iOS 简析为什么手机屏幕可以显示图形

前言

一直想研究的问题，一直不知道怎么研究的一个问题，直到看到了CRT....算大致了解了一些。

问题

一个控件想要显示在屏幕上我们知道用UIView或者其子类都可以实现，但是它为什么会显示在屏幕上？或者它显示在屏幕上之前都做了什么？

其实UIView能显示在屏幕上离不开CALayer的支持，CALayer又是什么？为什么单独的UIView就不行？其实UIView是个容器，CALayer是负责绘制，绘制完成交给UIView去显示。为什么？为什么不让CALayer直接去显示？

那么我就想知道为什么手机屏幕可以显示这些图像？

刨根问底的问题不能说没有意义（要适当），只是没有去研究它的原理。下面笔者会大致的介绍一下显示器成像的原理和iOS应用添加一个View为什么可以在屏幕上显示。（粗略回答，如有错误，感谢您指出。）

正常我们身边接触到的显示器屏幕，大致可分为CRT,LCD,OLED，(笔者对硬件是一片空白，能说出这些已经很不错了。 )

CRT

学名为：阴极射线显像管，我们主要来介绍它的成像原理。CRT显示器能成像的基础是靠电子束激发屏幕内表面的荧光粉来显示的，电子束我们通常可以叫做电子枪，荧光粉按照一定的方式涂在荧光屏上密密麻麻的排列为红绿蓝(RGB)三种颜色的荧光粉条称为荧光粉单元，我们通常称为这一个单元为一个像素，这样大家理解像素的意思了吧。电子枪的工作原理笔者完全看不懂里面的介绍，毕竟术业有专攻，大致上是说，通电之后灯丝加热，阴极发射电子，电击枪以极高的速度去轰击这些荧光粉层，受到这些轰击像素受到电脑显卡R,G,B三个基色视频信号的控制，来显示强弱色，以此我们才看到了这些丰富多彩的画面。

电子枪有多种扫描方式，介绍一种：逐行扫描，就是一行一行从左到右的扫描，所以不但电子枪要有横向移动的能力，还要有纵向和斜向的移动。当从左到右然后换行一直到最后成为一帧，肉眼看起来不卡顿至少要30帧以上，意思就是每秒电子枪要这样循环扫描30次以上。

在iPhone8plus上分辨率为1920*1080=2073600，就是有大约200万个像素点，所以你知道电子枪得有多辛苦，当然CRT这种成像现在的iphone并没有用，但是都是基于三基色RGB去成像的 。

LCD

LCD简称液晶屏，它的原理和CRT不同的是他没有荧光粉，而是利用了彩色滤色片，彩色滤色片就是RGB组成的，然后在它上面是偏光板，偏光板的作用就是把这些颜色呈现明暗，然后我们肉眼看到的就是不同的颜色。LCD的显示器的每个点都能接收到信号，不需要电子枪逐行的扫描。

OLED

技术越先进越不好理解，在网上查找的大致是这样的，它和LCD不同的是，LCD需要背光板发光映射给彩色滤色片，而OLED不需要背光板，三基色单元本身就会发光(⊙︿⊙)，感受到了被技术支配的恐惧。好啦， 大致就是这些。

好吧，实在是编不下去了，但是成像原理确实是这样。所以理解我们的iOS应用为什么能成像，我们只要知道CRT原理就好了，至少还能看懂些，LCD和OLED借助的是高/低分子材料，已经涉及到化学了，所以刨根问底适当为止。

底层

为什么我们写一个UIView会显示在屏幕上？

当我们用代码在Xcode上self.view.addSubView(view1)然后点击Run，经过编译，链接生成可执行文件，模拟器被打开，屏幕过渡动画到显示到我们的眼前。

其中显示这个环节是这样的：我们运行这个程序，CPU会计算好所有的要显示的内容（CPU是做复杂计算和处理的中央处理器）然后交给GPU（GPU主要负责单一重复运算，最主要是做图形方面的渲染），GPU渲染后将渲染结果放入帧缓冲区，随后视频控制器会逐行读取帧缓冲区的数据，经过一通我们不懂得操作传递给显示器显示。

工作流程

iOS应用

iOS里，最上层是有SDK提供给我们的UIKit框架去搭建我们的UI，我们通过这个框架能搭建出任意我们想要的页面，在它下层支持的是CoreAnimation，CoreAnimation是iOS能显示控件的核心，iOS所有的控件几乎都是CoreAnimation的封装，或者是直接的使用CoreAnimation，CoreAnimation的在下一层是有Metal和CoreGraphics支持，他们由OpenGL/OpenGL ES支持，OpenGL/OpenGL ES不是太了解，但是他们应该是离硬件最近的了。 苹果官方并没有贴出关于OpenGL/OpenGL ES的东西，可能是因为他们要大力推广Metal的原因。

iOS

为什么单独的UIView不能显示？

因为UIView只是一个呈现CALayer的容器，CALayer没有显示的功能，他要借助UIView这个容器，所以他们是相辅相成的关系。UIView设置的background,frame,等等其实都是给CALayer设置的，可以说UIView只是在CALayer上套了一个壳子。下面我会猜测一下为什么要这样。

为什么不让CALayer直接去显示？

这个问题也没有标准答案，只能是猜测吧.我们打开CALayer的.h文件我们会发现基本上所有的定义的属性和函数都是iOS2.0之后的，所以猜测可能在2.0之前确实使用CALayer去实现单独显示的，但是iOS2.0之后，由于业务功能的扩展，CALayer越来越大，所以就不能承担多业务的能力，所以对每种业务都有不同的它的封装去实现，这个应该是就做策略模式。

/** The base layer class. **/
@available(iOS 2.0, *)
open class CALayer : NSObject, NSSecureCoding, CAMediaTiming

>
<_UILabelLayer:0x60000028c760; position = CGPoint (50 115); bounds = CGRect (0 0; 100 30); delegate = >; allowsGroupOpacity = YES; contentsMultiplyColor = (null); rasterizationScale = 3; contentsScale = 3>

上面这段代码我们可以看到CALayer会把UILable隐式的修改为_UILabelLayer。

参考文献：
Core Animation Programming Guide
CRT显示器
LCD显示器
OLED如何成像原理

总结的不好，请谅解。如有错误，请您指正。感谢。