CoreAnimation系列之一图层树

2016-12-03

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图层的树状结构

Core Animation（核心动画）其实是一个令人误解的命名。看名字它只是用来做动画的，但实际上它是从一个叫做Layer Kit这么一个和动画没什么关系的名字演变而来，所以动画这只是Core Animation特性的冰山一角。

Core Animation是一个复合引擎，它的职责就是尽可能快地组合屏幕上不同的可视内容，这个内容是被分解成独立的图层，存储在一个叫做图层树的树状体系之中。于是这个树形成了UIKit以及在iOS应用程序当中你所能在屏幕上看见的一切的基础。

在我们讨论动画之前，我们将从图层树开始，涉及一下Core Animation的静态组合以及布局特性。

图层和视图

如果你曾经在iOS或者Mac OS平台上写过应用程序，你可能会对视图的概念比较熟悉。一个视图就是在屏幕上显示的一个矩形块（比如图片，文字或者视频），它能够拦截类似于鼠标点击或者触摸手势等用户输入。视图在层级关系中可以互相嵌套，一个视图可以管理它的所有子视图的位置。

在iOS当中，所有的视图都从一个叫做UIView的基类派生而来，UIView可以处理触摸事件，可以支持基于Core Graphics绘图，可以做仿射变换（例如旋转或者缩放），或者简单的类似于滑动或者渐变的动画(UIView-动画)。

CALayer

CALayer类在概念上和UIView类似，同样也是一些被层级关系树管理的矩形块，同样也可以包含一些内容（像图片，文本或者背景色），管理子图层的位置。它们有一些方法和属性用来做动画和变换。和UIView最大的不同是CALayer不处理用户的交互，所以更加高效和轻量级。

CALayer并不清楚具体的响应链（iOS通过视图层级关系用来传送触摸事件的机制），于是它并不能够响应事件，即使它提供了一些方法来判断是否一个触点在图层的范围之内。

设计初衷

为什么不用一个简单的层级来处理所有事情呢？原因在于要做职责分离，这样也能避免很多重复代码。在iOS和Mac OS两个平台上，事件和用户交互有很多地方的不同，基于多点触控的用户界面和基于鼠标键盘有着本质的区别，这就是为什么iOS有UIKit和UIView，但是Mac OS有AppKit和NSView的原因。他们功能上很相似，但是在实现上有着显著的区别。

绘图，布局和动画，相比之下就是类似Mac笔记本和桌面系列一样应用于iPhone和iPad触屏的概念。把这种功能的逻辑分开并应用到独立的Core Animation框架，苹果就能够在iOS和Mac OS之间共享代码，使得对苹果自己的OS开发团队和第三方开发者去开发两个平台的应用更加便捷。

平行的层级关系

每一个UIView都有一个CALayer实例的图层属性，也就是所谓的 backing layer，视图的职责就是创建并管理这个图层，以确保当子视图在层级关系中添加或者被移除的时候，他们关联的图层也同样对应在层级关系树当中有相同的操作。

实际上这些背后关联的图层才是真正用来在屏幕上显示和做动画，UIView仅仅是对它的一个封装，提供了一些类似于处理触摸的具体功能，以及Core Animation底层方法的高级接口。

实际上，这里并不是两个层级关系，而是四个，每一个都扮演不同的角色，除了视图层级和图层树之外，还存在 呈现树 和 渲染树，这些后续会介绍。

图层的能力

如果说CALayer是UIView内部实现细节，那我们为什么要全面地了解它呢？苹果当然为我们提供了优美简洁的 UIView 接口，那么我们是否就没必要直接去处理Core Animation的细节了呢？

某种意义上说的确是这样，对一些简单的需求来说，我们确实没必要处理 CALayer，因为苹果已经通过 UIView 的高级API间接地使得动画变得很简单。

但是这种简单会不可避免地带来一些灵活上的缺陷。如果你略微想在底层做一些改变，或者使用一些苹果没有在UIView上实现的接口功能，这时除了介入Core Animation底层之外别无选择。

我们已经证实了图层不能像视图那样处理触摸事件，那么他能做哪些视图不能做的呢？这里有一些UIView没有暴露出来的CALayer的功能：

阴影，圆角，带颜色的边框
3D变换
非矩形范围
透明遮罩
多级非线性动画

我们将会在后续章节中探索这些功能，首先我们要关注一下在应用程序当中CALayer是怎样被利用起来的。

使用图层

首先我们来创建一个简单的项目，来操纵一些layer的属性。打开Xcode，使用Single View Application模板创建一个工程。

在屏幕中央创建一个小视图（大约200 X 200的），当然你可以手工编码，或者使用Interface Builder。确保你的视图控制器要添加一个视图的属性以便可以直接访问它。我们把它称作layerView。

运行项目，应该能在浅灰色屏幕背景中看见一个白色方块，如果没看见，可能需要调整一下背景window或者view的颜色。

我们来创建一个CALayer，并且把它作为我们视图相关图层的子图层。尽管UIView类的接口中暴露了图层属性，但是标准的Xcode项目模板并没有包含Core Animation相关头文件。所以如果我们不给项目添加合适的库，是不能够使用任何图层相关的方法或者访问它的属性。所以首先需要添加QuartzCore框架到Build Phases标签，然后在vc的.m文件中引入<QuartzCore/QuartzCore.h>库。

之后就可以在代码中直接引用CALayer的属性和方法。我们用创建了一个CALayer，设置了它的backgroundColor属性，然后添加到layerView背后相关图层的子图层（这段代码的前提是通过IB创建了layerView并做好了连接），代码如下：

#import "ViewController.h"
#import <QuartzCore/QuartzCore.h>

@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