隱式動畫

按照我的意思去做，而不是我說的。 -- 埃德娜，辛普森

我們在第一部分討論了Core Animation除了動畫之外可以做到的任何事情。但是動畫師Core Animation庫一個非常顯著的特性。這一章我們來看看它是怎麼做到的。具體來說，我們先來討論框架自動完成的隱式動畫（除非你明確禁用了這個功能）。

事務

Core Animation基於一個假設，說屏幕上的任何東西都可以（或者可能）做動畫。動畫並不需要你在Core Animation中手動打開，相反需要明確地關閉，否則他會一直存在。

當你改變CALayer的一個可做動畫的屬性，它並不能立刻在屏幕上體現出來。相反，它是從先前的值平滑過渡到新的值。這一切都是默認的行爲，你不需要做額外的操作。

這看起來這太棒了，似乎不太真實，我們來用一個demo解釋一下：首先和第一章“圖層樹”一樣創建一個藍色的方塊，然後添加一個按鈕，隨機改變它的顏色。代碼見清單7.1。點擊按鈕，你會發現圖層的顏色平滑過渡到一個新值，而不是跳變（圖7.1）。

清單7.1 隨機改變圖層顏色

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //create sublayer
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    //add it to our view
    [self.layerView.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (IBAction)changeColor
{
    //randomize the layer background color
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;                                                                                       
}

@end

圖7.1 添加一個按鈕來控制圖層顏色

這其實就是所謂的隱式動畫。之所以叫隱式是因爲我們並沒有指定任何動畫的類型。我們僅僅改變了一個屬性，然後Core Animation來決定如何並且何時去做動畫。Core Animaiton同樣支持顯式動畫，下章詳細說明。

但當你改變一個屬性，Core Animation是如何判斷動畫類型和持續時間的呢？實際上動畫執行的時間取決於當前事務的設置，動畫類型取決於圖層行爲。

事務實際上是Core Animation用來包含一系列屬性動畫集合的機制，任何用指定事務去改變可以做動畫的圖層屬性都不會立刻發生變化，而是當事務一旦提交的時候開始用一個動畫過渡到新值。

事務是通過CATransaction類來做管理，這個類的設計有些奇怪，不像你從它的命名預期的那樣去管理一個簡單的事務，而是管理了一疊你不能訪問的事務。CATransaction沒有屬性或者實例方法，並且也不能用+alloc和-init方法創建它。但是可以用+begin和+commit分別來入棧或者出棧。

任何可以做動畫的圖層屬性都會被添加到棧頂的事務，你可以通過+setAnimationDuration:方法設置當前事務的動畫時間，或者通過+animationDuration方法來獲取值（默認0.25秒）。

Core Animation在每個run loop週期中自動開始一次新的事務（run loop是iOS負責收集用戶輸入，處理定時器或者網絡事件並且重新繪製屏幕的東西），即使你不顯式的用[CATransaction begin]開始一次事務，任何在一次run loop循環中屬性的改變都會被集中起來，然後做一次0.25秒的動畫。

明白這些之後，我們就可以輕鬆修改變色動畫的時間了。我們當然可以用當前事務的+setAnimationDuration:方法來修改動畫時間，但在這裏我們首先起一個新的事務，於是修改時間就不會有別的副作用。因爲修改當前事務的時間可能會導致同一時刻別的動畫（如屏幕旋轉），所以最好還是在調整動畫之前壓入一個新的事務。

修改後的代碼見清單7.2。運行程序，你會發現色塊顏色比之前變得更慢了。

清單7.2 使用CATransaction控制動畫時間

- (IBAction)changeColor
{
    //begin a new transaction
    [CATransaction begin];
    //set the animation duration to 1 second
    [CATransaction setAnimationDuration:1.0];
    //randomize the layer background color
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;
    //commit the transaction
    [CATransaction commit];
}

如果你用過UIView的動畫方法做過一些動畫效果，那麼應該對這個模式不陌生。UIView有兩個方法，+beginAnimations:context:和+commitAnimations，和CATransaction的+begin和+commit方法類似。實際上在+beginAnimations:context:和+commitAnimations之間所有視圖或者圖層屬性的改變而做的動畫都是由於設置了CATransaction的原因。

在iOS4中，蘋果對UIView添加了一種基於block的動畫方法：+animateWithDuration:animations:。這樣寫對做一堆的屬性動畫在語法上會更加簡單，但實質上它們都是在做同樣的事情。

CATransaction的+begin和+commit方法在+animateWithDuration:animations:內部自動調用，這樣block中所有屬性的改變都會被事務所包含。這樣也可以避免開發者由於對+begin和+commit匹配的失誤造成的風險。

完成塊

基於UIView的block的動畫允許你在動畫結束的時候提供一個完成的動作。CATranscation接口提供的+setCompletionBlock:方法也有同樣的功能。我們來調整上個例子，在顏色變化結束之後執行一些操作。我們來添加一個完成之後的block，用來在每次顏色變化結束之後切換到另一個旋轉90的動畫。代碼見清單7.3，運行結果見圖7.2。

清單7.3 在顏色動畫完成之後添加一個回調

- (IBAction)changeColor
{
    //begin a new transaction
    [CATransaction begin];
    //set the animation duration to 1 second
    [CATransaction setAnimationDuration:1.0];
    //add the spin animation on completion
    [CATransaction setCompletionBlock:^{
        //rotate the layer 90 degrees
        CGAffineTransform transform = self.colorLayer.affineTransform;
        transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI_2);
        self.colorLayer.affineTransform = transform;
    }];
    //randomize the layer background color
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;
    //commit the transaction
    [CATransaction commit];
}

圖7.2 顏色漸變之完成之後再做一次旋轉

注意旋轉動畫要比顏色漸變快得多，這是因爲完成塊是在顏色漸變的事務提交併出棧之後才被執行，於是，用默認的事務做變換，默認的時間也就變成了0.25秒。

圖層行爲

現在來做個實驗，試着直接對UIView關聯的圖層做動畫而不是一個單獨的圖層。清單7.4是對清單7.2代碼的一點修改，移除了colorLayer，並且直接設置layerView關聯圖層的背景色。

清單7.4 直接設置圖層的屬性

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //set the color of our layerView backing layer directly
    self.layerView.layer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
}

- (IBAction)changeColor
{
    //begin a new transaction
    [CATransaction begin];
    //set the animation duration to 1 second
    [CATransaction setAnimationDuration:1.0];
    //randomize the layer background color
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.layerView.layer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;
    //commit the transaction
    [CATransaction commit];
}

運行程序，你會發現當按下按鈕，圖層顏色瞬間切換到新的值，而不是之前平滑過渡的動畫。發生了什麼呢？隱式動畫好像被UIView關聯圖層給禁用了。

試想一下，如果UIView的屬性都有動畫特性的話，那麼無論在什麼時候修改它，我們都應該能注意到的。所以，如果說UIKit建立在Core Animation（默認對所有東西都做動畫）之上，那麼隱式動畫是如何被UIKit禁用掉呢？

我們知道Core Animation通常對CALayer的所有屬性（可動畫的屬性）做動畫，但是UIView把它關聯的圖層的這個特性關閉了。爲了更好說明這一點，我們需要知道隱式動畫是如何實現的。

我們把改變屬性時CALayer自動應用的動畫稱作行爲，當CALayer的屬性被修改時候，它會調用-actionForKey:方法，傳遞屬性的名稱。剩下的操作都在CALayer的頭文件中有詳細的說明，實質上是如下幾步：

圖層首先檢測它是否有委託，並且是否實現CALayerDelegate協議指定的-actionForLayer:forKey方法。如果有，直接調用並返回結果。
如果沒有委託，或者委託沒有實現-actionForLayer:forKey方法，圖層接着檢查包含屬性名稱對應行爲映射的actions字典。
如果actions字典沒有包含對應的屬性，那麼圖層接着在它的style字典接着搜索屬性名。
最後，如果在style裏面也找不到對應的行爲，那麼圖層將會直接調用定義了每個屬性的標準行爲的-defaultActionForKey:方法。

所以一輪完整的搜索結束之後，-actionForKey:要麼返回空（這種情況下將不會有動畫發生），要麼是CAAction協議對應的對象，最後CALayer拿這個結果去對先前和當前的值做動畫。

於是這就解釋了UIKit是如何禁用隱式動畫的：每個UIView對它關聯的圖層都扮演了一個委託，並且提供了-actionForLayer:forKey的實現方法。當不在一個動畫塊的實現中，UIView對所有圖層行爲返回nil，但是在動畫block範圍之內，它就返回了一個非空值。我們可以用一個demo做個簡單的實驗（清單7.5）

清單7.5 測試UIView的actionForLayer:forKey:實現

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //test layer action when outside of animation block
    NSLog(@"Outside: %@", [self.layerView actionForLayer:self.layerView.layer forKey:@"backgroundColor"]);
    //begin animation block
    [UIView beginAnimations:nil context:nil];
    //test layer action when inside of animation block
    NSLog(@"Inside: %@", [self.layerView actionForLayer:self.layerView.layer forKey:@"backgroundColor"]);
    //end animation block
    [UIView commitAnimations];
}

@end

運行程序，控制檯顯示結果如下：

$ LayerTest[21215:c07] Outside: <null>
$ LayerTest[21215:c07] Inside: <CABasicAnimation: 0x757f090>

於是我們可以預言，當屬性在動畫塊之外發生改變，UIView直接通過返回nil來禁用隱式動畫。但如果在動畫塊範圍之內，根據動畫具體類型返回相應的屬性，在這個例子就是CABasicAnimation（第八章“顯式動畫”將會提到）。

當然返回nil並不是禁用隱式動畫唯一的辦法，CATransacition有個方法叫做+setDisableActions:，可以用來對所有屬性打開或者關閉隱式動畫。如果在清單7.2的[CATransaction begin]之後添加下面的代碼，同樣也會阻止動畫的發生：

[CATransaction setDisableActions:YES];

總結一下，我們知道了如下幾點

UIView關聯的圖層禁用了隱式動畫，對這種圖層做動畫的唯一辦法就是使用UIView的動畫函數（而不是依賴CATransaction），或者繼承UIView，並覆蓋-actionForLayer:forKey:方法，或者直接創建一個顯式動畫（具體細節見第八章）。
對於單獨存在的圖層，我們可以通過實現圖層的-actionForLayer:forKey:委託方法，或者提供一個actions字典來控制隱式動畫。

我們來對顏色漸變的例子使用一個不同的行爲，通過給colorLayer設置一個自定義的actions字典。我們也可以使用委託來實現，但是actions字典可以寫更少的代碼。那麼到底改如何創建一個合適的行爲對象呢？

行爲通常是一個被Core Animation隱式調用的顯式動畫對象。這裏我們使用的是一個實現了CATransaction的實例，叫做推進過渡。

第八章中將會詳細解釋過渡，不過對於現在，知道CATransition響應CAAction協議，並且可以當做一個圖層行爲就足夠了。結果很贊，不論在什麼時候改變背景顏色，新的色塊都是從左側滑入，而不是默認的漸變效果。

清單7.6 實現自定義行爲

@interface ViewController ()

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

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];

    //create sublayer
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    //add a custom action
    CATransition *transition = [CATransition animation];
    transition.type = kCATransitionPush;
    transition.subtype = kCATransitionFromLeft;
    self.colorLayer.actions = @{@"backgroundColor": transition};
    //add it to our view
    [self.layerView.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (IBAction)changeColor
{
    //randomize the layer background color
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;
}

@end

圖7.3 使用推進過渡的色值動畫

呈現與模型

CALayer的屬性行爲其實很不正常，因爲改變一個圖層的屬性並沒有立刻生效，而是通過一段時間漸變更新。這是怎麼做到的呢？

當你改變一個圖層的屬性，屬性值的確是立刻更新的（如果你讀取它的數據，你會發現它的值在你設置它的那一刻就已經生效了），但是屏幕上並沒有馬上發生改變。這是因爲你設置的屬性並沒有直接調整圖層的外觀，相反，他只是定義了圖層動畫結束之後將要變化的外觀。

當設置CALayer的屬性，實際上是在定義當前事務結束之後圖層如何顯示的模型。Core Animation扮演了一個控制器的角色，並且負責根據圖層行爲和事務設置去不斷更新視圖的這些屬性在屏幕上的狀態。

我們討論的就是一個典型的微型MVC模式。CALayer是一個連接用戶界面（就是MVC中的view）虛構的類，但是在界面本身這個場景下，CALayer的行爲更像是存儲了視圖如何顯示和動畫的數據模型。實際上，在蘋果自己的文檔中，圖層樹通常都是值的圖層樹模型。

在iOS中，屏幕每秒鐘重繪60次。如果動畫時長比60分之一秒要長，Core Animation就需要在設置一次新值和新值生效之間，對屏幕上的圖層進行重新組織。這意味着CALayer除了“真實”值（就是你設置的值）之外，必須要知道當前顯示在屏幕上的屬性值的記錄。

每個圖層屬性的顯示值都被存儲在一個叫做呈現圖層的獨立圖層當中，他可以通過-presentationLayer方法來訪問。這個呈現圖層實際上是模型圖層的複製，但是它的屬性值代表了在任何指定時刻當前外觀效果。換句話說，你可以通過呈現圖層的值來獲取當前屏幕上真正顯示出來的值（圖7.4）。

我們在第一章中提到除了圖層樹，另外還有呈現樹。呈現樹通過圖層樹中所有圖層的呈現圖層所形成。注意呈現圖層僅僅當圖層首次被提交（就是首次第一次在屏幕上顯示）的時候創建，所以在那之前調用-presentationLayer將會返回nil。

你可能注意到有一個叫做–modelLayer的方法。在呈現圖層上調用–modelLayer將會返回它正在呈現所依賴的CALayer。通常在一個圖層上調用-modelLayer會返回–self（實際上我們已經創建的原始圖層就是一種數據模型）。

圖7.4 一個移動的圖層是如何通過數據模型呈現的

大多數情況下，你不需要直接訪問呈現圖層，你可以通過和模型圖層的交互，來讓Core Animation更新顯示。兩種情況下呈現圖層會變得很有用，一個是同步動畫，一個是處理用戶交互。

如果你在實現一個基於定時器的動畫（見第11章“基於定時器的動畫”），而不僅僅是基於事務的動畫，這個時候準確地知道在某一時刻圖層顯示在什麼位置就會對正確擺放圖層很有用了。
如果你想讓你做動畫的圖層響應用戶輸入，你可以使用-hitTest:方法（見第三章“圖層幾何學”）來判斷指定圖層是否被觸摸，這時候對呈現圖層而不是模型圖層調用-hitTest:會顯得更有意義，因爲呈現圖層代表了用戶當前看到的圖層位置，而不是當前動畫結束之後的位置。

我們可以用一個簡單的案例來證明後者（見清單7.7）。在這個例子中，點擊屏幕上的任意位置將會讓圖層平移到那裏。點擊圖層本身可以隨機改變它的顏色。我們通過對呈現圖層調用-hitTest:來判斷是否被點擊。

如果修改代碼讓-hitTest:直接作用於colorLayer而不是呈現圖層，你會發現當圖層移動的時候它並不能正確顯示。這時候你就需要點擊圖層將要移動到的位置而不是圖層本身來響應點擊（這就是爲什麼用呈現圖層來響應交互的原因）。

清單7.7 使用presentationLayer圖層來判斷當前圖層位置

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) CALayer *colorLayer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    //create a red layer
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
    self.colorLayer.position = CGPointMake(self.view.bounds.size.width / 2, self.view.bounds.size.height / 2);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;
    [self.view.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    //get the touch point
    CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
    //check if we've tapped the moving layer
    if ([self.colorLayer.presentationLayer hitTest:point]) {
        //randomize the layer background color
        CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1.0].CGColor;
    } else {
        //otherwise (slowly) move the layer to new position
        [CATransaction begin];
        [CATransaction setAnimationDuration:4.0];
        self.colorLayer.position = point;
        [CATransaction commit];
    }
}

@end

總結

這一章討論了隱式動畫，還有Core Animation對指定屬性選擇合適的動畫行爲的機制。同時你知道了UIKit是如何充分利用Core Animation的隱式動畫機制來強化它的顯式系統，以及動畫是如何被默認禁用並且當需要的時候啓用的。最後，你瞭解了呈現和模型圖層，以及Core Animation是如何通過它們來判斷出圖層當前位置以及將要到達的位置。

在下一章中，我們將研究Core Animation提供的顯式動畫類型，既可以直接對圖層屬性做動畫，也可以覆蓋默認的圖層行爲。

王崇

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