CoreAnimation

本次教程分为两个部分，分别为理论和实战，实战部分，主要就是一些代码，对理论部分的解析，下面让我们进入下面我们的第一部分CoreAnimation With Swift 理论

CALayer基础

UIView之所以能显示在屏幕上，完全是因为它内部的一个图层.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。CALayer是用来管理位图的state，以及如何被渲染出来。

CALayer基本属性

CALayer中anchorpoint是图层的关键，anchorpoint的位置发生变化，包括CALayer的position等属性相应的就会发生变化。anchorpoint是用单位坐标的（x，y轴都是从0到1，默认的anchorpoint的坐标为（0.5，0.5））

position:CGPoint用来设置CALayer在父层中的位置
anchorPoint:CGPoint决定着CALayer身上的哪个点会在position属性所指的位置

contentsGravity

当图片大小不是适合当前view的时候，你可能会使用view.contentMode来设置缩放和位置，其实他是通过控制CALayer的contentGravity属性来实现的

contentsScale

由于layer不能区分分辨率，contentScale用来定义像素尺寸到layer尺寸的拉伸比率，默认值是1

contentsRect

contentsRect使用的是单位坐标，表示的是需要显示的内容的尺寸

contentsCenter

contentsCenter：CGRect定义了layer内部一个可以被拉伸的区域，外部则是一个固定的边界。这个属性将一个layer分为9个部分。根据contentsGravity的设定，拉伸相应地区域。可以参考微信聊天记录上那个气泡

layer的视觉效果

圆角

CALayer有一个cornerRadius属性用来制作layer的圆角,默认情况下该属性只作用于backgroundColor，而对于sublayer和背景图都没有效果，但是如果配合masksToBounds=YES的设置，可以对layer内所有元素生效。

边框

CALayer通过borderWidth和borderColor两个属性的组合来定义border的宽度和颜色

阴影

通过设置shadowOpacity属性为一个大于0的值，可以给任意layer添加一个背景阴影。取值范围是0.0到1.0，表示全透明到非透明。同时还可以通过shadowColor（默认为黑）、shadowOffset（距离和方向）和shadowRadius(模糊度)三个属性来修改阴影的外观。不同于border围绕在layer的bounds，shadow是围绕在真正的内容外的。可以定义shadowPath来自定义阴影路径

遮罩（Masking）

mask属性接受另外一个CALayer值，可以被用作将当前layer裁切成给定layer的轮廓。masksToBounds则是让子视图不超过父视图的范围

Opacity

这里要说得是当子图层和父图层都设置了Opacity的时候（比如父类为0.5，子类为0.5 ，那么实际上子类的透明度为0.5*0.5+0.5(父类)=0.75）.而下面是你设置透明度和alpha等需要注意的
1.opaque 直接不再绘制这层layer下面的layer（效率高）
2.alpha会影响在layer上视图的透明度

3. 在app的Info.plist中添加UIViewGroupOpacity=YES。这会作用于当前app下的所有范围，可能还有点小的性能浪费。
4. 通过CALayer的 shouldRasterize=YES，将layer及其子layer全部打散成一个平面的图形，再使Opacity生效就可以达到我们想要的效果了。由于rasterizationScale默认等于1.0，会使得高清屏幕下图片像素化，所以我们还要同时设置一下:layer.rasterizationScale = UIScreen.mainScreen().scale

Transforms

UIView的transform属性类型是GAffineTransform，它用于对view进行二维空间下的旋转、拉伸或变形。其实他就是对CALayer的封装。CALayer同时也有一个transform属性，它的类型是CATransform3D（CATransform3D是一个4x4的矩阵，从而支持了对于垂直屏幕的z轴的变换效果。其中m34属性通常被用来计算x和y值的缩放比例，默认值是0）。CALayer实现仿射变化的属性是affineTransform(UIView就是对这个的封装)。CATransform3D的定义和它各个参数的作用如下。

struct CATransform3D {
  m11（x缩放）, m12（y切变）,m13（旋转）,  m14（）;
  m21（x切变）, m22（y缩放）, m23（）,    m24（）;
   m31（旋转）,  m32（ ）,    m33（）, 
 m34（透视效果，要操作的这个对象要有旋转的角度，否则没有效果。正直/负值都有意义）
 m41（x平移）,     m42（y平移）,     m43（z平移）,     m44（）;
 };

CATransform3D相关的函数

CATransform3D CATransform3DTranslate (CATransform3D t, CGFloat tx, CGFloat ty, CGFloat tz);
t：就可以理解为：函数的叠加，效果的叠加。
CATransform3D CATransform3DMakeScale (CGFloat sx, CGFloat sy, CGFloat sz);
sx：X轴缩放，代表一个缩放比例，一般都是 0 --- 1 之间的数字。sy：Y轴缩放。
sz：整体比例变换时，也就是m11（sx）== m22（sy）时，若m33（sz）>1，图形整体缩小，若0<1，图形整体放大，若m33（sz）<0，发生关于原点的对称等比变换。
CATransform3D CATransform3DMakeRotation (CGFloat angle, CGFloat x, CGFloat y, CGFloat z);
旋转效果。angle：旋转的弧度，所以要把角度转换成弧度：角度 * M_PI / 180。
x：向X轴方向旋转。值范围-1 --- 1之间y：向Y轴方向旋转。值范围-1 --- 1之间
z：向Z轴方向旋转。值范围-1 --- 1之间

CALayer的子类

CAGradientLayer

实现CALayer的渐变色

 // 渐变图层
    let gradientL = CAGradientLayer()
    gradientL.frame = bottomView.bounds;
    gradientL.opacity = 0;
    gradientL.colors = @[UIColor.clearColor().CGColor,UIColor blackColor().CGColor];

CAReplicatorLayer

CAReplicatorLayer复制图层，把子图层放在CAReplicatorLayer中，，可以把图层里面所有子层复制.这个图层用于，有许多相同的子视图做相同的动画效果的时候，这个可以复制这些子视图，并且为这些子视图加上延迟等效果

  let repL = CAReplicatorLayer()
  repL.frame = _lightView.bounds;
  _lightView.layer.addSublayer(repL)
  // 子图层
  let layer = CALayer()
  layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5, 1)
  layer.position = CGPointMake(15, _lightView.bounds.size.height)
  layer.bounds = CGRectMake(0, 0, 30, 150)
  repL.addSublayer(layer)
  let anim = CABasicAnimation()
  anim.keyPath = "transform.scale.y"
  anim.toValue = 0.1
  anim.duration = 0.5
  anim.repeatCount = MAXFLOAT;
  // 设置动画反转
  anim.autoreverses = YES;
  layer.addAnimation(anim,forKey:nil)
  // 复制层中子层总数
  // instanceCount：表示复制层里面有多少个子层，包括原始层
  repL.instanceCount = 3;
  // 设置复制子层偏移量，不包括原始层,相对于原始层x偏移,instanceTransform决定如何排序
  repL.instanceTransform = CATransform3DMakeTranslation(45, 0, 0);
  // 设置复制层动画延迟时间
  repL.instanceDelay = 0.1;
  // 如果设置了原始层背景色，就不需要设置这个属性
  repL.instanceColor = UIColor.greenColor().CGColor
  repL.instanceGreenOffset = -0.3;

UIView和CALayer的选择

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。虽然CALayer不感知responder chain，但是他通过提供-containPoint:和-hitTest:两个方法来帮助你定位事件所在layer。
我们为什么要了解CALayer的存在，因为他有一些UIView不能做的事情：

1. 阴影、圆角、多彩的border
2. 3D变化和定位
3. 非矩形的边界
4. alpha遮罩
5. 多步非线性动画

layer的绘制

在UIView的子类中可以通过实现-drawRect:方法来自定义绘图,CALayer的自定义绘图则通过layer的delegate对象（CALayerDelegate 协议）的以下两个方法来实现:

     // 方法1 需要手动调用layer.display()方法来调用
             func displayLayer(_ layer: CALayer!);

    // 方法2. 如果方法1没有实现，则调方法2。需要手动调用layer.display()方法来调用
  func drawLayer(_ layer: CALayer!, inContext  ctx,:  CGContext )

layer tree

CoreAnimation是一个合成引擎，它的工作是尽可能快的将不同的可视化的内容合成到屏幕上。这个可视化内容是不同的层（layer），构成一个叫做层树（layer tree）的层次结构。层树主要由三个部分组成：

layer tree.png

1. 模型层树：app交互的地方，存储目标值的地方
2. 外观层树：展示值得地方（从origin到target），在这一层获取动画过程中的当前值，这一层通过presentationLayer()方法获取。这层就是所看到的动画，但是实际上控件上的视图的frame之类的属性没有发生变化。
3. 渲染层树：私有的方法

隐式动画

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，也就是说当对非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)常见的Animatable Properties：

1. 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
2. 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
3. position：用于设置CALayer的位置。修改这个属性会产生平移动画

当然这个隐式的动画可以通过动画事务(CATransaction)关闭，它负责成批的把多个图层树的修改作为一个原子更新到渲染树。

核心动画

核心动画继承结构

核心动画的继承关系如下

屏幕快照 2016-06-26 01.12.04.png

1. 创建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

CAAnimation的属性介绍

CAAnimation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.下面需要对它的一些属性的介绍

CAMediaTiming协议的属性

1. duration：动画的持续时间
2. repeatCount：重复次数，无限循环可以设置HUGE_VALF或者MAXFLOAT
3. repeatDuration：重复时间
4. 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. 因为动画是在presenting tree上展现的，动画结束后是展现的模型树，presenting tree将被移除。
5. 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

CAAnimation的属性

1. 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
2. timingFunction：速度控制函数，控制动画运行的节奏如：kCAMediaTimingFunctionLinear等
3. delegate：动画代理（CAAnimationDelegate）代理方法监听动画的开始结束等状态

CABasicAnimation

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removedOnComletion=false，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。(只是没有移除掉presenting tree)

**注意：核心动画一切都是假象，并不会真实的改变图层的属性值，如果以后做动画的时候，不需要与用户交互，通常用核心动画（转场）。UIView动画必须通过修改属性的真实值，才有动画效果。
**

CAKeyframeAnimation

CAKeyframeAnimation会使用一个NSArray保存动画的属性数值

1. 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
2. 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
3. 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

CAAnimationGroup

CAAnimationGroup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,主要的属性有

1. animations：用来保存一组动画对象的Array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

CATransition

CATransition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。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.主要的动画属性有：

1. type：动画过渡类型
2. subtype：动画过渡方向
3. startProgress：动画起点(在整体动画的百分比)
4. endProgress：动画终点(在整体动画的百分比)

type属性控制着转场动画过渡效果

转场动画过渡效果

可以通过

+ (void)transitionWithView:(UIView *)view duration:(NSTimeInterval)duration options:(UIViewAnimationOptions)options animations:(void (^)(void))animations completion:(void (^)(BOOL finished))completion;

实现单视图的转场,而两个视图则得通过下面的方法

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

定时器

当你需要定时的执行同一个效果的动画的时候，就需要使用定时器，iOS中有两种定时器，NSTimer和CADisplayLink。NSTimer就是普通意义上的定时器，下面主要是讲CADisplayLink

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，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,一个CADisplayLink实例对象，会根据更新率定时同步绘画内容。需要提供一个选择器，当更新内容的时候。这个需要添加到一个RunLoop当中的去（相当是添加了定时器类型的Runloop）。
具体的使用使用方法：

1. 定义CADisplayLink并制定触发调用方法
2. 将显示链接添加到主运行循环队列

CADisplayLink相关的属性有

1. duration:每帧之间的时间
2. frameInterval：就是间隔多少帧调用一次选择器。，默认值是1.
3. paused: 是否暂停当前的定时器，控制 CADisplayLink的运行
4. timestamp：上一帧结束时候的时间，下一帧需要知道什么内容将被呈现

由于 CADisplayLink 绑定的方法会在每次屏幕刷新时被调用，精确度相当之高。正是基于这个特点，CADisplayLink 非常适合 UI 的重绘。