iOS 圖層幾何學(xué)

在第二章里面，我們介紹了圖層背后的圖片，和一些控制圖層坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)的屬性。在這一章中，我們將要看一看圖層內(nèi)部是如何根據(jù)父圖層和兄弟圖層來(lái)控制位置和尺寸的。另外我們也會(huì)涉及如何管理圖層的幾何結(jié)構(gòu)，以及它是如何被自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)布局影響的。

布局

UIView有三個(gè)比較重要的布局屬性：frame，bounds和center，CALayer對(duì)應(yīng)地叫做frame，bounds和position。為了能清楚區(qū)分，圖層用了“position”，視圖用了“center”，但是他們都代表同樣的值。

frame代表了圖層的外部坐標(biāo)（也就是在父圖層上占據(jù)的空間），bounds是內(nèi)部坐標(biāo)（{0, 0}通常是圖層的左上角），center和position都代表了相對(duì)于父圖層anchorPoint所在的位置。anchorPoint的屬性將會(huì)在后續(xù)介紹到，現(xiàn)在把它想成圖層的中心點(diǎn)就好了。圖3.1顯示了這些屬性是如何相互依賴(lài)的。

圖3.1 UIView和CALayer的坐標(biāo)系

視圖的frame，bounds和center屬性?xún)H僅是存取方法，當(dāng)操縱視圖的frame，實(shí)際上是在改變位于視圖下方CALayer的frame，不能夠獨(dú)立于圖層之外改變視圖的frame。

對(duì)于視圖或者圖層來(lái)說(shuō)，frame并不是一個(gè)非常清晰的屬性，它其實(shí)是一個(gè)虛擬屬性，是根據(jù)bounds，position和transform計(jì)算而來(lái)，所以當(dāng)其中任何一個(gè)值發(fā)生改變，frame都會(huì)變化。相反，改變frame的值同樣會(huì)影響到他們當(dāng)中的值

記住當(dāng)對(duì)圖層做變換的時(shí)候，比如旋轉(zhuǎn)或者縮放，frame實(shí)際上代表了覆蓋在圖層旋轉(zhuǎn)之后的整個(gè)軸對(duì)齊的矩形區(qū)域，也就是說(shuō)frame的寬高可能和bounds的寬高不再一致了（圖3.2）

圖3.2 旋轉(zhuǎn)一個(gè)視圖或者圖層之后的frame屬性

錨點(diǎn)

之前提到過(guò)，視圖的center屬性和圖層的position屬性都指定了anchorPoint相對(duì)于父圖層的位置。圖層的anchorPoint通過(guò)position來(lái)控制它的frame的位置，你可以認(rèn)為anchorPoint是用來(lái)移動(dòng)圖層的把柄。

默認(rèn)來(lái)說(shuō)，anchorPoint位于圖層的中點(diǎn)，所以圖層的將會(huì)以這個(gè)點(diǎn)為中心放置。anchorPoint屬性并沒(méi)有被UIView接口暴露出來(lái)，這也是視圖的position屬性被叫做“center”的原因。但是圖層的anchorPoint可以被移動(dòng)，比如你可以把它置于圖層frame的左上角，于是圖層的內(nèi)容將會(huì)向右下角的position方向移動(dòng)（圖3.3），而不是居中了。

圖3.3 改變anchorPoint的效果

和第二章提到的contentsRect和contentsCenter屬性類(lèi)似，anchorPoint用單位坐標(biāo)來(lái)描述，也就是圖層的相對(duì)坐標(biāo)，圖層左上角是{0, 0}，右下角是{1, 1}，因此默認(rèn)坐標(biāo)是{0.5, 0.5}。anchorPoint可以通過(guò)指定x和y值小于0或者大于1，使它放置在圖層范圍之外。

注意在圖3.3中，當(dāng)改變了anchorPoint，position屬性保持固定的值并沒(méi)有發(fā)生改變，但是frame卻移動(dòng)了。

那在什么場(chǎng)合需要改變anchorPoint呢？既然我們可以隨意改變圖層位置，那改變anchorPoint不會(huì)造成困惑么？為了舉例說(shuō)明，我們來(lái)舉一個(gè)實(shí)用的例子，創(chuàng)建一個(gè)模擬鬧鐘的項(xiàng)目。

鐘面和鐘表由四張圖片組成（圖3.4），為了簡(jiǎn)單說(shuō)明，我們還是用傳統(tǒng)的方式來(lái)裝載和加載圖片，使用四個(gè)UIImageView實(shí)例（當(dāng)然你也可以用正常的視圖，設(shè)置他們圖層的contents圖片）。

圖3.4 組成鐘面和鐘表的四張圖片

鬧鐘的組件通過(guò)IB來(lái)排列（圖3.5），這些圖片視圖嵌套在一個(gè)容器視圖之內(nèi)，并且自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)布局都被禁用了。這是因?yàn)樽詣?dòng)調(diào)整會(huì)影響到視圖的frame，而根據(jù)圖3.2的演示，當(dāng)視圖旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，frame是會(huì)發(fā)生改變的，這將會(huì)導(dǎo)致一些布局上的失靈。

我們用NSTimer來(lái)更新鬧鐘，使用視圖的transform屬性來(lái)旋轉(zhuǎn)鐘表（如果你對(duì)這個(gè)屬性不太熟悉，不要著急，我們將會(huì)在第5章“變換”當(dāng)中詳細(xì)說(shuō)明），具體代碼見(jiàn)清單3.1

圖3.5 在Interface Builder中布局鬧鐘視圖

清單3.1 Clock

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *hourHand;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *minuteHand;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *secondHand;
@property (nonatomic, weak) NSTimer *timer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //start timer
    self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(tick) userInfo:nil repeats:YES];
                  ?
    //set initial hand positions
    [self tick];
}

- (void)tick
{
    //convert time to hours, minutes and seconds
    NSCalendar *calendar = [[NSCalendar alloc] initWithCalendarIdentifier:NSGregorianCalendar];
    NSUInteger units = NSHourCalendarUnit | NSMinuteCalendarUnit | NSSecondCalendarUnit;
    NSDateComponents *components = [calendar components:units fromDate:[NSDate date]];
    CGFloat hoursAngle = (components.hour / 12.0) * M_PI * 2.0;
    //calculate hour hand angle //calculate minute hand angle
    CGFloat minsAngle = (components.minute / 60.0) * M_PI * 2.0;
    //calculate second hand angle
    CGFloat secsAngle = (components.second / 60.0) * M_PI * 2.0;
    //rotate hands
    self.hourHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(hoursAngle);
    self.minuteHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(minsAngle);
    self.secondHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(secsAngle);
}

@end

運(yùn)行項(xiàng)目，看起來(lái)有點(diǎn)奇怪（圖3.6），因?yàn)殓姳淼膱D片在圍繞著中心旋轉(zhuǎn)，這并不是我們期待的一個(gè)支點(diǎn)。

圖3.6 鐘面，和不對(duì)齊的鐘指針

你也許會(huì)認(rèn)為可以在Interface Builder當(dāng)中調(diào)整指針圖片的位置來(lái)解決，但其實(shí)并不能達(dá)到目的，因?yàn)槿绻环旁阽娒嬷虚g的話，同樣不能正確的旋轉(zhuǎn)。

也許在圖片末尾添加一個(gè)透明空間也是個(gè)解決方案，但這樣會(huì)讓圖片變大，也會(huì)消耗更多的內(nèi)存，這樣并不優(yōu)雅。

更好的方案是使用anchorPoint屬性，我們來(lái)在-viewDidLoad方法中添加幾行代碼來(lái)給每個(gè)鐘指針的anchorPoint做一些平移（清單3.2），圖3.7顯示了正確的結(jié)果。

清單3.2

- (void)viewDidLoad 
{
    [super viewDidLoad];
    // adjust anchor points

    self.secondHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f); 
    self.minuteHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f); 
    self.hourHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f);

    // start timer
} 

圖3.7 鐘面，和正確對(duì)齊的鐘指針

坐標(biāo)系

和視圖一樣，圖層在圖層樹(shù)當(dāng)中也是相對(duì)于父圖層按層級(jí)關(guān)系放置，一個(gè)圖層的position依賴(lài)于它父圖層的bounds，如果父圖層發(fā)生了移動(dòng)，它的所有子圖層也會(huì)跟著移動(dòng)。

這樣對(duì)于放置圖層會(huì)更加方便，因?yàn)槟憧梢酝ㄟ^(guò)移動(dòng)根圖層來(lái)將它的子圖層作為一個(gè)整體來(lái)移動(dòng)，但是有時(shí)候你需要知道一個(gè)圖層的絕對(duì)位置，或者是相對(duì)于另一個(gè)圖層的位置，而不是它當(dāng)前父圖層的位置。

CALayer給不同坐標(biāo)系之間的圖層轉(zhuǎn)換提供了一些工具類(lèi)方法：

- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point fromLayer:(CALayer *)layer; 
- (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point toLayer:(CALayer *)layer; 
- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect fromLayer:(CALayer *)layer;
- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect toLayer:(CALayer *)layer;

這些方法可以把定義在一個(gè)圖層坐標(biāo)系下的點(diǎn)或者矩形轉(zhuǎn)換成另一個(gè)圖層坐標(biāo)系下的點(diǎn)或者矩形

翻轉(zhuǎn)的幾何結(jié)構(gòu)

常規(guī)說(shuō)來(lái)，在iOS上，一個(gè)圖層的position位于父圖層的左上角，但是在Mac OS上，通常是位于左下角。Core Animation可以通過(guò)geometryFlipped屬性來(lái)適配這兩種情況，它決定了一個(gè)圖層的坐標(biāo)是否相對(duì)于父圖層垂直翻轉(zhuǎn)，是一個(gè)BOOL類(lèi)型。在iOS上通過(guò)設(shè)置它為YES意味著它的子圖層將會(huì)被垂直翻轉(zhuǎn)，也就是將會(huì)沿著底部排版而不是通常的頂部（它的所有子圖層也同理，除非把它們的geometryFlipped屬性也設(shè)為YES）。

Z坐標(biāo)軸

和UIView嚴(yán)格的二維坐標(biāo)系不同，CALayer存在于一個(gè)三維空間當(dāng)中。除了我們已經(jīng)討論過(guò)的position和anchorPoint屬性之外，CALayer還有另外兩個(gè)屬性，zPosition和anchorPointZ，二者都是在Z軸上描述圖層位置的浮點(diǎn)類(lèi)型。

注意這里并沒(méi)有更深的屬性來(lái)描述由寬和高做成的bounds了，圖層是一個(gè)完全扁平的對(duì)象，你可以把它們想象成類(lèi)似于一頁(yè)二維的堅(jiān)硬的紙片，用膠水粘成一個(gè)空洞，就像三維結(jié)構(gòu)的折紙一樣。

zPosition屬性在大多數(shù)情況下其實(shí)并不常用。在第五章，我們將會(huì)涉及CATransform3D，你會(huì)知道如何在三維空間移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)圖層，除了做變換之外，zPosition最實(shí)用的功能就是改變圖層的顯示順序了。

通常，圖層是根據(jù)它們子圖層的sublayers出現(xiàn)的順序來(lái)類(lèi)繪制的，這就是所謂的畫(huà)家的算法--就像一個(gè)畫(huà)家在墻上作畫(huà)--后被繪制上的圖層將會(huì)遮蓋住之前的圖層，但是通過(guò)增加圖層的zPosition，就可以把圖層向相機(jī)方向前置，于是它就在所有其他圖層的前面了（或者至少是小于它的zPosition值的圖層的前面）。

這里所謂的“相機(jī)”實(shí)際上是相對(duì)于用戶(hù)是視角，這里和iPhone背后的內(nèi)置相機(jī)沒(méi)任何關(guān)系。

圖3.8顯示了在Interface Builder內(nèi)的一對(duì)視圖，正如你所見(jiàn)，首先出現(xiàn)在視圖層級(jí)綠色的視圖被繪制在紅色視圖的后面。

圖3.8 在視圖層級(jí)中綠色視圖被繪制在紅色視圖的后面

我們希望在真實(shí)的應(yīng)用中也能顯示出繪圖的順序，同樣地，如果我們提高綠色視圖的zPosition（清單3.3），我們會(huì)發(fā)現(xiàn)順序就反了（圖3.9）。其實(shí)并不需要增加太多，視圖都非常地薄，所以給zPosition提高一個(gè)像素就可以讓綠色視圖前置，當(dāng)然0.1或者0.0001也能夠做到，但是最好不要這樣，因?yàn)楦↑c(diǎn)類(lèi)型四舍五入的計(jì)算可能會(huì)造成一些不便的麻煩。

清單3.3

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *greenView;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *redView;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    ?
    //move the green view zPosition nearer to the camera
    self.greenView.layer.zPosition = 1.0f;
}
@end

圖3.9 綠色視圖被繪制在紅色視圖的前面

Hit Testing 第一章“圖層樹(shù)”證實(shí)了最好使用圖層相關(guān)視圖，而不是創(chuàng)建獨(dú)立的圖層關(guān)系。其中一個(gè)原因就是要處理額外復(fù)雜的觸摸事件。

CALayer并不關(guān)心任何響應(yīng)鏈?zhǔn)录?，所以不能直接處理觸摸事件或者手勢(shì)。但是它有一系列的方法幫你處理事件：-containsPoint:和-hitTest:。

-containsPoint:接受一個(gè)在本圖層坐標(biāo)系下的CGPoint，如果這個(gè)點(diǎn)在圖層frame范圍內(nèi)就返回YES。如清單3.4所示第一章的項(xiàng)目的另一個(gè)合適的版本，也就是使用-containsPoint:方法來(lái)判斷到底是白色還是藍(lán)色的圖層被觸摸了 （圖3.10）。這需要把觸摸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成每個(gè)圖層坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，結(jié)果很不方便。

清單3.4 使用containsPoint判斷被點(diǎn)擊的圖層

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *layerView;
@property (nonatomic, weak) CALayer *blueLayer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //create sublayer
    self.blueLayer = [CALayer layer];
    self.blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
    self.blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    //add it to our view
    [self.layerView.layer addSublayer:self.blueLayer];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //get touch position relative to main view
    CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
    //convert point to the white layer's coordinates
    point = [self.layerView.layer convertPoint:point fromLayer:self.view.layer];
    //get layer using containsPoint:
    if ([self.layerView.layer containsPoint:point]) {
        //convert point to blueLayer’s coordinates
        point = [self.blueLayer convertPoint:point fromLayer:self.layerView.layer];
        if ([self.blueLayer containsPoint:point]) {
            [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside Blue Layer" 
                                        message:nil
                                       delegate:nil 
                              cancelButtonTitle:@"OK"
                              otherButtonTitles:nil] show];
        } else {
            [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside White Layer"
                                        message:nil 
                                       delegate:nil
                              cancelButtonTitle:@"OK"
                              otherButtonTitles:nil] show];
        }
    }
}

@end

圖3.10 點(diǎn)擊圖層被正確標(biāo)識(shí)

-hitTest:方法同樣接受一個(gè)CGPoint類(lèi)型參數(shù)，而不是BOOL類(lèi)型，它返回圖層本身，或者包含這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的葉子節(jié)點(diǎn)圖層。這意味著不再需要像使用-containsPoint:那樣，人工地在每個(gè)子圖層變換或者測(cè)試點(diǎn)擊的坐標(biāo)。如果這個(gè)點(diǎn)在最外面圖層的范圍之外，則返回nil。具體使用-hitTest:方法被點(diǎn)擊圖層的代碼如清單3.5所示。

清單3.5 使用hitTest判斷被點(diǎn)擊的圖層

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //get touch position
    CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
    //get touched layer
    CALayer *layer = [self.layerView.layer hitTest:point];
    //get layer using hitTest
    if (layer == self.blueLayer) {
        [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside Blue Layer"
                                    message:nil
                                   delegate:nil
                          cancelButtonTitle:@"OK"
                          otherButtonTitles:nil] show];
    } else if (layer == self.layerView.layer) {
        [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside White Layer"
                                    message:nil
                                   delegate:nil
                          cancelButtonTitle:@"OK"
                          otherButtonTitles:nil] show];
    }
}

注意當(dāng)調(diào)用圖層的-hitTest:方法時(shí)，測(cè)算的順序嚴(yán)格依賴(lài)于圖層樹(shù)當(dāng)中的圖層順序（和UIView處理事件類(lèi)似）。之前提到的zPosition屬性可以明顯改變屏幕上圖層的順序，但不能改變事件傳遞的順序。

這意味著如果改變了圖層的z軸順序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)將不能夠檢測(cè)到最前方的視圖點(diǎn)擊事件，這是因?yàn)楸涣硪粋€(gè)圖層遮蓋住了，雖然它的zPosition值較小，但是在圖層樹(shù)中的順序靠前。我們將在第五章詳細(xì)討論這個(gè)問(wèn)題。

自動(dòng)布局

你可能用過(guò)UIViewAutoresizingMask類(lèi)型的一些常量，應(yīng)用于當(dāng)父視圖改變尺寸的時(shí)候，相應(yīng)UIView的frame也跟著更新的場(chǎng)景（通常用于橫豎屏切換）。

在iOS6中，蘋(píng)果介紹了自動(dòng)排版機(jī)制，它和自動(dòng)調(diào)整不同，并且更加復(fù)雜。

在Mac OS平臺(tái)，CALayer有一個(gè)叫做layoutManager的屬性可以通過(guò)CALayoutManager協(xié)議和CAConstraintLayoutManager類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排版的機(jī)制。但由于某些原因，這在iOS上并不適用。

當(dāng)使用視圖的時(shí)候，可以充分利用UIView類(lèi)接口暴露出來(lái)的UIViewAutoresizingMask和NSLayoutConstraintAPI，但如果想隨意控制CALayer的布局，就需要手工操作。最簡(jiǎn)單的方法就是使用CALayerDelegate如下函數(shù)：

- (void)layoutSublayersOfLayer:(CALayer *)layer;

當(dāng)圖層的bounds發(fā)生改變，或者圖層的-setNeedsLayout方法被調(diào)用的時(shí)候，這個(gè)函數(shù)將會(huì)被執(zhí)行。這使得你可以手動(dòng)地重新擺放或者重新調(diào)整子圖層的大小，但是不能像UIView的autoresizingMask和constraints屬性做到自適應(yīng)屏幕旋轉(zhuǎn)。

這也是為什么最好使用視圖而不是單獨(dú)的圖層來(lái)構(gòu)建應(yīng)用程序的另一個(gè)重要原因之一。

總結(jié)

本章涉及了CALayer的集合結(jié)構(gòu)，包括它的frame，position和bounds，介紹了三維空間內(nèi)圖層的概念，以及如何在獨(dú)立的圖層內(nèi)響應(yīng)事件，最后簡(jiǎn)單說(shuō)明了在iOS平臺(tái)，Core Animation對(duì)自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)布局支持的缺乏。

在第四章“視覺(jué)效果”當(dāng)中，我們接著介紹一些圖層外表的特性。