1. 圖層樹圖層的樹狀結構巨妖有圖層，洋蔥也有圖層，你有嗎？我們都有圖層 -- 史萊克 Core Animation其實是一個令人誤解的命名。你可能認為它只是用來做動畫的，但實際上它是從一個叫做Layer Kit這麼一個不怎麼和動畫有關的名字演變而來，所以做動畫這隻是Core Animation ...

1. 圖層樹

圖層的樹狀結構

巨妖有圖層，洋蔥也有圖層，你有嗎？我們都有圖層 -- 史萊克

Core Animation其實是一個令人誤解的命名。你可能認為它只是用來做動畫的，但實際上它是從一個叫做Layer Kit這麼一個不怎麼和動畫有關的名字演變而來，所以做動畫這隻是Core Animation特性的冰山一角。

Core Animation是一個複合引擎，它的職責就是儘可能快地組合屏幕上不同的可視內容，這個內容是被分解成獨立的圖層，存儲在一個叫做圖層樹的體系之中。於是這個樹形成了UIKit以及在iOS應用程式當中你所能在屏幕上看見的一切的基礎。

在我們討論動畫之前，我們將從圖層樹開始，涉及一下Core Animation的靜態組合以及佈局特性。

1.1 圖層與視圖

圖層與視圖

如果你曾經在iOS或者Mac OS平臺上寫過應用程式，你可能會對視圖的概念比較熟悉。一個視圖就是在屏幕上顯示的一個矩形塊（比如圖片，文字或者視頻），它能夠攔截類似於滑鼠點擊或者觸摸手勢等用戶輸入。視圖在層級關係中可以互相嵌套，一個視圖可以管理它的所有子視圖的位置。圖1.1顯示了一種典型的視圖層級關係

1.2 圖層的能力

圖層的能力

如果說CALayer是UIView內部實現細節，那我們為什麼要全面地瞭解它呢？蘋果當然為我們提供了優美簡潔的UIView介面，那麼我們是否就沒必要直接去處理Core Animation的細節了呢？

某種意義上說的確是這樣，對一些簡單的需求來說，我們確實沒必要處理CALayer，因為蘋果已經通過UIView的高級API間接地使得動畫變得很簡單。

但是這種簡單會不可避免地帶來一些靈活上的缺陷。如果你略微想在底層做一些改變，或者使用一些蘋果沒有在UIView上實現的介面功能，這時除了介入Core Animation底層之外別無選擇。

我們已經證實了圖層不能像視圖那樣處理觸摸事件，那麼他能做哪些視圖不能做的呢？這裡有一些UIView沒有暴露出來的CALayer的功能：

陰影，圓角，帶顏色的邊框
3D變換
非矩形範圍
透明遮罩
多級非線性動畫

我們將會在後續章節中探索這些功能，首先我們要關註一下在應用程式當中CALayer是怎樣被利用起來的。

1.3 使用圖層

使用圖層

首先我們來創建一個簡單的項目，來操縱一些layer的屬性。打開Xcode，使用Single View Application模板創建一個工程。

在屏幕中央創建一個小視圖（大約200 X 200的尺寸），當然你可以手工編碼，或者使用Interface Builder（隨你方便）。確保你的視圖控制器要添加一個視圖的屬性以便可以直接訪問它。我們把它稱作layerView。

運行項目，應該能在淺灰色屏幕背景中看見一個白色方塊，如果沒看見，可能需要調整一下背景window或者view的顏色

之後就可以在代碼中直接引用CALayer的屬性和方法。在清單1.1中，我們用創建了一個CALayer，設置了它的backgroundColor屬性，然後添加到layerView背後相關圖層的子圖層（這段代碼的前提是通過IB創建了layerView並做好了連接），圖1.5顯示了結果。

一個開發者，有一個學習的氛圍跟一個交流圈子特別重要，這是一個我的iOS交流群：1012951431，分享BAT,阿裡面試題、面試經驗，討論技術，大家一起交流學習成長！希望幫助開發者少走彎路。

清單1.1 給視圖添加一個藍色子圖層

#import "ViewController.h"
#import 
@interface ViewController ()

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

@end

@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;
    //add it to our view
    [self.layerView.layer addSublayer:blueLayer];
}
@end

1.4 總結

總結

這一章闡述了圖層的樹狀結構，說明瞭如何在iOS中由UIView的層級關係形成的一種平行的CALayer層級關係，在後面的實驗中，我們創建了自己的CALayer，並把它添加到圖層樹中。

在第二章，“圖層關聯的圖片”，我們將要研究一下CALayer關聯的圖片，以及Core Animation提供的操作顯示的一些特性。

2. 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類並創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了一個單調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，這一章節我們將來探索CALayer的寄宿圖（即圖層中包含的圖）。

2.1 contents屬性

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，那麼你得到的圖層將是空白的。

contents這個奇怪的表現是由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開發者可能會對這個感到困惑。

頭疼的不僅僅是我們剛纔提到的這個問題。事實上，你真正要賦值的類型應該是CGImageRef，它是一個指向CGImage結構的指針。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並不是一個真正的Cocoa對象，而是一個Core Foundation類型。

儘管Core Foundation類型跟Cocoa對象在運行時貌似很像（被稱作toll-free bridging），他們並不是類型相容的，不過你可以通過bridged關鍵字轉換。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），你就不需要 __bridge 這部分。但是，你幹嘛不用ARC？！

讓我們來繼續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。那麼我們就直接把layerView的宿主圖層的contents屬性設置成圖片。

清單2.1 更新後的代碼。

@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

image

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，使得UIView更加有趣了。

contentGravity

你可能已經註意到了我們的雪人看起來有點。。。胖＝＝！我們載入的圖片並不剛好是一個方的，為了適應這個視圖，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接近了（你可以試一下 :) ），不過UIView大多數視覺相關的屬性比如contentMode，對這些屬性的操作其實是對對應圖層的操作。

CALayer與contentMode對應的屬性叫做contentsGravity，但是它是一個NSString類型，而不是像對應的UIKit部分，那裡面的值是枚舉。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容在圖層的邊界中怎麼對齊，我們將使用kCAGravityResizeAspect，它的效果等同於UIViewContentModeScaleAspectFit，同時它還能在圖層中等比例拉伸以適應圖層的邊界。

self.layerView.layer.contentsGravity = kCAGravityResizeAspect;

圖2.2 可以看到結果

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，他讀取了高質量的Retina版本的圖片。但是當我們用CGImage來設置我們的圖層的內容時，拉伸這個因素在轉換的時候就丟失了。不過我們可以通過手動設置contentsScale來修複這個問題（如2.2清單），圖2.4是結果

@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2.5 使用masksToBounds來修建圖層內容

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，單位坐標指定在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使用了以下的坐標系統：

點 —— 在iOS和Mac OS中最常見的坐標體系。點就像是虛擬的像素，也被稱作邏輯像素。在標準設備上，一個點就是一個像素，但是在Retina設備上，一個點等於2*2個像素。iOS用點作為屏幕的坐標測算體系就是為了在Retina設備和普通設備上能有一致的視覺效果。
像素 —— 物理像素坐標並不會用來屏幕佈局，但是仍然與圖片有相對關係。UIImage是一個屏幕解析度解決方案，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設備和普通設備上，他們表現出來了不同的大小。
單位 —— 對於與圖片大小或是圖層邊界相關的顯示，單位坐標是一個方便的度量方式，當大小改變的時候，也不需要再次調整。單位坐標在OpenGL這種紋理坐標系統中用得很多，Core Animation中也用到了單位坐標。

預設的contentsRect是{0, 0, 1, 1}，這意味著整個寄宿圖預設都是可見的，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）

2.2 Custom Drawing

Custom Drawing

給contents賦CGImage的值不是唯一的設置寄宿圖的方法。我們也可以直接用Core Graphics直接繪製寄宿圖。能夠通過繼承UIView並實現-drawRect:方法來自定義繪製。

-drawRect: 方法沒有預設的實現，因為對UIView來說，寄宿圖並不是必須的，它不在意那到底是單調的顏色還是有一個圖片的實例。如果UIView檢測到-drawRect:方法被調用了，它就會為視圖分配一個寄宿圖，這個寄宿圖的像素尺寸等於視圖大小乘以 contentsScale的值。

如果你不需要寄宿圖，那就不要創建這個方法了，這會造成CPU資源和記憶體的浪費，這也是為什麼蘋果建議：如果沒有自定義繪製的任務就不要在子類中寫一個空的-drawRect:方法。

當視圖在屏幕上出現的時候 -drawRect:方法就會被自動調用。-drawRect:方法裡面的代碼利用Core Graphics去繪製一個寄宿圖，然後內容就會被緩存起來直到它需要被更新（通常是因為開發者調用了-setNeedsDisplay方法，儘管影響到表現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生的圖片。

CALayer有一個可選的delegate屬性，實現了CALayerDelegate協議，當CALayer需要一個內容特定的信息時，就會從協議中請求。CALayerDelegate是一個非正式協議，其實就是說沒有CALayerDelegate @protocol可以讓你在類裡面引用啦。你只需要調用你想調用的方法，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。它通過調用下麵這個方法做到的:

(void)displayLayer:(CALayerCALayer *)layer;

趁著這個機會，如果代理想直接設置contents屬性的話，它就可以這麼做，不然沒有別的方法可以調用了。如果代理不實現-displayLayer:方法，CALayer就會轉而嘗試調用下麵這個方法：

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

在調用這個方法之前，CALayer創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的繪製上下文環境，為繪製寄宿圖做準備，他作為ctx參數傳入。

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

清單2.5 實現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

2.3 總結

總結

本章介紹了寄宿圖和一些相關的屬性。你學到瞭如何顯示和放置圖片，使用拼合技術來顯示，以及用CALayerDelegate和Core Graphics來繪製圖層內容。

在第三章，"圖層幾何學"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

iOS核心動畫高級技巧-1