iOS 核心動畫的寄宿圖

寄宿圖

圖片勝過千言萬語，界面抵得上千圖片 ——Ben Shneiderman

我們在第一章『圖層樹』中介紹了CALayer類并創(chuàng)建了一個簡單的有藍色背景的圖層。背景顏色還好啦，但是如果它僅僅是展現(xiàn)了一個單調(diào)的顏色未免也太無聊了。事實上CALayer類能夠包含一張你喜歡的圖片，這一章節(jié)我們將來探索CALayer的寄宿圖（即圖層中包含的圖）。

contents屬性

CALayer 有一個屬性叫做contents，這個屬性的類型被定義為id，意味著它可以是任何類型的對象。在這種情況下，你可以給contents屬性賦任何值，你的app仍然能夠編譯通過。但是，在實踐中，如果你給contents賦的不是CGImage，那么你得到的圖層將是空白的。

contents這個奇怪的表現(xiàn)是由Mac OS的歷史原因造成的。它之所以被定義為id類型，是因為在Mac OS系統(tǒng)上，這個屬性對CGImage和NSImage類型的值都起作用。如果你試圖在iOS平臺上將UIImage的值賦給它，只能得到一個空白的圖層。一些初識Core Animation的iOS開發(fā)者可能會對這個感到困惑。

頭疼的不僅僅是我們剛才提到的這個問題。事實上，你真正要賦值的類型應(yīng)該是CGImageRef，它是一個指向CGImage結(jié)構(gòu)的指針。UIImage有一個CGImage屬性，它返回一個"CGImageRef",如果你想把這個值直接賦值給CALayer的contents，那你將會得到一個編譯錯誤。因為CGImageRef并不是一個真正的Cocoa對象，而是一個Core Foundation類型。

盡管Core Foundation類型跟Cocoa對象在運行時貌似很像（被稱作toll-free bridging），他們并不是類型兼容的，不過你可以通過bridged關(guān)鍵字轉(zhuǎn)換。如果要給圖層的寄宿圖賦值，你可以按照以下這個方法：

layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;

如果你沒有使用ARC（自動引用計數(shù)），你就不需要__bridge這部分。但是，你干嘛不用ARC？！

讓我們來繼續(xù)修改我們在第一章新建的工程，以便能夠展示一張圖片而不僅僅是一個背景色。我們已經(jīng)用代碼的方式建立一個圖層，那我們就不需要額外的圖層了。那么我們就直接把layerView的宿主圖層的contents屬性設(shè)置成圖片。

清單2.1 更新后的代碼。

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad]; //load an image
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Snowman.png"];

  //add it directly to our view's layer
  self.layerView.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;
}
@end

圖表2.1 在UIView的宿主圖層中顯示一張圖片

我們用這些簡單的代碼做了一件很有趣的事情：我們利用CALayer在一個普通的UIView中顯示了一張圖片。這不是一個UIImageView，它不是我們通常用來展示圖片的方法。通過直接操作圖層，我們使用了一些新的函數(shù)，使得UIView更加有趣了。

contentGravity

你可能已經(jīng)注意到了我們的雪人看起來有點。。。胖 ＝＝！ 我們加載的圖片并不剛好是一個方的，為了適應(yīng)這個視圖，它有一點點被拉伸了。在使用UIImageView的時候遇到過同樣的問題，解決方法就是把contentMode屬性設(shè)置成更合適的值，像這樣：

view.contentMode = UIViewContentModeScaleAspectFit;

這個方法基本和我們遇到的情況的解決方法已經(jīng)接近了（你可以試一下 :) ），不過UIView大多數(shù)視覺相關(guān)的屬性比如contentMode，對這些屬性的操作其實是對對應(yīng)圖層的操作。

CALayer與contentMode對應(yīng)的屬性叫做contentsGravity，但是它是一個NSString類型，而不是像對應(yīng)的UIKit部分，那里面的值是枚舉。contentsGravity可選的常量值有以下一些：

• kCAGravityCenter
• kCAGravityTop
• kCAGravityBottom
• kCAGravityLeft
• kCAGravityRight
• kCAGravityTopLeft
• kCAGravityTopRight
• kCAGravityBottomLeft
• kCAGravityBottomRight
• kCAGravityResize
• kCAGravityResizeAspect
• kCAGravityResizeAspectFill

和cotentMode一樣，contentsGravity的目的是為了決定內(nèi)容在圖層的邊界中怎么對齊，我們將使用kCAGravityResizeAspect，它的效果等同于UIViewContentModeScaleAspectFit， 同時它還能在圖層中等比例拉伸以適應(yīng)圖層的邊界。

self.layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspect;

圖2.2 可以看到結(jié)果

圖2.2 正確地設(shè)置contentsGravity的值

contentsScale

contentsScale屬性定義了寄宿圖的像素尺寸和視圖大小的比例，默認(rèn)情況下它是一個值為1.0的浮點數(shù)。

contentsScale的目的并不是那么明顯。它并不是總會對屏幕上的寄宿圖有影響。如果你嘗試對我們的例子設(shè)置不同的值，你就會發(fā)現(xiàn)根本沒任何影響。因為contents由于設(shè)置了contentsGravity屬性，所以它已經(jīng)被拉伸以適應(yīng)圖層的邊界。

如果你只是單純地想放大圖層的contents圖片，你可以通過使用圖層的transform和affineTransform屬性來達到這個目的（見第五章『Transforms』，里面對此有解釋），這(指放大)也不是contentsScale的目的所在.

contentsScale屬性其實屬于支持高分辨率（又稱Hi-DPI或Retina）屏幕機制的一部分。它用來判斷在繪制圖層的時候應(yīng)該為寄宿圖創(chuàng)建的空間大小，和需要顯示的圖片的拉伸度（假設(shè)并沒有設(shè)置contentsGravity屬性）。UIView有一個類似功能但是非常少用到的contentScaleFactor屬性。

如果contentsScale設(shè)置為1.0，將會以每個點1個像素繪制圖片，如果設(shè)置為2.0，則會以每個點2個像素繪制圖片，這就是我們熟知的Retina屏幕。（如果你對像素和點的概念不是很清楚的話，這個章節(jié)的后面部分將會對此做出解釋）。

這并不會對我們在使用kCAGravityResizeAspect時產(chǎn)生任何影響，因為它就是拉伸圖片以適應(yīng)圖層而已，根本不會考慮到分辨率問題。但是如果我們把contentsGravity設(shè)置為kCAGravityCenter（這個值并不會拉伸圖片），那將會有很明顯的變化（如圖2.3）

圖2.3 用錯誤的contentsScale屬性顯示Retina圖片

如你所見，我們的雪人不僅有點大還有點像素的顆粒感。那是因為和UIImage不同，CGImage沒有拉伸的概念。當(dāng)我們使用UIImage類去讀取我們的雪人圖片的時候，他讀取了高質(zhì)量的Retina版本的圖片。但是當(dāng)我們用CGImage來設(shè)置我們的圖層的內(nèi)容時，拉伸這個因素在轉(zhuǎn)換的時候就丟失了。不過我們可以通過手動設(shè)置contentsScale來修復(fù)這個問題（如2.2清單），圖2.4是結(jié)果

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad]; //load an image
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Snowman.png"]; //add it directly to our view's layer
  self.layerView.layer.contents = (__bridge id)image.CGImage; //center the image
  self.layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityCenter;

  //set the contentsScale to match image
  self.layerView.layer.contentsScale = image.scale;
}

@end

圖2.4 同樣的Retina圖片設(shè)置了正確的contentsScale之后

當(dāng)用代碼的方式來處理寄宿圖的時候，一定要記住要手動的設(shè)置圖層的contentsScale屬性，否則，你的圖片在Retina設(shè)備上就顯示得不正確啦。代碼如下：

layer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale;

maskToBounds

現(xiàn)在我們的雪人總算是顯示了正確的大小，不過你也許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了另外一些事情：他超出了視圖的邊界。默認(rèn)情況下，UIView仍然會繪制超過邊界的內(nèi)容或是子視圖，在CALayer下也是這樣的。

UIView有一個叫做clipsToBounds的屬性可以用來決定是否顯示超出邊界的內(nèi)容，CALayer對應(yīng)的屬性叫做masksToBounds，把它設(shè)置為YES，雪人就在邊界里啦～（如圖2.5）

圖2.5 使用masksToBounds來修建圖層內(nèi)容

contentsRect

CALayer的contentsRect屬性允許我們在圖層邊框里顯示寄宿圖的一個子域。這涉及到圖片是如何顯示和拉伸的，所以要比contentsGravity靈活多了

和bounds，frame不同，contentsRect不是按點來計算的，它使用了單位坐標(biāo)，單位坐標(biāo)指定在0到1之間，是一個相對值（像素和點就是絕對值）。所以他們是相對與寄宿圖的尺寸的。iOS使用了以下的坐標(biāo)系統(tǒng)：

• 點 —— 在iOS和Mac OS中最常見的坐標(biāo)體系。點就像是虛擬的像素，也被稱作邏輯像素。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備上，一個點就是一個像素，但是在Retina設(shè)備上，一個點等于2*2個像素。iOS用點作為屏幕的坐標(biāo)測算體系就是為了在Retina設(shè)備和普通設(shè)備上能有一致的視覺效果。
• 像素 —— 物理像素坐標(biāo)并不會用來屏幕布局，但是仍然與圖片有相對關(guān)系。UIImage是一個屏幕分辨率解決方案，所以指定點來度量大小。但是一些底層的圖片表示如CGImage就會使用像素，所以你要清楚在Retina設(shè)備和普通設(shè)備上，他們表現(xiàn)出來了不同的大小。
• 單位 —— 對于與圖片大小或是圖層邊界相關(guān)的顯示，單位坐標(biāo)是一個方便的度量方式， 當(dāng)大小改變的時候，也不需要再次調(diào)整。單位坐標(biāo)在OpenGL這種紋理坐標(biāo)系統(tǒng)中用得很多，Core Animation中也用到了單位坐標(biāo)。

默認(rèn)的contentsRect是{0, 0, 1, 1}，這意味著整個寄宿圖默認(rèn)都是可見的，如果我們指定一個小一點的矩形，圖片就會被裁剪（如圖2.6）

圖2.6 一個自定義的contentsRect（左）和之前顯示的內(nèi)容（右）

事實上給contentsRect設(shè)置一個負數(shù)的原點或是大于{1, 1}的尺寸也是可以的。這種情況下，最外面的像素會被拉伸以填充剩下的區(qū)域。

contentsRect在app中最有趣的地方在于一個叫做image sprites（圖片拼合）的用法。如果你有游戲編程的經(jīng)驗，那么你一定對圖片拼合的概念很熟悉，圖片能夠在屏幕上獨立地變更位置。拋開游戲編程不談，這個技術(shù)常用來指代載入拼合的圖片，跟移動圖片一點關(guān)系也沒有。

典型地，圖片拼合后可以打包整合到一張大圖上一次性載入。相比多次載入不同的圖片，這樣做能夠帶來很多方面的好處：內(nèi)存使用，載入時間，渲染性能等等

2D游戲引擎入Cocos2D使用了拼合技術(shù)，它使用OpenGL來顯示圖片。不過我們可以使用拼合在一個普通的UIKit應(yīng)用中，對！就是使用contentsRect

首先，我們需要一個拼合后的圖表 —— 一個包含小一些的拼合圖的大圖片。如圖2.7所示：

接下來，我們要在app中載入并顯示這些拼合圖。規(guī)則很簡單：像平常一樣載入我們的大圖，然后把它賦值給四個獨立的圖層的contents，然后設(shè)置每個圖層的contentsRect來去掉我們不想顯示的部分。

我們的工程中需要一些額外的視圖。（為了避免太多代碼。我們將使用Interface Builder來拜訪他們的位置，如果你愿意還是可以用代碼的方式來實現(xiàn)的）。清單2.3有需要的代碼，圖2.8展示了結(jié)果

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *coneView;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *shipView;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *iglooView;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *anchorView;
@end

@implementation ViewController

- (void)addSpriteImage:(UIImage *)image withContentRect:(CGRect)rect ?toLayer:(CALayer *)layer //set image
{
  layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;

  //scale contents to fit
  layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspect;

  //set contentsRect
  layer.contentsRect = rect;
}

- (void)viewDidLoad 
{
  [super viewDidLoad]; //load sprite sheet
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Sprites.png"];
  //set igloo sprite
  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0, 0, 0.5, 0.5) toLayer:self.iglooView.layer];
  //set cone sprite
  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0.5, 0, 0.5, 0.5) toLayer:self.coneView.layer];
  //set anchor sprite
  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0, 0.5, 0.5, 0.5) toLayer:self.anchorView.layer];
  //set spaceship sprite
  [self addSpriteImage:image withContentRect:CGRectMake(0.5, 0.5, 0.5, 0.5) toLayer:self.shipView.layer];
}
@end

拼合不僅給app提供了一個整潔的載入方式，還有效地提高了載入性能（單張大圖比多張小圖載入地更快），但是如果有手動安排的話，他們還是有一些不方便的，如果你需要在一個已經(jīng)創(chuàng)建好的品和圖上做一些尺寸上的修改或者其他變動，無疑是比較麻煩的。

Mac上有一些商業(yè)軟件可以為你自動拼合圖片，這些工具自動生成一個包含拼合后的坐標(biāo)的XML或者plist文件，拼合圖片的使用大大簡化。這個文件可以和圖片一同載入，并給每個拼合的圖層設(shè)置contentsRect，這樣開發(fā)者就不用手動寫代碼來擺放位置了。

這些文件通常在OpenGL游戲中使用，不過呢，你要是有興趣在一些常見的app中使用拼合技術(shù)，那么一個叫做LayerSprites的開源庫（https://github.com/nicklockwood/LayerSprites)，它能夠讀取Cocos2D格式中的拼合圖并在普通的Core Animation層中顯示出來。

contentsCenter

本章我們介紹的最后一個和內(nèi)容有關(guān)的屬性是contentsCenter，看名字你可能會以為它可能跟圖片的位置有關(guān)，不過這名字著實誤導(dǎo)了你。contentsCenter其實是一個CGRect，它定義了一個固定的邊框和一個在圖層上可拉伸的區(qū)域。 改變contentsCenter的值并不會影響到寄宿圖的顯示，除非這個圖層的大小改變了，你才看得到效果。

默認(rèn)情況下，contentsCenter是{0, 0, 1, 1}，這意味著如果大小（由conttensGravity決定）改變了,那么寄宿圖將會均勻地拉伸開。但是如果我們增加原點的值并減小尺寸。我們會在圖片的周圍創(chuàng)造一個邊框。圖2.9展示了contentsCenter設(shè)置為{0.25, 0.25, 0.5, 0.5}的效果。

圖2.9 contentsCenter的例子

這意味著我們可以隨意重設(shè)尺寸，邊框仍然會是連續(xù)的。他工作起來的效果和UIImage里的-resizableImageWithCapInsets: 方法效果非常類似，只是它可以運用到任何寄宿圖，甚至包括在Core Graphics運行時繪制的圖形（本章稍后會講到）。

圖2.10 同一圖片使用不同的contentsCenter

清單2.4 演示了如何編寫這些可拉伸視圖。不過，contentsCenter的另一個很酷的特性就是，它可以在Interface Builder里面配置，根本不用寫代碼。如圖2.11

清單2.4 用contentsCenter設(shè)置可拉伸視圖

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *button1;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *button2;

@end

@implementation ViewController

- (void)addStretchableImage:(UIImage *)image withContentCenter:(CGRect)rect toLayer:(CALayer *)layer
{  
  //set image
  layer.contents = (__bridge id)image.CGImage;

  //set contentsCenter
  layer.contentsCenter = rect;
}

- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad]; //load button image
  UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"Button.png"];

  //set button 1
  [self addStretchableImage:image withContentCenter:CGRectMake(0.25, 0.25, 0.5, 0.5) toLayer:self.button1.layer];

  //set button 2
  [self addStretchableImage:image withContentCenter:CGRectMake(0.25, 0.25, 0.5, 0.5) toLayer:self.button2.layer];
}

@end

圖2.11 用Interface Builder 探測窗口控制contentsCenter屬性

Custome Drawing

給contents賦CGImage的值不是唯一的設(shè)置寄宿圖的方法。我們也可以直接用Core Graphics直接繪制寄宿圖。能夠通過繼承UIView并實現(xiàn)-drawRect:方法來自定義繪制。

-drawRect: 方法沒有默認(rèn)的實現(xiàn)，因為對UIView來說，寄宿圖并不是必須的，它不在意那到底是單調(diào)的顏色還是有一個圖片的實例。如果UIView檢測到-drawRect: 方法被調(diào)用了，它就會為視圖分配一個寄宿圖，這個寄宿圖的像素尺寸等于視圖大小乘以 contentsScale的值。

如果你不需要寄宿圖，那就不要創(chuàng)建這個方法了，這會造成CPU資源和內(nèi)存的浪費，這也是為什么蘋果建議：如果沒有自定義繪制的任務(wù)就不要在子類中寫一個空的-drawRect:方法。

當(dāng)視圖在屏幕上出現(xiàn)的時候 -drawRect:方法就會被自動調(diào)用。-drawRect:方法里面的代碼利用Core Graphics去繪制一個寄宿圖，然后內(nèi)容就會被緩存起來直到它需要被更新（通常是因為開發(fā)者調(diào)用了-setNeedsDisplay方法，盡管影響到表現(xiàn)效果的屬性值被更改時，一些視圖類型會被自動重繪，如bounds屬性）。雖然-drawRect:方法是一個UIView方法，事實上都是底層的CALayer安排了重繪工作和保存了因此產(chǎn)生的圖片。

CALayer有一個可選的delegate屬性，實現(xiàn)了CALayerDelegate協(xié)議，當(dāng)CALayer需要一個內(nèi)容特定的信息時，就會從協(xié)議中請求。CALayerDelegate是一個非正式協(xié)議，其實就是說沒有CALayerDelegate @protocol可以讓你在類里面引用啦。你只需要調(diào)用你想調(diào)用的方法，CALayer會幫你做剩下的。（delegate屬性被聲明為id類型，所有的代理方法都是可選的）。

當(dāng)需要被重繪時，CALayer會請求它的代理給他一個寄宿圖來顯示。它通過調(diào)用下面這個方法做到的:

(void)displayLayer:(CALayerCALayer *)layer;

趁著這個機會，如果代理想直接設(shè)置contents屬性的話，它就可以這么做，不然沒有別的方法可以調(diào)用了。如果代理不實現(xiàn)-displayLayer:方法，CALayer就會轉(zhuǎn)而嘗試調(diào)用下面這個方法：

- (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx;

在調(diào)用這個方法之前，CALayer創(chuàng)建了一個合適尺寸的空寄宿圖（尺寸由bounds和contentsScale決定）和一個Core Graphics的繪制上下文環(huán)境，為繪制寄宿圖做準(zhǔn)備，他作為ctx參數(shù)傳入。

讓我們來繼續(xù)第一章的項目讓它實現(xiàn)CALayerDelegate并做一些繪圖工作吧（見清單2.5）.圖2.12是他的結(jié)果

清單2.5 實現(xiàn)CALayerDelegate

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad
{
  [super viewDidLoad];
  ?
  //create sublayer
  CALayer *blueLayer = [CALayer layer];
  blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
  blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;

  //set controller as layer delegate
  blueLayer.delegate = self;

  //ensure that layer backing image uses correct scale
  blueLayer.contentsScale = [UIScreen mainScreen].scale; //add layer to our view
  [self.layerView.layer addSublayer:blueLayer];

  //force layer to redraw
  [blueLayer display];
}

- (void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx
{
  //draw a thick red circle
  CGContextSetLineWidth(ctx, 10.0f); 
  CGContextSetStrokeColorWithColor(ctx, [UIColor redColor].CGColor);
  CGContextStrokeEllipseInRect(ctx, layer.bounds);
}
@end

圖2.12 實現(xiàn)CALayerDelegate來繪制圖層

注意一下一些有趣的事情：

• 我們在blueLayer上顯式地調(diào)用了-display。不同于UIView，當(dāng)圖層顯示在屏幕上時，CALayer不會自動重繪它的內(nèi)容。它把重繪的決定權(quán)交給了開發(fā)者。
• 盡管我們沒有用masksToBounds屬性，繪制的那個圓仍然沿邊界被裁剪了。這是因為當(dāng)你使用CALayerDelegate繪制寄宿圖的時候，并沒有對超出邊界外的內(nèi)容提供繪制支持。

現(xiàn)在你理解了CALayerDelegate，并知道怎么使用它。但是除非你創(chuàng)建了一個單獨的圖層，你幾乎沒有機會用到CALayerDelegate協(xié)議。因為當(dāng)UIView創(chuàng)建了它的宿主圖層時，它就會自動地把圖層的delegate設(shè)置為它自己，并提供了一個-displayLayer:的實現(xiàn)，那所有的問題就都沒了。

當(dāng)使用寄宿了視圖的圖層的時候，你也不必實現(xiàn)-displayLayer:和-drawLayer:inContext:方法來繪制你的寄宿圖。通常做法是實現(xiàn)UIView的-drawRect:方法，UIView就會幫你做完剩下的工作，包括在需要重繪的時候調(diào)用-display方法。

總結(jié)

本章介紹了寄宿圖和一些相關(guān)的屬性。你學(xué)到了如何顯示和放置圖片， 使用拼合技術(shù)來顯示， 以及用CALayerDelegate和Core Graphics來繪制圖層內(nèi)容。

在第三章，"圖層幾何學(xué)"中，我們將會探討一下圖層的幾何，觀察他們是如何放置和改變相互的尺寸的。