便地实现需要多种类型动画的场景。

以实现视图的position、bounds和opacity改变的组合动画为例：

// CAAnimationGroup
- (void)groupAnimation {

    CABasicAnimation *posAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    posAni.fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:self.view.center];
    CABasicAnimation *opcAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"opacity"];
    opcAni.fromValue = @0;
    CABasicAnimation *bodAni = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"bounds"];
    bodAni.fromValue = [NSValue valueWithCGRect:self.view.bounds];
    CAAnimationGroup *groupAni = [CAAnimationGroup animation];
    groupAni.animations = @[posAni, opcAni, bodAni];
    groupAni.duration = 1.0;
    groupAni.fillMode = kCAFillModeForwards;
    groupAni.removedOnCompletion = NO;
    groupAni.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseIn];
    [self.animationView.layer addAnimation:groupAni forKey:@"groupAni"];
}

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CATransaction
最后讲一下事务，在核心动画里面存在事务（CATransaction）这样一个概念，它负责协调多个动画原子更新显示操作。

简单来说事务是核心动画里面的一个基本的单元，动画的产生必然伴随着layer的Animatable属性的变化，而layer属性的变化必须属于某一个事务。

因此，核心动画依赖事务。

事务的作用：保证一个或多个layer的一个或多个属性变化同时进行

事务分为隐式和显式：

1.隐式：没有明显调用事务的方法，由系统自动生成事务。比如直接设置一个layer的position属性，则会在当前线程自动生成一个事务，并在下一个runLoop中自动commit事务。
2.显式：明显调用事务的方法（[CATransaction begin]和[CATransaction commit]）。

待续。。。