绘图-CAShapeLayer、CABasicAnimation以及核心动画

非常不错：iOS UI 显示的原理及优化策略 ❤️❤️❤️❤️❤️

动画：

　　layer调用CoreAnimation方法    

绘图：

　　layer+UIBeBezierPath

　　drawRect等方法中使用CoreGraphic的上下文环境

一、基础

一个UIView上的图层关系大概是这样的：

CALayer的设计主要是了为了内容展示和动画操作

Layer是用来显示内容的，并保持内容的几何信息，View则是用来处理用户交互，事件，以及响应链。

在使用Core Animation开发动画的本质就是将CALayer中的内容转化为位图从而供硬件操作。

二、自定义layer

iOS 自定义layer的两种方式

先讲解一下UIView的显示过程

每个UIview都是自己内部图层的代理，代码解释为:self.layer.delegate = self; self代表某个View 

1.当我们每次创建一个UIView的时候，view.layer首先会准备一个layer类型的上下文

2.调用view.layer.delegate(view本身)-(void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx 方法，并且把第一步准备好的上下文传递进来

3.-(void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx中又会调用-(void)drawRect:(CGRect)rect

4.view 的-(void)drawRect:(CGRect)rect方法就实现绘制东西的代码，并且绘制的图像最终会绘制到view.layer上

5.系统将view.layer的内容拷贝到屏幕上，就会完成view的显示

分析明白上面的过程，我们就很明白当我们自定义UIView的时候，在-(void)drawRect:(CGRect)rect编写绘图代码的时候，首先通过UIGraphicsGetCurrentContext() 获取-(void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx方法中传递进来的上下文，

drawrect方法内为何第一行代码总要获取图形的上下文?
底层原理 :
每一个UIView都有一个layer，每一个layer都有个content，这个content指向的是一块缓存，叫做backing store当UIView被绘制时（从 CA::Transaction::commit:以后），CPU执行drawRect，通过context将数据写入backing store ，当backing store写完后，通过render server交给GPU去渲染，将backing store中的bitmap数据显示在屏幕上。所以在 drawRect 方法中要首先获取 context。

2.1 继承方式

继承CALayer然后

#import "HFLayer.h"

@implementation HFLayer

- (void)drawInContext:(CGContextRef)ctx {
    //绘制路径中，一个圆心(100, 100), 半径100
    CGContextFillEllipseInRect(ctx, CGRectMake(100, 100, 100, 100));
    //设置颜色
    CGContextSetRGBFillColor(ctx, 1, 0, 0, 1);
    //渲染
    CGContextFillPath(ctx);
}

@end

接下来

2.2 代理方式

 通过代理方式自定义layer

设置完代理对象以后，调用-(void)drawLayer:(CALayer *)layer inContext:(CGContextRef)ctx

最后：

UIView 和 Layer都有 setNeedDisplay 重绘的方法。无论哪一种自定义layer的方式，最后都要记得重绘，不然会没有效果；

三、运用CoreGraphics 图形绘制

IOS用CGContextRef画各种图形(文字、圆、直线、弧线、矩形、扇形、椭圆、三角形、圆角矩形、贝塞尔曲线、图片)

首先了解一下CGContextRef: An opaque type that represents a Quartz 2D drawing environment.   // 英 /ə(ʊ)’peɪk/ opaque不透明的

自定义CustomView类,CustomView.h:

#import <UIKit/UIKit.h>
#import <QuartzCore/QuartzCore.h>
#define PI 3.14159265358979323846
@interface CustomView : UIView


@end

实现类CustomView.m：

#import "CustomView.h"
 
@implementation CustomView
 
- (id)initWithFrame:(CGRect)frame
{
    self = [super initWithFrame:frame];
    if (self) {
    }
    return self;
}
 
 
// 覆盖drawRect方法，你可以在此自定义绘画和动画
- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    //An opaque type that represents a Quartz 2D drawing environment.
    //一个不透明类型的Quartz 2D绘画环境,相当于一个画布,你可以在上面任意绘画
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    
    /*写文字*/
    CGContextSetRGBFillColor (context,  1, 0, 0, 1.0);//设置填充颜色
    UIFont  *font = [UIFont boldSystemFontOfSize:15.0];//设置
    [@"画圆：" drawInRect:CGRectMake(10, 20, 80, 20) withFont:font];
    [@"画线及孤线：" drawInRect:CGRectMake(10, 80, 100, 20) withFont:font];
    [@"画矩形：" drawInRect:CGRectMake(10, 120, 80, 20) withFont:font];
    [@"画扇形和椭圆：" drawInRect:CGRectMake(10, 160, 110, 20) withFont:font];
    [@"画三角形：" drawInRect:CGRectMake(10, 220, 80, 20) withFont:font];
    [@"画圆角矩形：" drawInRect:CGRectMake(10, 260, 100, 20) withFont:font];
    [@"画贝塞尔曲线：" drawInRect:CGRectMake(10, 300, 100, 20) withFont:font];
    [@"图片：" drawInRect:CGRectMake(10, 340, 80, 20) withFont:font];
 
    /*画圆*/
    //边框圆
    CGContextSetRGBStrokeColor(context,1,1,1,1.0);//画笔线的颜色
    CGContextSetLineWidth(context, 1.0);//线的宽度
    //void CGContextAddArc(CGContextRef c,CGFloat x, CGFloat y,CGFloat radius,CGFloat startAngle,CGFloat endAngle, int clockwise)1弧度＝180°/π （≈57.3°） 度＝弧度×180°/π 360°＝360×π/180 ＝2π 弧度 
    // x,y为圆点坐标，radius半径，startAngle为开始的弧度，endAngle为 结束的弧度，clockwise 0为顺时针，1为逆时针。
    CGContextAddArc(context, 100, 20, 15, 0, 2*PI, 0); //添加一个圆
    CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke); //绘制路径
    
    //填充圆，无边框
    CGContextAddArc(context, 150, 30, 30, 0, 2*PI, 0); //添加一个圆
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFill);//绘制填充
    
    //画大圆并填充颜
    UIColor*aColor = [UIColor colorWithRed:1 green:0.0 blue:0 alpha:1];
    CGContextSetFillColorWithColor(context, aColor.CGColor);//填充颜色
    CGContextSetLineWidth(context, 3.0);//线的宽度
    CGContextAddArc(context, 250, 40, 40, 0, 2*PI, 0); //添加一个圆
    //kCGPathFill填充非零绕数规则,kCGPathEOFill表示用奇偶规则,kCGPathStroke路径,kCGPathFillStroke路径填充,kCGPathEOFillStroke表示描线，不是填充
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); //绘制路径加填充
    
    /*画线及孤线*/
    //画线
    CGPoint aPoints[2];//坐标点
    aPoints[0] =CGPointMake(100, 80);//坐标1
    aPoints[1] =CGPointMake(130, 80);//坐标2
    //CGContextAddLines(CGContextRef c, const CGPoint points[],size_t count)
    //points[]坐标数组，和count大小
    CGContextAddLines(context, aPoints, 2);//添加线
    CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke); //根据坐标绘制路径
    
    //画笑脸弧线
    //左
    CGContextSetRGBStrokeColor(context, 0, 0, 1, 1);//改变画笔颜色
    CGContextMoveToPoint(context, 140, 80);//开始坐标p1
    //CGContextAddArcToPoint(CGContextRef c, CGFloat x1, CGFloat y1,CGFloat x2, CGFloat y2, CGFloat radius)
    //x1,y1跟p1形成一条线的坐标p2，x2,y2结束坐标跟p3形成一条线的p3,radius半径,注意, 需要算好半径的长度,
    CGContextAddArcToPoint(context, 148, 68, 156, 80, 10);
    CGContextStrokePath(context);//绘画路径
    
    //右
    CGContextMoveToPoint(context, 160, 80);//开始坐标p1
    //CGContextAddArcToPoint(CGContextRef c, CGFloat x1, CGFloat y1,CGFloat x2, CGFloat y2, CGFloat radius)
    //x1,y1跟p1形成一条线的坐标p2，x2,y2结束坐标跟p3形成一条线的p3,radius半径,注意, 需要算好半径的长度,
    CGContextAddArcToPoint(context, 168, 68, 176, 80, 10);
    CGContextStrokePath(context);//绘画路径
    
    //右
    CGContextMoveToPoint(context, 150, 90);//开始坐标p1
    //CGContextAddArcToPoint(CGContextRef c, CGFloat x1, CGFloat y1,CGFloat x2, CGFloat y2, CGFloat radius)
    //x1,y1跟p1形成一条线的坐标p2，x2,y2结束坐标跟p3形成一条线的p3,radius半径,注意, 需要算好半径的长度,
    CGContextAddArcToPoint(context, 158, 102, 166, 90, 10);
    CGContextStrokePath(context);//绘画路径
    //注，如果还是没弄明白怎么回事，请参考：http://donbe.blog.163.com/blog/static/138048021201052093633776/
    
    /*画矩形*/
    CGContextStrokeRect(context,CGRectMake(100, 120, 10, 10));//画方框
    CGContextFillRect(context,CGRectMake(120, 120, 10, 10));//填充框
    //矩形，并填弃颜色
    CGContextSetLineWidth(context, 2.0);//线的宽度
    aColor = [UIColor blueColor];//blue蓝色
    CGContextSetFillColorWithColor(context, aColor.CGColor);//填充颜色
    aColor = [UIColor yellowColor];
    CGContextSetStrokeColorWithColor(context, aColor.CGColor);//线框颜色
    CGContextAddRect(context,CGRectMake(140, 120, 60, 30));//画方框
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke);//绘画路径
    
    //矩形，并填弃渐变颜色
    //关于颜色参考http://blog.sina.com.cn/s/blog_6ec3c9ce01015v3c.html
    //http://blog.csdn.net/reylen/article/details/8622932
    //第一种填充方式，第一种方式必须导入类库quartcore并#import <QuartzCore/QuartzCore.h>，这个就不属于在context上画，而是将层插入到view层上面。那么这里就设计到Quartz Core 图层编程了。
    CAGradientLayer *gradient1 = [CAGradientLayer layer];
    gradient1.frame = CGRectMake(240, 120, 60, 30);
    gradient1.colors = [NSArray arrayWithObjects:(id)[UIColor whiteColor].CGColor,
                        (id)[UIColor grayColor].CGColor,
                        (id)[UIColor blackColor].CGColor,
                        (id)[UIColor yellowColor].CGColor,
                        (id)[UIColor blueColor].CGColor,
                        (id)[UIColor redColor].CGColor,
                        (id)[UIColor greenColor].CGColor,
                        (id)[UIColor orangeColor].CGColor,
                        (id)[UIColor brownColor].CGColor,nil];
    [self.layer insertSublayer:gradient1 atIndex:0];
    //第二种填充方式 
    CGColorSpaceRef rgb = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    CGFloat colors[] =
    {
        1,1,1, 1.00,
        1,1,0, 1.00,
        1,0,0, 1.00,
        1,0,1, 1.00,
        0,1,1, 1.00,
        0,1,0, 1.00,
        0,0,1, 1.00,
        0,0,0, 1.00,
    };
    CGGradientRef gradient = CGGradientCreateWithColorComponents
    (rgb, colors, NULL, sizeof(colors)/(sizeof(colors[0])*4));//形成梯形，渐变的效果 
    CGColorSpaceRelease(rgb);
    //画线形成一个矩形
    //CGContextSaveGState与CGContextRestoreGState的作用
    /*
     CGContextSaveGState函数的作用是将当前图形状态推入堆栈。之后，您对图形状态所做的修改会影响随后的描画操作，但不影响存储在堆栈中的拷贝。在修改完成后，您可以通过CGContextRestoreGState函数把堆栈顶部的状态弹出，返回到之前的图形状态。这种推入和弹出的方式是回到之前图形状态的快速方法，避免逐个撤消所有的状态修改；这也是将某些状态（比如裁剪路径）恢复到原有设置的唯一方式。
     */
    CGContextSaveGState(context);
    CGContextMoveToPoint(context, 220, 90);
    CGContextAddLineToPoint(context, 240, 90);
    CGContextAddLineToPoint(context, 240, 110);
    CGContextAddLineToPoint(context, 220, 110);
    CGContextClip(context);//context裁剪路径,后续操作的路径
    //CGContextDrawLinearGradient(CGContextRef context,CGGradientRef gradient, CGPoint startPoint, CGPoint endPoint,CGGradientDrawingOptions options)
    //gradient渐变颜色,startPoint开始渐变的起始位置,endPoint结束坐标,options开始坐标之前or开始之后开始渐变
    CGContextDrawLinearGradient(context, gradient,CGPointMake
                                (220,90) ,CGPointMake(240,110),
                                kCGGradientDrawsAfterEndLocation);
    CGContextRestoreGState(context);// 恢复到之前的context
    
    //再写一个看看效果
    CGContextSaveGState(context);
    CGContextMoveToPoint(context, 260, 90);
    CGContextAddLineToPoint(context, 280, 90);
    CGContextAddLineToPoint(context, 280, 100);
    CGContextAddLineToPoint(context, 260, 100);
    CGContextClip(context);//裁剪路径
    //说白了，开始坐标和结束坐标是控制渐变的方向和形状
    CGContextDrawLinearGradient(context, gradient,CGPointMake
                                (260, 90) ,CGPointMake(260, 100),
                                kCGGradientDrawsAfterEndLocation);
    CGContextRestoreGState(context);// 恢复到之前的context
    
    //下面再看一个颜色渐变的圆
    CGContextDrawRadialGradient(context, gradient, CGPointMake(300, 100), 0.0, CGPointMake(300, 100), 10, kCGGradientDrawsBeforeStartLocation);
    
    /*画扇形和椭圆*/
    //画扇形，也就画圆，只不过是设置角度的大小，形成一个扇形
    aColor = [UIColor colorWithRed:0 green:1 blue:1 alpha:1];
    CGContextSetFillColorWithColor(context, aColor.CGColor);//填充颜色
    //以10为半径围绕圆心画指定角度扇形
    CGContextMoveToPoint(context, 160, 180);
    CGContextAddArc(context, 160, 180, 30,  -60 * PI / 180, -120 * PI / 180, 1);
    CGContextClosePath(context);
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); //绘制路径
 
    //画椭圆
    CGContextAddEllipseInRect(context, CGRectMake(160, 180, 20, 8)); //椭圆
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke);
    
    /*画三角形*/
    //只要三个点就行跟画一条线方式一样，把三点连接起来
    CGPoint sPoints[3];//坐标点
    sPoints[0] =CGPointMake(100, 220);//坐标1
    sPoints[1] =CGPointMake(130, 220);//坐标2
    sPoints[2] =CGPointMake(130, 160);//坐标3
    CGContextAddLines(context, sPoints, 3);//添加线
    CGContextClosePath(context);//封起来
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); //根据坐标绘制路径
    
    /*画圆角矩形*/
    float fw = 180;
	float fh = 280;
    
    CGContextMoveToPoint(context, fw, fh-20);  // 开始坐标右边开始
    CGContextAddArcToPoint(context, fw, fh, fw-20, fh, 10);  // 右下角角度
    CGContextAddArcToPoint(context, 120, fh, 120, fh-20, 10); // 左下角角度
    CGContextAddArcToPoint(context, 120, 250, fw-20, 250, 10); // 左上角
    CGContextAddArcToPoint(context, fw, 250, fw, fh-20, 10); // 右上角
    CGContextClosePath(context);
    CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); //根据坐标绘制路径
    
    /*画贝塞尔曲线*/
    //二次曲线
    CGContextMoveToPoint(context, 120, 300);//设置Path的起点
    CGContextAddQuadCurveToPoint(context,190, 310, 120, 390);//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和终点坐标
    CGContextStrokePath(context);
    //三次曲线函数
    CGContextMoveToPoint(context, 200, 300);//设置Path的起点
    CGContextAddCurveToPoint(context,250, 280, 250, 400, 280, 300);//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和控制点坐标终点坐标
    CGContextStrokePath(context);
    
    
    /*图片*/
    UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"apple.jpg"];
    [image drawInRect:CGRectMake(60, 340, 20, 20)];//在坐标中画出图片
//    [image drawAtPoint:CGPointMake(100, 340)];//保持图片大小在point点开始画图片，可以把注释去掉看看
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(100, 340, 20, 20), image.CGImage);//使用这个使图片上下颠倒了，参考http://blog.csdn.net/koupoo/article/details/8670024
    
//    CGContextDrawTiledImage(context, CGRectMake(0, 0, 20, 20), image.CGImage);//平铺图
 
}
 
 
@end

用法：

CustomView *customView = [[CustomView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 0, 320, self.view.frame.size.height)];
[self.view addSubview:customView];

四、CALayer的动画

见：iOS_2022_动画

五、CAShapeLayer + UIBezierPath + CABasicAnimation 实现动态画图

我们可以使用CAShapeLayer与UIBezierPath可以实现不在view的drawRect方法中就画出一些想要的图形

绘图-CAShapeLayer、CABasicAnimation以及核心动画

#核心实现代码
//头
CAShapeLayer *headLayer = [CAShapeLayer layer];
UIBezierPath *headPath = [UIBezierPath bezierPathWithRoundedRect:CGRectMake(self.view.frame.size.width/2-80, 0, 160, 160) cornerRadius:80];
[self setLayer:headLayer path:headPath delay:delay*0];

- (void)setLayer:(CAShapeLayer *)layer path:(UIBezierPath *)path delay:(CFTimeInterval)delay
{
    layer.path = path.CGPath;
    layer.fillColor = [UIColor clearColor].CGColor;
    layer.strokeColor = [UIColor lightGrayColor].CGColor;
    
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    # 由代码可知，动画的先后执行时间顺序是通过 dispatch_after 实现的。
    dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(delay * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
        [weakSelf.displayView.layer addSublayer:layer];
        [weakSelf addAnimation:layer duration:LanPangZiDuration];
    });
}
- (void)addAnimation:(CAShapeLayer *)layer duration:(CFTimeInterval)duration
{
    switch (_animationType) {
        case AnimationTypeNone:
            break;
        
        case AnimationTypeOne:
            [self addAnimationOneOnLayer:layer duration:duration];
            break;
            
        case AnimationTypeTwo:
            [self addAnimationTwoOnLayer:layer duration:duration];
            break;
        
        case AnimationTypeThree:
            [self addAnimationThreeOnLayer:layer duration:duration];
            break;
        default:
            break;
    }
}

#pragma mark - 利用layer的 strokeEnd、strokeStart和lineWidth 属性添加CA动画
- (void)addAnimationOneOnLayer:(CAShapeLayer *)layer duration:(CFTimeInterval)duration
{
    CABasicAnimation *animation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeEnd"];
    animation.fromValue = @(0);
    animation.toValue = @(1);
    animation.duration = duration;
    [layer addAnimation:animation forKey:nil];
}

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      2022-07-25 更新

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CALayer介绍

position（定位点）anchorPoint（锚点）

在实现核心动画时，本质上是将CALayer中的内容转换成位图（一种图像格式），从而便于图形硬件的操纵

每一个UIView内部都默认关联着一个CALayer，称这个Layer为Root Layer。所有的非Root Layer都存在着隐式动画，隐式动画的默认时长为1/4秒。

当修改非Root Layer的部分属性时，相应的修改会自动产生动画效果，能执行隐式动画的属性被称为“可动画属性”，诸如:

bounds: 缩放动画

position: 平移动画

opacity: 淡入淡出动画（改变透明度）

在文档中搜素animatable可以找到所有可动画属性

如果要关闭默认的动画效果，可以通过动画事务方法实现：

[CATransaction begin];

[CATransaction setDisableActions:YES];

[CATransaction commit];