#图层几何学
#圖層幾何學
>*不熟悉幾何學的人就不要來這里了* --柏拉圖學院入口的簽名
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在第二章里面，我們介紹了圖層背后的圖片，和一些控制圖層坐標和旋轉(zhuǎn)的屬性。在這一章中，我們將要看一看圖層內(nèi)部是如何根據(jù)父圖層和兄弟圖層來控制位置和尺寸的。另外我們也會涉及如何管理圖層的幾何結(jié)構(gòu)，以及它是如何被自動調(diào)整和自動布局影響的。
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##布局
`UIView`有三個比較重要的布局屬性：`frame`，`bounds`和`center`，`CALayer`對應地叫做`frame`，`bounds`和`position`。為了能清楚區(qū)分，圖層用了“position”，視圖用了“center”，但是他們都代表同樣的值。
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`frame`代表了圖層的外部坐標（也就是在父圖層上占據(jù)的空間），`bounds`是內(nèi)部坐標（{0, 0}通常是圖層的左上角），`center`和`position`都代表了相對于父圖層`anchorPoint`所在的位置。`anchorPoint`的屬性將會在后續(xù)介紹到，現(xiàn)在把它想成圖層的中心點就好了。圖3.1顯示了這些屬性是如何相互依賴的。
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<img src="./3.1.jpeg" alt="圖3.1" title="圖3.1" width="700"/>
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圖3.1 `UIView`和`CALayer`的坐標系
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視圖的`frame`，`bounds`和`center`屬性僅僅是*存取方法*，當操縱視圖的`frame`，實際上是在改變位于視圖下方`CALayer`的`frame`，不能夠獨立于圖層之外改變視圖的`frame`。
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對于視圖或者圖層來說，`frame`并不是一個非常清晰的屬性，它其實是一個虛擬屬性，是根據(jù)`bounds`，`position`和`transform`計算而來，所以當其中任何一個值發(fā)生改變，frame都會變化。相反，改變frame的值同樣會影響到他們當中的值
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記住當對圖層做變換的時候，比如旋轉(zhuǎn)或者縮放，`frame`實際上代表了覆蓋在圖層旋轉(zhuǎn)之后的整個軸對齊的矩形區(qū)域，也就是說`frame`的寬高可能和`bounds`的寬高不再一致了（圖3.2）
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<img src="./3.2.jpeg" alt="圖3.2" title="圖3.2" width="700"/>
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圖3.2 旋轉(zhuǎn)一個視圖或者圖層之后的`frame`屬性
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##錨點
之前提到過，視圖的`center`屬性和圖層的`position`屬性都指定了`anchorPoint`相對于父圖層的位置。圖層的`anchorPoint`通過`position`來控制它的`frame`的位置，你可以認為`anchorPoint`是用來移動圖層的*把柄*。
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默認來說，`anchorPoint`位于圖層的中點，所以圖層的將會以這個點為中心放置。`anchorPoint`屬性并沒有被`UIView`接口暴露出來，這也是視圖的position屬性被叫做“center”的原因。但是圖層的`anchorPoint`可以被移動，比如你可以把它置于圖層`frame`的左上角，于是圖層的內(nèi)容將會向右下角的`position`方向移動（圖3.3），而不是居中了。
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<img src="./3.3.jpeg" alt="圖3.3" title="圖3.3" width="700"/>
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圖3.3 改變`anchorPoint`的效果
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和第二章提到的`contentsRect`和`contentsCenter`屬性類似，`anchorPoint`用*單位坐標*來描述，也就是圖層的相對坐標，圖層左上角是{0, 0}，右下角是{1, 1}，因此默認坐標是{0.5, 0.5}。`anchorPoint`可以通過指定x和y值小于0或者大于1，使它放置在圖層范圍之外。
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注意在圖3.3中，當改變了`anchorPoint`，`position`屬性保持固定的值并沒有發(fā)生改變，但是`frame`卻移動了。
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那在什么場合需要改變`anchorPoint`呢？既然我們可以隨意改變圖層位置，那改變`anchorPoint`不會造成困惑么？為了舉例說明，我們來舉一個實用的例子，創(chuàng)建一個模擬鬧鐘的項目。
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鐘面和鐘表由四張圖片組成（圖3.4），為了簡單說明，我們還是用傳統(tǒng)的方式來裝載和加載圖片，使用四個`UIImageView`實例（當然你也可以用正常的視圖，設置他們圖層的`contents`圖片）。
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<img src="./3.4.jpeg" alt="圖3.4" title="圖3.4" width="700"/>
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圖3.4 組成鐘面和鐘表的四張圖片
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鬧鐘的組件通過IB來排列（圖3.5），這些圖片視圖嵌套在一個容器視圖之內(nèi)，并且自動調(diào)整和自動布局都被禁用了。這是因為自動調(diào)整會影響到視圖的`frame`，而根據(jù)圖3.2的演示，當視圖旋轉(zhuǎn)的時候，`frame`是會發(fā)生改變的，這將會導致一些布局上的失靈。
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我們用`NSTimer`來更新鬧鐘，使用視圖的`transform`屬性來旋轉(zhuǎn)鐘表（如果你對這個屬性不太熟悉，不要著急，我們將會在第5章“變換”當中詳細說明），具體代碼見清單3.1
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<img src="./3.5.jpeg" alt="圖3.5" title="圖3.5" width="700"/>
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圖3.5 在Interface Builder中布局鬧鐘視圖
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清單3.1 **Clock**
```objective-c
@interface ViewController ()
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@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *hourHand;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *minuteHand;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *secondHand;
@property (nonatomic, weak) NSTimer *timer;
?
@end
?
@implementation ViewController
?
- (void)viewDidLoad
{
? ? [super viewDidLoad];
? ? //start timer
? ? self.timer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1.0 target:self selector:@selector(tick) userInfo:nil repeats:YES];
?? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? //set initial hand positions
? ? [self tick];
}
?
- (void)tick
{
? ? //convert time to hours, minutes and seconds
? ? NSCalendar *calendar = [[NSCalendar alloc] initWithCalendarIdentifier:NSGregorianCalendar];
? ? NSUInteger units = NSHourCalendarUnit | NSMinuteCalendarUnit | NSSecondCalendarUnit;
? ? NSDateComponents *components = [calendar components:units fromDate:[NSDate date]];
? ? CGFloat hoursAngle = (components.hour / 12.0) * M_PI * 2.0;
? ? //calculate hour hand angle //calculate minute hand angle
? ? CGFloat minsAngle = (components.minute / 60.0) * M_PI * 2.0;
? ? //calculate second hand angle
? ? CGFloat secsAngle = (components.second / 60.0) * M_PI * 2.0;
? ? //rotate hands
? ? self.hourHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(hoursAngle);
? ? self.minuteHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(minsAngle);
? ? self.secondHand.transform = CGAffineTransformMakeRotation(secsAngle);
}
?
@end
```
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運行項目，看起來有點奇怪（圖3.6），因為鐘表的圖片在圍繞著中心旋轉(zhuǎn)，這并不是我們期待的一個支點。
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<img src="./3.6.jpeg" alt="圖3.6" title="圖3.6" width="700"/>
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圖3.6 鐘面，和不對齊的鐘指針
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你也許會認為可以在Interface Builder當中調(diào)整指針圖片的位置來解決，但其實并不能達到目的，因為如果不放在鐘面中間的話，同樣不能正確的旋轉(zhuǎn)。
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也許在圖片末尾添加一個透明空間也是個解決方案，但這樣會讓圖片變大，也會消耗更多的內(nèi)存，這樣并不優(yōu)雅。
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更好的方案是使用`anchorPoint`屬性，我們來在`-viewDidLoad`方法中添加幾行代碼來給每個鐘指針的`anchorPoint`做一些平移（清單3.2），圖3.7顯示了正確的結(jié)果。
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清單3.2
```objective-c
- (void)viewDidLoad?
{
? ? [super viewDidLoad];
? ? // adjust anchor points
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? ? self.secondHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f);?
? ? self.minuteHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f);?
? ? self.hourHand.layer.anchorPoint = CGPointMake(0.5f, 0.9f);
?
?
? ? // start timer
}?
```
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<img src="./3.7.jpeg" alt="圖3.7" title="圖3.7" width="700"/>
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圖3.7 鐘面，和正確對齊的鐘指針
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##坐標系
和視圖一樣，圖層在圖層樹當中也是相對于父圖層按層級關(guān)系放置，一個圖層的`position`依賴于它父圖層的`bounds`，如果父圖層發(fā)生了移動，它的所有子圖層也會跟著移動。
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這樣對于放置圖層會更加方便，因為你可以通過移動根圖層來將它的子圖層作為一個整體來移動，但是有時候你需要知道一個圖層的*絕對*位置，或者是相對于另一個圖層的位置，而不是它當前父圖層的位置。
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`CALayer`給不同坐標系之間的圖層轉(zhuǎn)換提供了一些工具類方法：
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? ? - (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point fromLayer:(CALayer *)layer;?
? ? - (CGPoint)convertPoint:(CGPoint)point toLayer:(CALayer *)layer;?
? ? - (CGRect)convertRect:(CGRect)rect fromLayer:(CALayer *)layer;
- (CGRect)convertRect:(CGRect)rect toLayer:(CALayer *)layer;
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這些方法可以把定義在一個圖層坐標系下的點或者矩形轉(zhuǎn)換成另一個圖層坐標系下的點或者矩形
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###翻轉(zhuǎn)的幾何結(jié)構(gòu)
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常規(guī)說來，在iOS上，一個圖層的`position`位于父圖層的左上角，但是在Mac OS上，通常是位于左下角。Core Animation可以通過`geometryFlipped`屬性來適配這兩種情況，它決定了一個圖層的坐標是否相對于父圖層垂直翻轉(zhuǎn)，是一個`BOOL`類型。在iOS上通過設置它為`YES`意味著它的子圖層將會被垂直翻轉(zhuǎn)，也就是將會沿著底部排版而不是通常的頂部（它的所有子圖層也同理，除非把它們的`geometryFlipped`屬性也設為`YES`）。
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###Z坐標軸
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和`UIView`嚴格的二維坐標系不同，`CALayer`存在于一個三維空間當中。除了我們已經(jīng)討論過的`position`和`anchorPoint`屬性之外，`CALayer`還有另外兩個屬性，`zPosition`和`anchorPointZ`，二者都是在Z軸上描述圖層位置的浮點類型。
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注意這里并沒有更*深*的屬性來描述由寬和高做成的`bounds`了，圖層是一個完全扁平的對象，你可以把它們想象成類似于一頁二維的堅硬的紙片，用膠水粘成一個空洞，就像三維結(jié)構(gòu)的折紙一樣。
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`zPosition`屬性在大多數(shù)情況下其實并不常用。在第五章，我們將會涉及`CATransform3D`，你會知道如何在三維空間移動和旋轉(zhuǎn)圖層，除了做變換之外，`zPosition`最實用的功能就是改變圖層的*顯示順序*了。
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通常，圖層是根據(jù)它們子圖層的`sublayers`出現(xiàn)的順序來類繪制的，這就是所謂的*畫家的算法*--就像一個畫家在墻上作畫--后被繪制上的圖層將會遮蓋住之前的圖層，但是通過增加圖層的`zPosition`，就可以把圖層向相機方向*前置*，于是它就在所有其他圖層的*前面*了（或者至少是小于它的`zPosition`值的圖層的前面）。
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這里所謂的“相機”實際上是相對于用戶是視角，這里和iPhone背后的內(nèi)置相機沒任何關(guān)系。
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圖3.8顯示了在Interface Builder內(nèi)的一對視圖，正如你所見，首先出現(xiàn)在視圖層級綠色的視圖被繪制在紅色視圖的后面。
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<img src="./3.8.jpeg" alt="圖3.8" title="圖3.8" width="700"/>
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圖3.8 在視圖層級中綠色視圖被繪制在紅色視圖的后面
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我們希望在真實的應用中也能顯示出繪圖的順序，同樣地，如果我們提高綠色視圖的`zPosition`（清單3.3），我們會發(fā)現(xiàn)順序就反了（圖3.9）。其實并不需要增加太多，視圖都非常地薄，所以給`zPosition`提高一個像素就可以讓綠色視圖前置，當然0.1或者0.0001也能夠做到，但是最好不要這樣，因為浮點類型四舍五入的計算可能會造成一些不便的麻煩。
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清單3.3
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```objective-c
@interface ViewController ()
?
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *greenView;
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *redView;
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@end
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@implementation ViewController
?
- (void)viewDidLoad
{
? ? [super viewDidLoad];
?? ?
? ? //move the green view zPosition nearer to the camera
? ? self.greenView.layer.zPosition = 1.0f;
}
@end
```
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<img src="./3.9.jpeg" alt="圖3.9" title="圖3.9" width="700"/>
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圖3.9 綠色視圖被繪制在紅色視圖的前面
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##Hit Testing
第一章“圖層樹”證實了最好使用圖層相關(guān)視圖，而不是創(chuàng)建獨立的圖層關(guān)系。其中一個原因就是要處理額外復雜的觸摸事件。
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`CALayer`并不關(guān)心任何響應鏈事件，所以不能直接處理觸摸事件或者手勢。但是它有一系列的方法幫你處理事件：`-containsPoint:`和`-hitTest:`。
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` -containsPoint: `接受一個在本圖層坐標系下的`CGPoint`，如果這個點在圖層`frame`范圍內(nèi)就返回`YES`。如清單3.4所示第一章的項目的另一個合適的版本，也就是使用`-containsPoint:`方法來判斷到底是白色還是藍色的圖層被觸摸了
（圖3.10）。這需要把觸摸坐標轉(zhuǎn)換成每個圖層坐標系下的坐標，結(jié)果很不方便。
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清單3.4 使用containsPoint判斷被點擊的圖層
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```objective-c
@interface ViewController ()
?
@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *layerView;
@property (nonatomic, weak) CALayer *blueLayer;
?
@end
?
@implementation ViewController
?
- (void)viewDidLoad
{
? ? [super viewDidLoad];
? ? //create sublayer
? ? self.blueLayer = [CALayer layer];
? ? self.blueLayer.frame = CGRectMake(50.0f, 50.0f, 100.0f, 100.0f);
? ? self.blueLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
? ? //add it to our view
? ? [self.layerView.layer addSublayer:self.blueLayer];
}
?
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
? ? //get touch position relative to main view
? ? CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
? ? //convert point to the white layer's coordinates
? ? point = [self.layerView.layer convertPoint:point fromLayer:self.view.layer];
? ? //get layer using containsPoint:
? ? if ([self.layerView.layer containsPoint:point]) {
? ? ? ? //convert point to blueLayer’s coordinates
? ? ? ? point = [self.blueLayer convertPoint:point fromLayer:self.layerView.layer];
? ? ? ? if ([self.blueLayer containsPoint:point]) {
? ? ? ? ? ? [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside Blue Layer"?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? message:nil
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? delegate:nil?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cancelButtonTitle:@"OK"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? otherButtonTitles:nil] show];
? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside White Layer"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? message:nil?
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? delegate:nil
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cancelButtonTitle:@"OK"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? otherButtonTitles:nil] show];
? ? ? ? }
? ? }
}
?
@end
```
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<img src="./3.10.jpeg" alt="圖3.10" title="圖3.10" width="700"/>
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圖3.10 點擊圖層被正確標識
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`-hitTest:`方法同樣接受一個`CGPoint`類型參數(shù)，而不是`BOOL`類型，它返回圖層本身，或者包含這個坐標點的葉子節(jié)點圖層。這意味著不再需要像使用`-containsPoint:`那樣，人工地在每個子圖層變換或者測試點擊的坐標。如果這個點在最外面圖層的范圍之外，則返回nil。具體使用`-hitTest:`方法被點擊圖層的代碼如清單3.5所示。
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清單3.5 使用hitTest判斷被點擊的圖層
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```objective-c
- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
? ? //get touch position
? ? CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
? ? //get touched layer
? ? CALayer *layer = [self.layerView.layer hitTest:point];
? ? //get layer using hitTest
? ? if (layer == self.blueLayer) {
? ? ? ? [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside Blue Layer"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? message:nil
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? delegate:nil
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cancelButtonTitle:@"OK"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? otherButtonTitles:nil] show];
? ? } else if (layer == self.layerView.layer) {
? ? ? ? [[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Inside White Layer"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? message:nil
?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? delegate:nil
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? cancelButtonTitle:@"OK"
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? otherButtonTitles:nil] show];
? ? }
}
```
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注意當調(diào)用圖層的`-hitTest:`方法時，測算的順序嚴格依賴于圖層樹當中的圖層順序（和UIView處理事件類似）。之前提到的`zPosition`屬性可以明顯改變屏幕上圖層的順序，但不能改變事件傳遞的順序。
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這意味著如果改變了圖層的z軸順序，你會發(fā)現(xiàn)將不能夠檢測到最前方的視圖點擊事件，這是因為被另一個圖層遮蓋住了，雖然它的`zPosition`值較小，但是在圖層樹中的順序靠前。我們將在第五章詳細討論這個問題。
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##自動布局
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你可能用過`UIViewAutoresizingMask`類型的一些常量，應用于當父視圖改變尺寸的時候，相應`UIView`的`frame`也跟著更新的場景（通常用于橫豎屏切換）。
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在iOS6中，蘋果介紹了*自動排版*機制，它和自動調(diào)整不同，并且更加復雜。
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在Mac OS平臺，`CALayer`有一個叫做`layoutManager`的屬性可以通過`CALayoutManager`協(xié)議和`CAConstraintLayoutManager`類來實現(xiàn)自動排版的機制。但由于某些原因，這在iOS上并不適用。
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當使用視圖的時候，可以充分利用`UIView`類接口暴露出來的`UIViewAutoresizingMask`和`NSLayoutConstraint`API，但如果想隨意控制`CALayer`的布局，就需要手工操作。最簡單的方法就是使用`CALayerDelegate`如下函數(shù)：
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? ? - (void)layoutSublayersOfLayer:(CALayer *)layer;
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當圖層的`bounds`發(fā)生改變，或者圖層的`-setNeedsLayout`方法被調(diào)用的時候，這個函數(shù)將會被執(zhí)行。這使得你可以手動地重新擺放或者重新調(diào)整子圖層的大小，但是不能像`UIView`的`autoresizingMask`和`constraints`屬性做到自適應屏幕旋轉(zhuǎn)。
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這也是為什么最好使用視圖而不是單獨的圖層來構(gòu)建應用程序的另一個重要原因之一。
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##總結(jié)
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本章涉及了`CALayer`的集合結(jié)構(gòu)，包括它的`frame`，`position`和`bounds`，介紹了三維空間內(nèi)圖層的概念，以及如何在獨立的圖層內(nèi)響應事件，最后簡單說明了在iOS平臺，Core Animation對自動調(diào)整和自動布局支持的缺乏。
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在第四章“視覺效果”當中，我們接著介紹一些圖層外表的特性。
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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/LennyKwok/p/4425687.html
總結(jié)
