Swift 4 动画 - 2. CALayer

所有示例代码均可以在 Animations-Demo 下载到

上节提到 UIView 上所有动画归根结底都是发生在Layer 层，所以动画的学习离不开Layer的学习。

我们平时开发中很少使用layer，但是我们却一直在使用layer。view是不具备绘制能力的，真正绘制的是他的underlying layer 。 每个view都有一个layer属性。view上显示相关的属性也是layer属性的一个映射。屏幕显示的时候 UIView将layer绘制上去。视图不会被经常重绘;相反，它的绘制会被缓存，在可用的地方都会使用缓存版本(bitmap backing store)。缓存的版本，实际上，就是layer。那么view的图形上下文也就是layer的图形上下文。

所以深入学习layer还是很有必要的，因为它可以完成一些view不能完成的任务（比如，阴影、圆角、3d变换、透明遮罩、多级非线性动画、路径动画等）。尤其是在动画方便表现突出。 CALyaer 前面的 "CA" 代表的 " Core Animation "。但是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。

我们平时使用layer最好是使用view的underlying layer 。 这样既能享受 UIView的高级api，也能使用到layer的特性。 layer是不支持 AutoLayout 的。我们可以使用AutoLayout 为view布局，那么他的layer的frame会跟随view frame改变。

layer的几个基本属性：

• contents 是一个Any? ,但实际上接收一个CGImage对象，如果是其他对象，图层将是空白。

- 示例

图层上将会显示会对应的图像。

• contentGravity 相当于UIView 的 contentMode 属性 , 有以下值

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

• contentsScale 图的像素尺寸和视图大小的比例，默认情况下它是一个值为1.0的浮点数,应该设置为对应的scale

view1.layer.contentsScale = #imageLiteral(resourceName: "rabbit").scale
// or 
view1.layer.contentsScale = UIScreen.main.scale

• maskToBounds 相当于 UIView 上 clipsToBounds 超出部分是否裁剪
• contentsRect 允许我们在图层边框里显示寄宿图的一个子域。这涉及到图片是如何显示和拉伸的.contentsRect不是按点来计算的，它使用了单位坐标，单位坐标指定在0到1之间，是一个相对值。

view1.layer.contentsRect = CGRect(x: 0, y: 0, width: 0.5, height: 0.5)

示例

x方向的 一半 y 方向的一半 相当于1/4个兔子。。

可以通过下面的rect分别获取其他的3/4

CGRect(x: 0.5, y: 0, width: 0.5, height: 0.5)
CGRect(x: 0, y: 0.5, width: 0.5, height: 0.5)
CGRect(x: 0.5, y: 0.5, width: 0.5, height: 0.5)

图层跟view一样也有层级树，可以添加，可以有子layer但是最多只能有一个superlayer。layer使用了和视图相似的一整套方法来读取和操纵layer的层次结构。layer有一个superlayer属性和sublayers属性，以及下面的方法

• addSublayer:
• insertSublayer:atIndex:
• insertSublayer:below:, insertSublayer:above:
• replaceSublayer:with:
• removeFromSuperlayer

不同于视图的subviews属性，layer的sublayers属性是可写的。你可以通过sublayers属性一次性给layer设置多个sublayer。通过设置sublayers为nil来移除layer的所以子layer。

虽然一个layer的子layer有顺序，可以通过上面提到的方法和sublayers属性来操纵顺序，但这并不和绘制的顺序完全相同。默认情况下，layer有一个CGFloat类型的zPosition属性值，这也决定了绘制顺序。绘制规则是相同的zPosition的所有子layer在sublayers属性所列的顺序绘制，但较低的zPosition属性比较高的zPosition属性的layer先绘制。 （默认的zPosition是0.0）

还有一些方法提供了用于在同一layer层次结构内各layer的坐标系统之间的转换方法：

• convert:from:, convert:to:

可用来转换 CGPoint 和 CGRect

position 和 anchorPoint

position 对应于view的center属性，anchorPoint相当于一个锚点或者移动图层的一个固定点。anchorPoint用单位坐标来描述，也就是图层的相对坐标，图层左上角是{0, 0}，右下角是{1, 1}，
默认来说，anchorPoint 位于图层的中点，因此默认坐标是{0.5, 0.5}。所以图层的将会以这个点为中心放置。但是图层的anchorPoint可以被移动，比如设置为（0，0）。
那么图层就会像右下角移动。

示例

我们将棕色view的anchorPoint设置为 0，0

view3.layer.anchorPoint = CGPoint.zero

示例

anchorPoint位于图层的中点，所以图层的将会以这个点为中心放置

来看一个钟表的例子 。

我们在界面上放两个view都是基于AutoLayout布局的。

示例

蓝色view表示表盘，白色表示指针，居中显示。

然后在代码中进行设置一下

clockView.backgroundColor = UIColor.clear
clockView.layer.contents = #imageLiteral(resourceName: "clock").cgImage
clockView.layer.contentsScale = #imageLiteral(resourceName: "clock").scale

arrowView.layer.contents = #imageLiteral(resourceName: "arrow").cgImage
arrowView.layer.contentsScale = #imageLiteral(resourceName: "arrow").scale
arrowView.layer.backgroundColor = UIColor.clear.cgColor
arrowView.layer.anchorPoint = CGPoint(x: 0.5, y: 0.9)
let opts: UIViewAnimationOptions = [ .autoreverse , .repeat ]
UIView.animate(withDuration: 1 , delay: 0, options: opts, animations: {
  self.arrowView.transform = CGAffineTransform.identity.rotated(by: CGFloat( Double.pi/2 ) )
}, completion: nil)

就会得到如下效果。

示例

Cool~ ! 我们用了很少代码实现了不错的效果，view配合layer实现的。

这节里只谈layer不谈layer的动画。

视觉效果

• 圆角
  使用cornerRadius 配合 masksToBounds 可以达到圆角的效果。这个应该都会经常用到，会造成离屏渲染。

• 边框
  borderWidth 默认是0，黑色 ，可以通过 borderColor设置颜色

• 阴影
  由shadowColor，shadowOpacity，shadowRadius和shadowOffset属性定义,为使该层绘制阴影，shadowOpacity应该设置为非零值。阴影通常是根据该层的不透明区域的形状绘制，但得到该形状是cpu密集型的。您可以通过自己定义形状和把形状做为CGPath赋值给shadowPath属性，这会大大提高性能。

  如果图层的masksToBounds是true，边界之外的阴影不会被绘制

给shadowOpacity属性一个大于默认值（也就是0）的值，阴影就可以显示在任意图层之下。shadowOpacity是一个必须在0.0（不可见）和1.0（完全不透明）之间的浮点数。如果设置为1.0，将会显示一个有轻微模糊的黑色阴影稍微在图层之上。

shadowOffset属性控制着阴影的方向和距离。它是一个CGSize的值，宽度控制这阴影横向的位移，高度控制着纵向的位移。shadowOffset的默认值是 {0, -3}，意即阴影相对于Y轴有3个点的向上位移。

view4.backgroundColor = UIColor.white
view4.layer.shadowColor = UIColor.black.cgColor
view4.layer.shadowOffset = CGSize(width: 0, height: 3)
view4.layer.shadowOpacity = 0.6

示例

shadowRadius属性控制着阴影的模糊度(默认值是3)，当它的值是0的时候，阴影就和视图一样有一个非常确定的边界线。当值越来越大的时候，边界线看上去就会越来越模糊和自然。苹果自家的应用设计更偏向于自然的阴影，所以一个非零值再合适不过了。
通常来讲，如果你想让视图或控件非常醒目独立于背景之外（比如弹出框遮罩层），你就应该给shadowRadius设置一个稍大的值。阴影越模糊，图层的深度看上去就会更明显

view4.layer.shadowRadius = 10

示例

实时计算阴影也是一个非常消耗资源的，尤其是图层有多个子图层，每个图层还有一个有透明效果的寄宿图的时候。如果你事先知道你的阴影形状会是什么样子的，你可以通过指定一个shadowPath来提高性能。

view4.layer.shadowPath = // 一个CGPath类型

• 图层蒙版 mask 属性 ：
  CALayer有一个属性叫做mask , 这个属性本身就是个CALayer类型，有和其他图层一样的绘制和布局属性。它类似于一个子图层，相对于父图层（即拥有该属性的图层）布局，但是它却不是一个普通的子图层。不同于那些绘制在父图层中的子图层，mask图层定义了父图层的部分可见区域。

  mask图层的Color属性是无关紧要的，真正重要的是图层的轮廓。mask属性就像是一个饼干切割机，mask图层实心的部分会被保留下来，其他的则会被抛弃。

比如我们有这样一张猫咪图片

cat

一张星星图片

star

我们想让猫咪显示星星形状。

view5.backgroundColor = UIColor.clear
view5.layer.contents = #imageLiteral(resourceName: "cat").cgImage
view5.layer.contentsScale = #imageLiteral(resourceName: "cat").scale

由于要指定mask layer的frame

override func viewDidLayoutSubviews() {
    super.viewDidLayoutSubviews()
    let layer = CALayer()
    layer.contents = #imageLiteral(resourceName: "star").cgImage
    layer.contentsScale = #imageLiteral(resourceName: "star").scale
    layer.frame = view5.bounds
    view5.layer.mask = layer
}

效果

mask

图层的Transform

不同于view的transform 图层是可以做3d变换的。如果只是想执行2d的变换可以调用

layer.setAffineTransform(_:)

传入CGAffineTransform 参数，和view的变换方式一样的。如果要有可能用到3d变换就要使用 transform属性 一个 CAtransform3D对象，也可以进行2d变换，指定z为默认。

• CATransform3DMakeScale
• CATransform3DMakeRotation
• CATransform3DMakeTranslation
• CATransform3D.init(m11: , m12: , m13: , m14: , m21: , m22: , m23: , m24: , m31: , m32: , m33: , m34: , m41: , m42: , m43: , m44: )

最后一个是他的初始化方法，需要设置一个4X4的矩阵，如果你的数学功底足够厉害，你可以那么干。

有两种方式来放置layer在不同的深度。一种是通过它们的位置，就是zPosition属性。另一种是在z轴上施加一个平移变换来改变layer的位置。layer的position的z分量（zPosition）和在z轴的偏移量这两个量是相关的;在某种意义上说，zPosition是在z方向的平移变换的简写形式。

在现实世界中，改变一个对象的zPosition会使其显示更大或更小，因为它和眼睛的距离更近或更远;但是layer的绘制和真实世界不一样。这里没有视角的概念;layer在平面上按照它们真实的大小绘制而且叠在一起没有间隙。（这就是所谓的正投影，并且蓝图经常以这样的方式从侧面显示一个物体）。

CATransform3D的透视效果通过一个矩阵中一个很简单的元素来控制：m34。m34 用于按比例缩放X和Y的值来计算到底要离视角多远。

m34的默认值是0，我们可以通过设置m34为-1.0 / d来应用透视效果，d代表了想象中视角相机和屏幕之间的距离，以像素为单位，那应该如何计算这个距离呢？实际上并不需要，大概估算一个就好了。通常500-1000就已经很好了

var transform = CATransform3DIdentity
transform.m34 = -1.0 / 500.0
transform = CATransform3DRotate(transform, CGFloat(Double.pi / 4), 0, 1, 0)
view4.layer.transform = transform

对上面带阴影的layer做了变换后的效果

示例

CALayer有一个属性 sublayerTransform 他允许对他所有的子图层做变幻，参考示例： iOS 3D变换 -- CALayer的transform

图层的 KVC

所有图层属性都可以通过具有相同名称的属性键的键值编码来访问。因此，为layer添加mask，可以这样：
layer.mask = mask
也可以这样：
layer.setValue(mask, forKeyPath: "mask")
当然你也可以用swift4 的新语法

layer[keyPath:\CALayer.mask] = layer

此外，CATransform3D和CGAffineTransform值可以通过键 - 值编码和key path表示。例如。

self.ratationLayer.transform = CATransform3DMakeRotation(CGFloat(M_PI) / 4.0, 0, 1, 0)

也可以这样：

self.rotationLayer.setValue(M_PI / 4, forKeyPath: "transform.rotation.y")

transform相关属性可以这样使用

• rotation.x,rotation.y,rotation.z
• rotation(和rotation.z一样)
• scale.x,scale.y,scale.z
• translation.x,translate.y,translate.z
• translation

甚至你可以把CALayer作为一种字典，获取和设置任意键的值。这意味着你可以将任意信息附加到一个单独的层实例，并在以后检索。例如，手动布局layer需要先引用到此layer。那么可以这样做：

myLayer1.setValue("Foo", forKey: "name")
myLayer2.setVlaue("Foo2", forKey: "name")

图层没有一个name属性;'name'属性是我附加给layer的。现在，我可以通过获取各自的“name”键的值后确定这些层。

其他Layer

iOS 系统为我们提供了很多有特殊功能的layer。如CAGradientLayer 可以生成两种或更多颜色平滑渐变的图层。用Core Graphics复制一个CAGradientLayer并将内容绘制到一个普通图层的寄宿图也是有可能的，但是CAGradientLayer的真正好处在于绘制使用了硬件加速。

如果我们想要实现一个 view 自带渐变背景，那么我们可以改变view自身的 underlying layer 。

class CustomView: UIView {
  override class var layerClass: AnyClass {
    return CAGradientLayer.self
  }
}

这个默认是什么 CALayer 。

那么我们用这个方法就可以实现一个渐变色的view

class CustomView: UIView {
  override class var layerClass: AnyClass {
    return CAGradientLayer.self
  }
  
  override init(frame: CGRect) {
    super.init(frame: frame)
    prepareView()
  }
  
  required init?(coder aDecoder: NSCoder) {
    super.init(coder: aDecoder)
    prepareView()
  }
  
  func prepareView(){
    if let gradientLayer = self.layer as? CAGradientLayer{
      gradientLayer.colors = [ UIColor.red.cgColor,UIColor.blue.cgColor ]
      gradientLayer.startPoint = CGPoint.zero
      gradientLayer.endPoint = CGPoint(x: 1, y: 1)
    }
  } 
}

当然这个颜色可以为多个通过locations指定每个渐变颜色改变的点(相对坐标)

gradientLayer.locations = [0,0.5]

示例

CAShapeLayer

这个layer非常厉害，可以使用CGPath 来定义想要绘制的图形 ,最后CAShapeLayer就自动渲染出来了。当然，你也可以用Core Graphics直接向原始的CALyer的内容中绘制一个路径，相比直下，使用CAShapeLayer有以下一些优点：

• 渲染快速。CAShapeLayer使用了硬件加速，绘制同一图形会比用Core Graphics快很多。
• 高效使用内存。一个CAShapeLayer不需要像普通CALayer一样创建一个寄宿图形，所以无论有多大，都不会占用太多的内存。
• 不会被图层边界剪裁掉。一个CAShapeLayer可以在边界之外绘制。你的图层路径不会像在使用CoreGraphics的普通CALayer一样被剪裁掉
• 不会出现像素化。当你给CAShapeLayer做3D变换时，它不像一个有寄宿图的普通图层一样变得像素化。

用CAShapeLayer 做一些路径动画的时候将非常有用。目前只看下基本使用

let shapeLayer = CAShapeLayer()
func configShapelayer(){
    let rect = view7.bounds
    let path = UIBezierPath(ovalIn: rect)
    shapeLayer.path = path.cgPath
    shapeLayer.strokeColor = UIColor.red.cgColor
    shapeLayer.fillColor = UIColor.clear.cgColor
    shapeLayer.frame = view7.bounds
    view7.layer.addSublayer(shapeLayer)
}

示例

其他layer

还有一些其他的layer 这里不一一举例了，感兴趣的可以一一查看文档

• CATextLayer 用来显示文本
• CATransformLayer 用来做变换
• CAReplicatorLayer 高效生成许多相似的图层
• CAScrollLayer 可以实现滚动
• CATiledLayer 载入大图造成的性能问题提供了一个解决方案：将大图分解成小片然后将他们单独按需载入
• CAEmitterLayer 高性能的粒子引擎，被用来创建实时例子动画如：烟雾，火，雨等等这些效果。
• CAEAGLLayer OpenGL相关的替代， 还有一个CLKView
• AVPlayerLayer AVPlayerLayer是有别的框架（AVFoundation）提供的，它和Core Animation紧密地结合在一起，提供了一个CALayer子类来显示自定义的内容类型。AVPlayerLayer是用来在iOS上播放视频的。他是高级接口例如MPMoivePlayer的底层实现。 如果想要哪个View的背景播放一段视频。可以考虑使用它。