现代 CSS 解决方案：CSS 数学函数

现代 CSS 解决方案：CSS 数学函数
在 CSS 中，其实存在各种各样的函数。具体分为：
本文，将具体介绍其中的 CSS 数学函数（Math functions）中，已经被浏览器大规模支持的 4 个：
- calc()
- min()
- max()
- clamp()
为什么说是被浏览器大规模支持的？因为除了这 4 个目前已经得到大规模支持的数学函数外，其实规范 CSS Values and Units Module Level 4 已经定义了诸如三角函数相关 sin()、cos()、tan() 等，指数函数相关 pow()、sqrt() 等等数学函数，只是目前都处于实验室阶段，还没有浏览器支持它们，需要给时间一点时间。

Calc()

calc() 此 CSS 函数允许在声明 CSS 属性值时执行一些计算。

语法类似于
```
{
     calc(100% - 80px);
}
```
一些需要注意的点：
- + 和 - 运算符的两边必须要有空白字符。比如，calc(50% -8px) 会被解析成为一个无效的表达式，必须写成calc(8px + -50%)
- * 和 / 这两个运算符前后不需要空白字符，但如果考虑到统一性，仍然推荐加上空白符
- 用 0 作除数会使 HTML 解析器抛出异常
- 涉及自动布局和固定布局的表格中的表列、表列组、表行、表行组和表单元格的宽度和高度百分比的数学表达式，auto 可视为已指定。
- calc() 函数支持嵌套，但支持的方式是：把被嵌套的 calc() 函数全当成普通的括号。（所以，函数内直接用括号就好了。）
- calc() 支持与 CSS 变量混合使用
看一个最常见的例子，页面结构如下：
```
<div class="g-container">
    <div class="g-content">Content</div>
    <div class="g-footer">Footer</div>
</div>
```
页面的 g-footer 高为 80px，我们希望不管页面多长，g-content 部分都可以占满剩余空间，像是这样：

这种布局使用 flex 的弹性布局可以轻松实现，当然，也可以使用 calc() 实现：
```
.g-container {
    height: 100vh;
}
.g-content {
    height: calc(100vh - 80px);
}
.g-footer {
    height: 80px;
}
```
下面罗列一些 Calc() 的进阶技巧。

Calc 中的加减法与乘除法的差异

注意，calc() 中的加减法与乘除法的差异：
```
{
    font-size: calc(1rem + 10px);
     calc(100px + 10%);
}
```
可以看到，加减法两边的操作数都是需要单位的，而乘除法，需要一个无单位数，仅仅表示一个倍率：
```
{
     calc(100% / 7);
    animation-delay: calc(1s * 3);
}
```
Calc 的嵌套

calc() 函数是可以嵌套使用的，像是这样：
```
{
   calc(100vw - calc(100% - 64px));
}
```
此时，内部的 calc() 函数可以退化写成一个括号即可 ()，所以上述代码等价于：
```
{
   calc(100vw - (100% - 64px));
}
```
也就是嵌套内的 calc()，calc 几个函数字符可以省略。

Calc 内不同单位的混合运算

calc() 支持不同单位的混合运算，对于长度，只要是属于长度相关的单位都可以进行混合运算，包含这些：
- px
- %
- em
- rem
- in
- mm
- cm
- pt
- pc
- ex
- ch
- vh
- vw
- vmin
- vmax
这里有一个有意思的点，运算肯定是消耗性能的，早年间，有这样一段 CSS 代码，可以直接让 Chrome 浏览器崩溃 Crash：
```
<div></div>
```
CSS 样式如下：
```
div {
  --initial-level-0: calc(1vh + 1% + 1px + 1em + 1vw + 1cm);

  --level-1: calc(var(--initial-level-0) + var(--initial-level-0));
  --level-2: calc(var(--level-1) + var(--level-1));
  --level-3: calc(var(--level-2) + var(--level-2));
  --level-4: calc(var(--level-3) + var(--level-3));
  --level-5: calc(var(--level-4) + var(--level-4));
  --level-6: calc(var(--level-5) + var(--level-5));
  --level-7: calc(var(--level-6) + var(--level-6));
  --level-8: calc(var(--level-7) + var(--level-7));
  --level-9: calc(var(--level-8) + var(--level-8));
  --level-10: calc(var(--level-9) + var(--level-9));
  --level-11: calc(var(--level-10) + var(--level-10));
  --level-12: calc(var(--level-11) + var(--level-11));
  --level-13: calc(var(--level-12) + var(--level-12));
  --level-14: calc(var(--level-13) + var(--level-13));
  --level-15: calc(var(--level-14) + var(--level-14));
  --level-16: calc(var(--level-15) + var(--level-15));
  --level-17: calc(var(--level-16) + var(--level-16));
  --level-18: calc(var(--level-17) + var(--level-17));
  --level-19: calc(var(--level-18) + var(--level-18));
  --level-20: calc(var(--level-19) + var(--level-19));
  --level-21: calc(var(--level-20) + var(--level-20));
  --level-22: calc(var(--level-21) + var(--level-21));
  --level-23: calc(var(--level-22) + var(--level-22));
  --level-24: calc(var(--level-23) + var(--level-23));
  --level-25: calc(var(--level-24) + var(--level-24));
  --level-26: calc(var(--level-25) + var(--level-25));
  --level-27: calc(var(--level-26) + var(--level-26));
  --level-28: calc(var(--level-27) + var(--level-27));
  --level-29: calc(var(--level-28) + var(--level-28));
  --level-30: calc(var(--level-29) + var(--level-29));

  --level-final: calc(var(--level-30) + 1px);

    border- var(--level-final);                                 
    border-style: solid;
}
```
可以看到，从 --level-1 到 --level-30，每次的运算量都是成倍的增长，最终到 --level-final 变量，展开将有 2^30 = 1073741824 个 --initial-level-0 表达式的内容。

并且，每个 --initial-level-0 表达式的内容 -- calc(1vh + 1% + 1px + 1em + 1vw + 1cm)，在浏览器解析的时候，也已经足够复杂。

混合在一起，就导致了浏览器的 BOOM（Chrome 70之前的版本），为了能看到效果，我们将上述样式赋给某个元素被 hover 的时候，得到如下效果：

当然，这个 BUG 目前已经被修复了，我们也可以通过这个小 DEMO 了解到，一是 calc 是可以进行不同单位的混合运算的，另外一个就是注意具体使用的时候如果计算量巨大，可能会导致性能上较大的消耗。

当然，不要将长度单位和非长度单位混合使用，像是这样：
```
{
    animation-delay: calc(1s + 1px);
}
```
Calc 搭配 CSS 自定义变量使用

calc() 函数非常重要的一个特性就是能够搭配 CSS 自定义以及 CSS @property 变量一起使用。

最简单的一个 DEMO：
```
:root {
    -- 10px;
}
div {
     calc(var(--width));
}
```
当然，这样看上去，根本看不出这样的写法的作用，好像没有什么意义。实际应用场景中，会比上述的 DEMO 要稍微复杂一些。

假设我们要实现这样一个 loading 动画效果，一开始只有 3 个球：

可能的写法是这样，我们给 3 个球都添加同一个旋转动画，然后分别控制他们的 animation-delay：
```
<div class="g-container">
    <div class="g-item"></div>
    <div class="g-item"></div>
    <div class="g-item"></div>
</div>
```
```
.item:nth-child(1) {
    animation: rotate 3s infinite linear;
}
.item:nth-child(2) {
    animation: rotate 3s infinite -1s linear;
}
.item:nth-child(3) {
    animation: rotate 3s infinite -2s linear;
}
```
如果有一天，这个动画需要扩展成 5 个球的话，像是这样：

我们就不得已，得去既添加 HTML，又修改 CSS。而如果借助 Calc 和 CSS 变量，这个场景就可以稍微简化一下。

假设只有 3 个球：
```
<div class="g-container">
    <div class="g-item" style="--delay: 0"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2"></div>
</div>
```
我们通过 HTML 的 Style 标签，传入 --delay 变量，在 CSS 中直接使用它们：
```
.g-item {
    animation: rotate 3s infinite linear;
    animation-delay: calc(var(--delay) * -1s);
}
@keyframes rotate {
    to {
        transform: rotate(360deg);
    }
}
```
而当动画修改成 5 个球时，我们就不需要修改 CSS，直接修改 HTML 即可，像是这样：
```
<div class="g-container">
    <div class="g-item" style="--delay: 0"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 0.6"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.2"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.8"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2.4"></div>
</div>
```
核心的 CSS 还是这一句，不需要做任何修改：
```
{
    animation-delay: calc(var(--delay) * -1s);
}
```
完整的 DEMO，你可以戳这里：CodePen Demo -- Calc & CSS Variable Demo

calc 搭配自定义变量时候的默认值

还是上述的 Loading 动画效果，如果我的 HTML 标签中，有一个标签忘记填充 --delay 的值了，那会发生什么？

像是这样：
```
<div class="g-container">
    <div class="g-item" style="--delay: 0"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 0.6"></div>
    <div class="g-item"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.8"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2.4"></div>
</div>
```
```
{
    animation-delay: calc(var(--delay) * -1s);
}
```
由于 HTML 标签没有传入 --delay 的值，并且在 CSS 中向上查找也没找到对应的值，此时，animation-delay: calc(var(--delay) * -1s) 这一句其实是无效的，相当于 animation-delay: 0，效果也就是少了个球的效果：

所以，基于这种情况，可以利用 CSS 自定义变量 var() 的 fallback 机制：
```
{
    // (--delay, 1) 中的 1 是个容错机制
    animation-delay: calc(var(--delay, 1) * -1s);
}
```
此时，如果没有读取到任何 --delay 值，就会使用默认的 1 与 -1s 进行运算。

Calc 字符串拼接

很多人在使用 CSS 的时候，会尝试字符串的拼接，像是这样：
```
<div style="--url: 'bsBD1I.png'"></div>
```
```
:root {
    --urlA: 'url(https://s1.ax1x.com/2022/03/07/';
    --urlB: ')';
}
div {
     400px;
    height: 400px;
    background-image: calc(var(--urlA) + var(--url) + var(--urlB));
}
```
这里想利用 calc(var(--urlA) + var(--url) + var(--urlB)) 拼出完整的在 background-image 中可使用的 URL url(https://s1.ax1x.com/2022/03/07/bsBD1I.png)。

然而，这是不被允许的（无法实现的）。calc 的没有字符串拼接的能力。

唯一可能完成字符串拼接的是在元素的伪元素的 content 属性中。但是也不是利用 calc。

来看这样一个例子，这是错误的：
```
:root {
    --stringA: '123';
    --stringB: '456';
    --stringC: '789';
}

div::before {
    content: calc(var(--stringA) + var(--stringB) + var(--stringC));
}
```
此时，不需要 calc，直接使用自定义变量相加即可。

因此，正确的写法：
```
:root {
    --stringA: '123';
    --stringB: '456';
    --stringC: '789';
}
div::before {
    content: var(--stringA) + var(--stringB) + var(--stringC);
}
```
此时，内容可以正常展示：

再强调一下，calc 的没有字符串拼接的能力，如下的使用方式都是无法被识别的错误语法：
```
.el::before {
  // 不支持字符串拼接
  content: calc("My " + "counter");
}
.el::before {
  // 更不支持字符串乘法
  content: calc("String Repeat 3 times" * 3);
}
```
min()、max()、clamp()

min()、max()、clamp() 适合放在一起讲。它们的作用彼此之间有所关联。
- max()：从一个逗号分隔的表达式列表中选择最大（正方向）的值作为属性的值
- min()：从一个逗号分隔的表达式列表中选择最小的值作为属性的值
- clamp()：把一个值限制在一个上限和下限之间，当这个值超过最小值和最大值的范围时，在最小值和最大值之间选择一个值使用
由于在现实中，有非常多元素的的属性不是一成不变的，而是会根据上下文、环境的变化而变化。

譬如这样一个布局：
```
<div class="container"></div>
```
```
.container {
    height: 100px;
    background: #000;
}
```
效果如下，.container 块它会随着屏幕的增大而增大，始终占据整个屏幕：

对于一个响应式的项目，我们肯定不希望它的宽度会一直变大，而是当达到一定的阈值时，宽度从相对单位变成了绝对单位，这种情况就适用于 min()，简单改造下代码：
```
.container {
     min(100%, 500px);
    height: 100px;
    background: #000;
}
```
容器的宽度值会在 100% 与 500px 之间做选择，选取相对小的那个。

在屏幕宽度不足 500px 时候，也就表现为 100%，反之，则表现为 500px：

同理，在类似的场景，我们也可以使用 max() 从多个值中，选取相对更大的值。

min()、max() 支持多个值的列表

min()、max() 支持多个值的列表，譬如 max(1px, 2px, 3px, 50px)。

当然，对于上述表达：

max(1px, 2px, 3px, 50px) 其实等于 50px。因此，对于 min()、max() 的具体使用而言，最多应该只包含一个具体的绝对单位。否则，这样的像上述这种代码，虽然语法支持，但是任何情况下，计算值都是确定的，其实没有意义。

配合 calc

min()、max()、clamp() 都可以配合 calc 一起使用。

譬如：
```
div {
     max(50vw, calc(300px + 10%));
}
```
在这种情况下，calc 和相应包裹的括号可以省略，因此，上述代码又可以写成：
```
div {
     max(50vw, 300px + 10%);
}
```
基于 max、min 模拟 clamp

现在，有这样一种场景，如果，我们又需要限制最大值，也需要限制最小值，怎么办呢？

像是这样一个场景，**字体的大小，最小是 12px，随着屏幕的变大，逐渐变大，但是为了避免老人机现象（随着屏幕变大，无限制变大），我们还需要限制一个最大值 20px。

我们可以利用 vw 来实现给字体赋动态值，假设在移动端，设备宽度的 CSS 像素为 320px 时，页面的字体宽度最小为 12px，换算成 vw 即是 320 / 100 = 3.2，也就是 1vw 在屏幕宽度为 320px 时候，表现为 3.2px，12px 约等于 3.75 vw。

同时，我们需要限制最大字体值为 20px，对应的 CSS 如下：
```
p {
    font-size: max(12px, min(3.75vw, 20px));
}
```
看看效果：

通过 max()、min() 的配合使用，以及搭配一个相对单位 vw，我们成功的给字体设置了上下限，而在这个上下限之间实现了动态变化。

当然，上面核心的这一段 max(12px, min(3.75vw, 20px)) 看上去有点绕，因此，CSS 推出了 clamp() 简化这个语法，下面两个写法是等价的：
```
p {
    font-size: max(12px, min(3.75vw, 20px));
    // 等价于
    font-size: clamp(12px, 3.75vw, 20px);
}
```
clamp()

clamp() 函数的作用是把一个值限制在一个上限和下限之间，当这个值超过最小值和最大值的范围时，在最小值和最大值之间选择一个值使用。它接收三个参数：最小值、首选值、最大值。

有意思的是，clamp(MIN, VAL, MAX) 其实就是表示 max(MIN, min(VAL, MAX))。

使用 vw 配合 clamp 实现响应式布局

我们继续上面的话题。

在不久的过去，移动端的适配方面，使用更多的 rem 适配方案，可能会借助一些现成的库，类似于 flexible.js、hotcss.js 等库。rem 方案比较大的一个问题在于需要一段 JavaScript 响应视口变化，重设根元素的 font-size，并且，使用 rem 多少有点 hack 的感觉。

在现在，在移动端适配，我们更为推崇的是 vw 纯 CSS 方案，与 rem 方案类似，它的本质也是页面的等比例缩放。它的一个问题在于，如果仅仅使用 vw，随着屏幕的不断变大或者缩小，内容元素将会一直变大变小下去，这也导致了在大屏幕下，许多元素看着实在太大了！

因此，我们需要一种能够控制最大、最小阈值的方式，像是这样：

此时，clamp 就能非常好的派上用场，还是我们上述的例子，这一段代码 font-size: clamp(12px, 3.75vw, 20px)，就能将字体限制在 12px - 20px 的范围内。

因此，对于移动端页面而言，所有涉及长度的单位，我们都可以使用 vw 进行设置。而诸如字体、内外边距、宽度等不应该完全等比例缩放的，采用 clamp() 控制最大最小阈值。

在 Modern Fluid Typography Using CSS Clamp 一文中，对使用 clamp() 进行流式响应式布局还有更为深入的探讨，感兴趣的可以深入阅读。

总结一下，对于移动端页面，我们可以以 vw 配合 clamp() 的方式，完成整个移动端布局的适配。它的优势在于：
- 没有额外 JavaScript 代码的引入，纯 CSS 解决方案
- 能够很好地控制边界阈值，合理的进行缩放展示
反向响应式变化

还有一个技巧，利用 clamp() 配合负值，我们也可以反向操作，得到一种屏幕越大，字体越小的反向响应式效果：
```
p {
    font-size: clamp(20px, -5vw + 96px, 60px);
}
```
看看效果：

这个技巧挺有意思的，由于 -5vw + 96px 的计算值会随着屏幕的变小而增大，实现了一种反向的字体响应式变化。

总结

总结一下，合理运用 min()、max()、clamp()，是构建现代响应式布局的重点，我们可以告别传统的需要 JavaScript 辅助的一些方案，基于 CSS 这些数学函数即可完成所有的诉求。

一些进阶阅读非常好的文章：
- A guide to the min(), max(), and clamp() CSS functions
- Modern Fluid Typography Using CSS Clamp
最后

好了，本文到此结束，希望本文对你有所帮助

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原文地址：https://www.cnblogs.com/coco1s/p/16256948.html

现代 CSS 解决方案：CSS 数学函数

Calc()

Calc 中的加减法与乘除法的差异

Calc 的嵌套

Calc 内不同单位的混合运算

Calc 搭配 CSS 自定义变量使用

calc 搭配自定义变量时候的默认值

Calc 字符串拼接

min()、max()、clamp()

min()、max() 支持多个值的列表

配合 calc

基于 max、min 模拟 clamp

clamp()

使用 vw 配合 clamp 实现响应式布局

反向响应式变化

总结

最后