iOS开发——UI进阶篇（十七）CALayer，核心动画基本使用

iOS开发——UI进阶篇（十七）CALayer，核心动画基本使用
一、CALayer简介

1、CALayer
在iOS中，文本输入框、一个图标等等，这些都是UIView
你能看得见摸得着的东西基本上都是UIView，比如一个按钮、一个文本标签、一个
其实UIView之所以能显示在屏幕上，完全是因为它内部的一个图层

在创建UIView对象时，UIView内部会自动创建一个图层(即CALayer对象)，通过UIView的layer属性可以访问这个层
```
@property(nonatomic,readonly,retain) CALayer *layer;
```
当UIView需要显示到屏幕上时，会调用drawRect:方法进行绘图，并且会将所有内容绘制在自己的图层上，绘图完毕后，系统会将图层拷贝到屏幕上，于是就完成了UIView的显示

换句话说，UIView本身不具备显示的功能，是它内部的层才有显示功能

2、CALayer的基本使用
通过操作CALayer对象，可以很方便地调整UIView的一些外观属性，比如：
阴影
圆角大小
边框宽度和颜色
… …

还可以给图层添加动画，来实现一些比较炫酷的效果

二、CALayer的属性

宽度和高度
@property CGRect bounds;

位置(默认指中点，具体由anchorPoint决定)
@property CGPoint position;

锚点(x,y的范围都是0-1)，决定了position的含义
@property CGPoint anchorPoint;

背景颜色(CGColorRef类型)
@property CGColorRef backgroundColor;

形变属性
@property CATransform3D transform;

边框颜色(CGColorRef类型)
@property CGColorRef borderColor;

边框宽度
@property CGFloat borderWidth;

圆角半径
@property CGFloat cornerRadius;

内容(比如设置为图片CGImageRef)
@property(retain) id contents;

// layer.contents = (id)[UIImage imageNamed:@"阿狸头像"].CGImage;

剪裁超出根层部分
@property BOOL masksToBounds;

设置阴影
@property float shadowOpacity;

阴影颜色
@property(nullable) CGColorRef shadowColor;
// _redView.layer.shadowColor = [UIColor yellowColor].CGColor;

阴影偏移量
@property CGSize shadowOffset;

阴影半径
@property CGFloat shadowRadius;

三、CALayer的疑惑

1、关于CALayer的疑惑
首先
CALayer是定义在QuartzCore框架中的
CGImageRef、CGColorRef两种数据类型是定义在CoreGraphics框架中的
UIColor、UIImage是定义在UIKit框架中的

其次
QuartzCore框架和CoreGraphics框架是可以跨平台使用的，在iOS和Mac OS X上都能使用
但是UIKit只能在iOS中使用

为了保证可移植性，QuartzCore不能使用UIImage、UIColor，只能使用CGImageRef、CGColorRef

2、UIView和CALayer的选择
```
CALayer是个与UIView很类似的概念，同样有layer,sublayer...，同样有backgroundColor、frame等相似的属性，我们可以将UIView看做一种特殊的CALayer，只不过UIView可以响应事件而已。一般来说，layer可以有两种用途，二者不互相冲突：一是对view相关属性的设置，包括圆角、阴影、边框等参数，更详细的参数请点击这里；二是实现对view的动画操控。因此对一个view进行core animation动画，本质上是对该view的.layer进行动画操纵。
```
通过CALayer，就能做出跟UIImageView一样的界面效果

既然CALayer和UIView都能实现相同的显示效果，那究竟该选择谁好呢？
其实，对比CALayer，UIView多了一个事件处理的功能。也就是说，CALayer不能处理用户的触摸事件，而UIView可以
所以，如果显示出来的东西需要跟用户进行交互的话，用UIView；如果不需要跟用户进行交互，用UIView或者CALayer都可以
当然，CALayer的性能会高一些，因为它少了事件处理的功能，更加轻量级

四、position和anchorPoint

CALayer有2个非常重要的属性：position和anchorPoint

@property CGPoint position;
用来设置CALayer在父层中的位置
以父层的左上角为原点(0, 0)

@property CGPoint anchorPoint;
称为“定位点”、“锚点”
决定着CALayer身上的哪个点会在position属性所指的位置（也就是这个点和position描述的点是同一个）
以自己的左上角为原点(0, 0)
它的x、y取值范围都是0~1，默认值为（0.5, 0.5）

五、CALayer隐式动画

1、简介
每一个UIView内部都默认关联着一个CALayer，我们可用称这个Layer为Root Layer（根层）

所有的非Root Layer，也就是手动创建的CALayer对象，都存在着隐式动画

什么是隐式动画？
当对非Root Layer的部分属性进行修改时，默认会自动产生一些动画效果
而这些属性称为Animatable Properties(可动画属性)

列举几个常见的Animatable Properties：
bounds：用于设置CALayer的宽度和高度。修改这个属性会产生缩放动画
backgroundColor：用于设置CALayer的背景色。修改这个属性会产生背景色的渐变动画
position：用于设置CALayer的位置。修改这个属性会产生平移动画

2、动画事务CATransaction
可以通过动画事务(CATransaction)关闭默认的隐式动画效果
```
[CATransaction begin];
[CATransaction setDisableActions:YES];
self.myview.layer.position = CGPointMake(10, 10);
[CATransaction commit];
```
下面是一个小游戏

代码：
```
 1 #import "ViewController.h"
 2 
 3 @interface ViewController ()
 4 
 5 @property (nonatomic, weak) CALayer *greenLayer;
 6 @property (nonatomic, weak) CALayer *greenLayer2;
 7 @property (nonatomic, weak) CALayer *greenLayer3;
 8 @property (nonatomic, weak) CALayer *greenLayer4;
 9 @end
10 
11 @implementation ViewController
12 
13 - (void)viewDidLoad {
14     [super viewDidLoad];
15     
16     CALayer *layer = [CALayer layer];
17     _greenLayer = layer;
18     layer.position = CGPointMake(0, 0);
19     layer.bounds = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
20     layer.anchorPoint = CGPointMake(0, 0);
21     layer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;
22     
23     CALayer *layer2 = [CALayer layer];
24     _greenLayer2 = layer2;
25     layer2.position = CGPointMake(0, 110);
26     layer2.bounds = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
27     layer2.anchorPoint = CGPointMake(0, 0);
28     layer2.backgroundColor = [UIColor yellowColor].CGColor;
29     
30     CALayer *layer3 = [CALayer layer];
31     _greenLayer3 = layer3;
32     layer3.position = CGPointMake(0, 220);
33     layer3.bounds = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
34     layer3.anchorPoint = CGPointMake(0, 0);
35     layer3.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
36     
37     CALayer *layer4 = [CALayer layer];
38     _greenLayer4 = layer4;
39     layer4.position = CGPointMake(0, 330);
40     layer4.bounds = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
41     layer4.anchorPoint = CGPointMake(0, 0);
42     layer4.backgroundColor = [UIColor greenColor].CGColor;
43     
44     [self.view.layer addSublayer:layer];
45     [self.view.layer addSublayer:layer2];
46     [self.view.layer addSublayer:layer3];
47     [self.view.layer addSublayer:layer4];
48 }
49 
50 - (void)layer:(CALayer *)layer
51 {
52     [CATransaction begin];
53 //        [CATransaction setDisableActions:YES];
54     [CATransaction setAnimationDuration:1];
55     layer.position = CGPointMake(arc4random_uniform(275), arc4random_uniform(550));
56     
57     layer.backgroundColor = [self randomColor].CGColor;
58     layer.cornerRadius = arc4random_uniform(50);
59     
60     layer.borderColor = [self randomColor].CGColor;
61     layer.borderWidth = arc4random_uniform(10);
62     
63     // 提交事务
64     [CATransaction commit];
65 
66 }
67 
68 - (IBAction)sta:(id)sender {
69     [self layer:_greenLayer];
70     [self layer:_greenLayer2];
71     [self layer:_greenLayer3];
72     [self layer:_greenLayer4];
73 }
74 
75 - (UIColor *)randomColor
76 {
77     CGFloat r = arc4random_uniform(256) / 255.0;
78     CGFloat g = arc4random_uniform(256) / 255.0;
79     CGFloat b = arc4random_uniform(256) / 255.0;
80     return [UIColor colorWithRed:r green:g blue:b alpha:1];
81 }
82 
83 @end
```
六、核心动画 Core Animation简介

Core Animation，中文翻译为核心动画，它是一组非常强大的动画处理API，使用它能做出非常炫丽的动画效果，而且往往是事半功倍。也就是说，使用少量的代码就可以实现非常强大的功能。
Core Animation可以用在Mac OS X和iOS平台。
Core Animation的动画执行过程都是在后台操作的，不会阻塞主线程。
要注意的是，Core Animation是直接作用在CALayer上的，并非UIView。

1、核心动画继承结构
注意：图中的黑色虚线代表“继承”某个类，红色虚线代表“遵守”某个协议

2、Core Animation的使用步骤
如果不是xcode5之后的版本，使用它需要先添加QuartzCore.framework和引入对应的框架<QuartzCore/QuartzCore.h>
开发步骤:
1.首先得有CALayer
2.初始化一个CAAnimation对象，并设置一些动画相关属性
3.通过调用CALayer的addAnimation:forKey:方法，增加CAAnimation对象到CALayer中，这样就能开始执行动画了
4.通过调用CALayer的removeAnimationForKey:方法可以停止CALayer中的动画

3、CAAnimation——简介
是所有动画对象的父类，负责控制动画的持续时间和速度，是个抽象类，不能直接使用，应该使用它具体的子类
属性说明：(红色代表来自CAMediaTiming协议的属性)
duration：动画的持续时间
repeatCount：重复次数，无限循环可以设置HUGE_VALF或者MAXFLOAT
repeatDuration：重复时间
removedOnCompletion：默认为YES，代表动画执行完毕后就从图层上移除，图形会恢复到动画执行前的状态。如果想让图层保持显示动画执行后的状态，那就设置为NO，不过还要设置fillMode为kCAFillModeForwards
fillMode：决定当前对象在非active时间段的行为。比如动画开始之前或者动画结束之后
beginTime：可以用来设置动画延迟执行时间，若想延迟2s，就设置为CACurrentMediaTime()+2，CACurrentMediaTime()为图层的当前时间
timingFunction：速度控制函数，控制动画运行的节奏
delegate：动画代理

4、CAAnimation——动画填充模式
fillMode属性值（要想fillMode有效，最好设置removedOnCompletion = NO）

kCAFillModeRemoved 这个是默认值，也就是说当动画开始前和动画结束后，动画对layer都没有影响，动画结束后，layer会恢复到之前的状态
kCAFillModeForwards 当动画结束后，layer会一直保持着动画最后的状态
kCAFillModeBackwards 在动画开始前，只需要将动画加入了一个layer，layer便立即进入动画的初始状态并等待动画开始。
kCAFillModeBoth 这个其实就是上面两个的合成.动画加入后开始之前，layer便处于动画初始状态，动画结束后layer保持动画最后的状态

5、CAAnimation——速度控制函数
速度控制函数(CAMediaTimingFunction)
kCAMediaTimingFunctionLinear（线性）：匀速，给你一个相对静态的感觉
kCAMediaTimingFunctionEaseIn（渐进）：动画缓慢进入，然后加速离开
kCAMediaTimingFunctionEaseOut（渐出）：动画全速进入，然后减速的到达目的地
kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut（渐进渐出）：动画缓慢的进入，中间加速，然后减速的到达目的地。这个是默认的动画行为。

6、CAAnimation——动画代理方法
CAAnimation在分类中定义了代理方法（这个分类也叫做非正式协议）
```
@interface NSObject (CAAnimationDelegate)

/* Called when the animation begins its active duration. */

- (void)animationDidStart:(CAAnimation *)anim;

/* Called when the animation either completes its active duration or
 * is removed from the object it is attached to (i.e. the layer). 'flag'
 * is true if the animation reached the end of its active duration
 * without being removed. */

- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag;

@end
```
7、CALayer上动画的暂停和恢复
```
#pragma mark 暂停CALayer的动画
-(void)pauseLayer:(CALayer*)layer
{
    CFTimeInterval pausedTime = [layer convertTime:CACurrentMediaTime() fromLayer:nil];

    // 让CALayer的时间停止走动
      layer.speed = 0.0;
    // 让CALayer的时间停留在pausedTime这个时刻
    layer.timeOffset = pausedTime;
}

#pragma mark 恢复CALayer的动画
-(void)resumeLayer:(CALayer*)layer
{
    CFTimeInterval pausedTime = layer.timeOffset;
    // 1. 让CALayer的时间继续行走
      layer.speed = 1.0;
    // 2. 取消上次记录的停留时刻
      layer.timeOffset = 0.0;
    // 3. 取消上次设置的时间
      layer.beginTime = 0.0;    
    // 4. 计算暂停的时间(这里也可以用CACurrentMediaTime()-pausedTime)
    CFTimeInterval timeSincePause = [layer convertTime:CACurrentMediaTime() fromLayer:nil] - pausedTime;
    // 5. 设置相对于父坐标系的开始时间(往后退timeSincePause)
      layer.beginTime = timeSincePause;
}
```
8、CAPropertyAnimation
是CAAnimation的子类，也是个抽象类，要想创建动画对象，应该使用它的两个子类：
CABasicAnimation
CAKeyframeAnimation

属性说明：
keyPath：通过指定CALayer的一个属性名称为keyPath（NSString类型），并且对CALayer的这个属性的值进行修改，达到相应的动画效果。比如，指定@“position”为keyPath，就修改CALayer的position属性的值，以达到平移的动画效果

七、基本动画和关键帧动画

1、CABasicAnimation
基本动画，是CAPropertyAnimation的子类

属性说明:
fromValue：keyPath相应属性的初始值
toValue：keyPath相应属性的结束值

动画过程说明：
随着动画的进行，在长度为duration的持续时间内，keyPath相应属性的值从fromValue渐渐地变为toValue
keyPath内容是CALayer的可动画Animatable属性
如果fillMode=kCAFillModeForwards同时removedOnComletion=NO，那么在动画执行完毕后，图层会保持显示动画执行后的状态。但在实质上，图层的属性值还是动画执行前的初始值，并没有真正被改变。
```
    CABasicAnimation *anim = [CABasicAnimation animation];
    
    anim.keyPath = @"transform.scale";
    anim.toValue = @0.5;
        // 取消反弹
    // 告诉在动画结束的时候不要移除
    anim.removedOnCompletion = NO;
    // 始终保持最新的效果
    anim.fillMode = kCAFillModeForwards;
```
2、CAKeyframeAnimation——关键帧动画
关键帧动画，也是CAPropertyAnimation的子类，与CABasicAnimation的区别是：
CABasicAnimation只能从一个数值（fromValue）变到另一个数值（toValue），而CAKeyframeAnimation会使用一个NSArray保存这些数值

属性说明：
values：上述的NSArray对象。里面的元素称为“关键帧”(keyframe)。动画对象会在指定的时间（duration）内，依次显示values数组中的每一个关键帧
path：可以设置一个CGPathRef、CGMutablePathRef，让图层按照路径轨迹移动。path只对CALayer的anchorPoint和position起作用。如果设置了path，那么values将被忽略
keyTimes：可以为对应的关键帧指定对应的时间点，其取值范围为0到1.0，keyTimes中的每一个时间值都对应values中的每一帧。如果没有设置keyTimes，各个关键帧的时间是平分的

CABasicAnimation可看做是只有2个关键帧的CAKeyframeAnimation

核心代码
```
    CAKeyframeAnimation *anim = [CAKeyframeAnimation animation];
    
    anim.duration = 0.5;
    anim.keyPath = @"transform";
    NSValue *value =  [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeRotation((-25) / 180.0 * M_PI, 0, 0, 1)];
    NSValue *value1 =  [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeRotation((25) / 180.0 * M_PI, 0, 0, 1)];
    NSValue *value2 =  [NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeRotation((-25) / 180.0 * M_PI, 0, 0, 1)];
    anim.values = @[value,value1,value2];
    
    anim.repeatCount = MAXFLOAT;
    
    [_layer addAnimation:anim forKey:nil];
```
3、CAAnimationGroup——动画组
动画组，是CAAnimation的子类，可以保存一组动画对象，将CAAnimationGroup对象加入层后，组中所有动画对象可以同时并发运行

属性说明：
animations：用来保存一组动画对象的NSArray
默认情况下，一组动画对象是同时运行的，也可以通过设置动画对象的beginTime属性来更改动画的开始时间

八、转场动画——CATransition

1、简介
CATransition是CAAnimation的子类，用于做转场动画，能够为层提供移出屏幕和移入屏幕的动画效果。iOS比Mac OS X的转场动画效果少一点
UINavigationController就是通过CATransition实现了将控制器的视图推入屏幕的动画效果
动画属性:
type：动画过渡类型
subtype：动画过渡方向
startProgress：动画起点(在整体动画的百分比)
endProgress：动画终点(在整体动画的百分比)

2、转场动画过度效果

核心代码
```
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    // 转场代码
    static int index = 2;
    NSString *imageName = [NSString stringWithFormat:@"%d",index];
    _imageV.image = [UIImage imageNamed:imageName];
    index++;
    
    if (index == 4) {
        index = 1;
    }
    
    // 转场动画代码
    // 创建转场动画对象
    CATransition *anim = [CATransition animation];
    
    // 设置转场类型
    anim.type = @"rippleEffect";
    
    // 设置动画的方向
    anim.subtype = kCATransitionFromLeft;
    
    // 设置动画时间
    anim.duration = 3;
    
    [_imageV.layer addAnimation:anim forKey:nil];
    
    // 转场动画使用注意点:转场代码必须和转场动画写在一起,否则无效
    
}
```
常用属性
1. @property(copy) NSArray *animations;
2. @property float startProgress;
3. @property float endProgress;
4. @property(strong) id filter;
5. duration:设置动画时间
6. type:subtype:typetimingFunction ,,(),
转场类型type：
- Fade = 1, //淡入淡出
- Push, //推挤
- Reveal, //揭开
- MoveIn, //覆盖
- Cube, //立方体
- SuckEffect, //吮吸（水滴）
- OglFlip, //翻转
- RippleEffect, //波纹（默认以父类为参照，所以一般我们使用一个和子控件一样大的父控件来修改这个效果）
- PageCurl, //翻页
- PageUnCurl, //反翻页
- CameraIrisHollowOpen, //开镜头
- CameraIrisHollowClose, //关镜头
- CurlDown, //下翻页
- CurlUp, //上翻页
- FlipFromLeft, //左翻转
- FlipFromRight, //右翻转
转场子类型subtype：

kCAMediaTimingFunctionLinear 线性即匀速

kCAMediaTimingFunctionEaseIn 先慢后快

kCAMediaTimingFunctionEaseOut 先快后慢

kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut 先慢后快再慢

kCAMediaTimingFunctionDefault 实际效果是动画中间比较快

注意：转场动画与转场代码必须写在一起，否则无效

3、使用UIView动画函数实现转场动画——单视图
+ (void)transitionWithView:(UIView *)view duration:(NSTimeInterval)duration options:(UIViewAnimationOptions)options animations:(void (^)(void))animations completion:(void (^)(BOOL finished))completion;

参数说明：
duration：动画的持续时间
view：需要进行转场动画的视图
options：转场动画的类型
animations：将改变视图属性的代码放在这个block中
completion：动画结束后，会自动调用这个block

4、使用UIView动画函数实现转场动画——双视图

+ (void)transitionFromView:(UIView *)fromView toView:(UIView *)toView duration:(NSTimeInterval)duration options:(UIViewAnimationOptions)options completion:(void (^)(BOOL finished))completion;

参数说明：
duration：动画的持续时间
options：转场动画的类型
animations：将改变视图属性的代码放在这个block中
completion：动画结束后，会自动调用这个block

九、CADisplayLink

CADisplayLink是一种以屏幕刷新频率触发的时钟机制，每秒钟执行大约60次左右
CADisplayLink是一个计时器，可以使绘图代码与视图的刷新频率保持同步，而NSTimer无法确保计时器实际被触发的准确时间
使用方法：
定义CADisplayLink并制定触发调用方法
将显示链接添加到主运行循环队列

例子
```
- (void)awakeFromNib
{
    // 设置定时器
//    [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:.1 target:self selector:@selector(setNeedsDisplay) userInfo:nil repeats:YES];
    
    // 0.1 setNeedsDisplay 绑定一个标识,等待下次刷新的时候才会调用drawRect方法
    // 0.15 屏幕的刷新时间
    
    // 定时器
    // 每次屏幕刷新的时候就会调用,屏幕一秒刷新60次
    CADisplayLink *link = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(setNeedsDisplay)];
    
    // 只要把定时器添加到主运行循环就能自动执行
    [link addToRunLoop:[NSRunLoop mainRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
    
    // setNeedsDisplay:底层并不会马上调用drawRect,只会给当前的控件绑定一个刷新的标识,每次屏幕刷新的时候,就会把绑定了刷新(重绘)标识的控件重新刷新(绘制)一次,就会调用drawRect去重绘
    
    // 如果以后每隔一段时间需要重绘,一般不使用NSTimer,使用CADisplayLink,不会刷新的时候有延迟
}

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    // Drawing code
    
    static CGFloat snowY = 0;
    
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"雪花"];
    
    [image drawAtPoint:CGPointMake(0, snowY)];
    
    snowY += 10;
    
    if (snowY > rect.size.height) {
        snowY = 0;
    }
    
    NSLog(@"%f",snowY);
    
}
```
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iOS开发——UI进阶篇（十七）CALayer，核心动画基本使用

一、CALayer简介

二、CALayer的属性

三、CALayer的疑惑

四、position和anchorPoint

五、CALayer隐式动画

六、核心动画 Core Animation简介

七、基本动画和关键帧动画

八、转场动画——CATransition

九、CADisplayLink