iOS 核心动画 Core Animation浅谈

######前记
关于实现一个iOS动画，如果简单的，我们可以直接调用`UIView`的代码块来实现，虽然使用`UIView`封装的方法很方便，但是这只能用于一些简答的动画，如果是一些复杂的动画呢？这就不得不去研究下核心动画`Core Animation`（包含在`Quartz Core`框架中）了。这这之前我们必须了解，`CALayer`就包含在`Quartz Core`框架中，这是一个跨平台的框架，既可以用在iOS中又可以用在Mac OS X中。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，所以要熟练掌握动画操作必须熟悉`CALayer`，关于`CALayer`就不在这里讲了。今天主要是分析核心动画，iOS 中的核心动画又分为下面几种：基础动画、关键帧动画、动画组、转场动画、弹簧动画。下面我们先来了解下各个动画之间的关系

![core_animation.jpeg](/contentImages/image/jianshu/2525768-0e3514862294fd0e.jpeg)

#####动画简介

######CAAnimation
```
@interface CAAnimation : NSObject
    <NSCoding, NSCopying, CAMediaTiming, CAAction>
{
@private
  void *_attr;
  uint32_t _flags;
}

```
这是核心动画的基类，不能直接使用，主要负责动画的时间、速度等，从上面可以看出是准守`CAMediaTiming`协议的。

######CAPropertyAnimation
属性动画的基础类，继承自`CAAnimation`，不能直接使用。何谓属性动画呢？即通过修改属性值就可以产生动画效果。
######CAAnimationGroup
动画组，继承自`CAAnimation`，顾名思义就是一种组合动画，可以通过动画组来进行所有动画行为的统一控制，组中所有动画效果可以并发执行。
######CATransition
转场动画，继承自`CAAnimation`，主要是通过滤镜来进行动画的效果设置
######CABasicAnimation
基础动画，继承自`CAPropertyAnimation`，通过属性控制动画的参数，只要初始状态和结束状态
######CAKeyframeAnimation
关键帧动画，继承自`CAPropertyAnimation`，也是通过属性控制动画参数，但是与基础动画不同的是有多个控制状态，并且可以通过`path`来实现动画
######CASpringAnimation
弹簧动画，是在iOS 9中引入的，继承自`CABasicAnimation`，用于制作弹簧动画

#####动画使用
在使用动画之前，先补充个知识点---[UIBezierPath](http://www.demodashi.com/demo/11602.html)， 这在动画使用的过程中会经常用到
######核心动画
要使用核心动画，我们必须先了解下其属性，这里我们先看其遵守的协议`<CAMediaTiming>`

| 属性             | 说明                                       |
| -------------- | ---------------------------------------- |
| beginTime      | 指定动画开始的时间。开始延迟几秒的话，设置为`CACurrentMediaTime() + 秒数` 的方式即可 |
| duration       | 动画的时长                                    |
| speed          | 动画的速度                                    |
| timeOffset     | [详细说明](http://www.cocoachina.com/programmer/20131218/7569.html) |
| repeatCount    | 动画重复的次数，如果要一直持续设置为`HUGE_VALF`即可          |
| repeatDuration | 设置动画的时间。在该时间内动画一直执行，不计次数                 |
| autoreverses   | 动画结束时是否执行逆动画                             |
| fillMode       | 分四种情况，分别为`kCAFillModeForwards`、`kCAFillModeBackwards`、`kCAFillModeBoth`、`kCAFillModeRemoved`，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 |

`CAAnimation`属性

| 属性                  | 说明                                       |
| ------------------- | ---------------------------------------- |
| timingFunction      | 速度控制函数，控制动画运行的节奏                         |
| 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` |
关于`fillMode`的四种情况：

- `kCAFillModeRemoved` 默认值，动画结束后，layer会恢复到之前的状态

- `kCAFillModeForwards` 当动画结束后，layer会一直保持着动画最后的状态，而`removedOnCompletion`的默认属性值是 `YES`，所以为了使动画结束之后layer保持结束状态，应将`removedOnCompletion`设置为`NO`。

- `kCAFillModeBackwards` 在动画开始前，只需要将动画加入了一个layer，layer便立即进入动画的初始状态并等待动画开始。

- `kCAFillModeBoth` 这个其实就是上面两个的合成，动画加入后开始之前，layer便处于动画初始状态，动画结束后layer保持动画最后的状态

关于速度`CAMediaTimingFunction `控制的四种情况
- `kCAMediaTimingFunctionLinear`（线性）：匀速，给你一个相对静态的感觉

- `kCAMediaTimingFunctionEaseIn`（渐进）：动画缓慢进入，然后加速离开

- `kCAMediaTimingFunctionEaseOut`（渐出）：动画全速进入，然后减速的到达目的地

- `kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut`（渐进渐出）：动画缓慢的进入，中间加速，然后减速的到达目的地。这个是默认的动画行为。

######属性动画
从上图中我们知道，属性动画是继承自核心动画，在其API中我们可以看到有如下函数和属性
```
+ (instancetype)animationWithKeyPath:(nullable NSString *)path;

@property(nullable, copy) NSString *keyPath;
```
其中都有`keyPath`，这又是什么呢？这就是属性动画与动画组和转场动画不同之处。通过指定`CALayer`的一个属性名称为`keyPath`（NSString类型），并且对`CALayer`的这个属性的值进行修改，达到相应的动画效果。比如，指定`@"opacity"`为`keyPath`，就修改`CALayer`的`opacity`属性的值，以达到透明度变化的动画效果
下面我们列举一些常用的`animationWithKeyPath`值

| 常用值                  | 说明             | 使用方式                                     |
| -------------------- | -------------- | ---------------------------------------- |
| transform            | 3D变换           | `[NSValue valueWithCATransform3D:CATransform3DMakeScale(0.5, 0.5, 0)]`，直接进行3D变换 |
| transform.scale      | 缩放             | @(1.5) ，放大1.5倍                           |
| transform.scale.x    | 宽度缩放           | @(1.5) ，宽放大1.5倍                          |
| transform.scale.y    | 高度缩放           | @(1.5) ，高放大1.5倍                          |
| transform.rotation.x | 围绕x轴旋转         | @(M_PI) ，x轴旋转180度                        |
| transform.rotation.y | 围绕y轴旋转         | @(M_PI) ，y轴旋转180度                        |
| transform.rotation.z | 围绕z轴旋转         | @(M_PI) ，z轴旋转180度                        |
| position             | 位置(中心点的改变)     | `[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(100, 100)]`，中心点变为(100,100) |
| opacity              | 透明度            | @(0.5) ，透明度变为0.5                         |
| bounds               | 大小的改变 中心点保持不变  | `[NSValue valueWithCGRect:CGRectMake(0, 0, 300, 300)]`，大小变为(300,300) |
| cornerRadius         | 圆角的设置          | @(5) ，圆角设置为5                             |
| backgroundColor      | 背景颜色变换         | `(id)[UIColor redColor].CGColor`，背景改为红色  |
| contents             | 可以改变layer展示的图片 | `(id)[UIImage imageNamed:@"12.png"].CGImage`，将UIView的展示图片改为12.png |
| strokeStart          | 从起始点开始变化       | `fromValue = 0`，`toValue = 1`，为`CAShapeLayer`的属性 |
| strokeEnd            | 从结束的位置开始变化     | `fromValue = 1`，`toValue = 0.5`，为`CAShapeLayer`的属性 |
| path                 | 根据路径来改变        | `fromValue = (__bridge id)(start.CGPath);`，`toValue = (__bridge id)((end.CGPath))` |

######基础动画
基础动画是继承自属性动画，所以在使用的时候，我们最主要的就是通过属性来控制动画，比如设置初始值、结束值，当然还有核心动画的其他属性。

```
- (void)showAnimation
{
    CAShapeLayer * circle = [CAShapeLayer layer];
    circle.frame = self.view.bounds;
    
    //
    UIBezierPath  * circlePath = [UIBezierPath bezierPathWithArcCenter:CGPointMake(CGRectGetMidX(self.view.bounds), CGRectGetMidY(self.view.bounds)) radius:self.normalSize.width/2 -1 startAngle:0 endAngle:2*M_PI clockwise:YES];
    
    circle.path = circlePath.CGPath;
    circle.strokeColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    circle.fillColor = nil;
    [self.view.layer addSublayer:circle];
    
    //通过圆的strokeStart 改变来进行改变
    CABasicAnimation * strokeStartAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeStart"];
    strokeStartAnimation.fromValue = @(0.2);
    strokeStartAnimation.toValue = @(0);
    
    //通过圆的strokeEnd 改变来进行改变
    CABasicAnimation * strokeEndAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"strokeEnd"];
    strokeEndAnimation.fromValue = @0.5;
    strokeEndAnimation.toValue = @(1.0);
    
    //通过圆的transform.rotation.z 改变来进行改变
    CABasicAnimation * rotationAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.rotation.z"];
    rotationAnimation.fromValue = @(0);
    rotationAnimation.toValue = @(-M_PI * 2);
    
    //组合动画
    CAAnimationGroup * group = [CAAnimationGroup animation];
    group.duration = 5;
    group.removedOnCompletion = NO;
    group.fillMode = kCAFillModeForwards;
    group.animations = @[strokeStartAnimation,strokeEndAnimation,rotationAnimation];
    [circle addAnimation:group forKey:nil];
    
}
```
在上面的基础动画代码中，我只用了最基础的两个属性，`fromValue `和`toValue `，而其它属性呢？由于后面用到了动画组，所以讲其它属性在动画组进行了设置。`[circle addAnimation:group forKey:nil];`这句代码中，`key`我设置的为`nil`，如果不设置为`nil`的时候，是什么意思呢？这个其实就是我们的动画设置了一个`key`，可以用来区别是哪一个动画，在后面我会举例说明。
上面代码对应的效果如下：

![baseAnimation.gif](/contentImages/image/jianshu/2525768-db77cdae88a203a4.gif)

######关键帧动画
关键帧动画也是属性动画，与基础动画最主要不同的是在两个参数上，`NSArray *values`和`CGPathRef path`，通过这个我们可以知晓，关键帧动画可以设置多个控制状态
如下：
```
//用value的方式进行展示动画
- (void)showKeyFrameAnimationWithValues
{
    CAKeyframeAnimation *animation = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    NSValue *key1 = [NSValue valueWithCGPoint:_beginPoint];
    NSValue *key2 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(100, 100)];
    NSValue *key3 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 50)];
    NSValue *key4 = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(300, 250)];
    animation.values = @[key1,key2,key3,key4];
    animation.duration = 5.0;
    animation.delegate = (id)self;
//    animation.autoreverses = true;//是否按路径返回
//    animation.repeatCount = HUGE;//是否重复执行
    animation.removedOnCompletion = NO;//执行后移除动画
    animation.fillMode = kCAFillModeForwards;
    
    //存储位置
    [animation setValue:key4 forKey:@"keyframeAnimationLocation"];
    
    [_fishImageView.layer addAnimation:animation forKey:@"keyframeAnimation_fish"];
}
```
而且还可以设置路径，这也是其最大的特点
如下：

```
//用CGPathRef的方式进行展示动画
- (void)showKeyFrameAnimationWithPath
{
    CAKeyframeAnimation *animation = [CAKeyframeAnimation animationWithKeyPath:@"position"];

UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPath];
    [path moveToPoint:_fishImageView.layer.position];
    //三次贝塞尔曲线
    [path addCurveToPoint:CGPointMake(300, 200) controlPoint1:CGPointMake(150, 400) controlPoint2:CGPointMake(230, -100)];
    
    animation.path = path.CGPath;
    animation.duration = 5.0;
    animation.delegate = (id)self;
    [_fishImageView.layer addAnimation:animation forKey:@"keyframeAnimation_path_fish"];
}
```
效果如下，这里就暂时只给出`values`的效果

![keyanimation.gif](/contentImages/image/jianshu/2525768-6176596fe93277c1.gif)

在上面的两个方法中，对`layer`设置了两个不同的`key`，分别为`keyframeAnimation_fish`和`keyframeAnimation_path_fish`
前面我提到过，通过这个可以判断是哪一种动画，这里我们在动画结束的地方进行区分一下
```
- (void)animationDidStop:(CAAnimation *)anim finished:(BOOL)flag
{
    if ([anim isEqual:[_fishImageView.layer animationForKey:@"keyframeAnimation_fish"]])
    {
//        [CATransaction begin];
//        //禁用隐式动画
//        [CATransaction setDisableActions:YES];
        
        _fishImageView.layer.position = [[anim valueForKey:@"keyframeAnimationLocation"] CGPointValue];
   
//        //提交事务
//        [CATransaction commit];
    }
    else if ([anim isEqual:[_fishImageView.layer animationForKey:@"keyframeAnimation_path_fish"]])
    {
    
    }
}
```
######动画组
动画组其实很简单，就是将许多动画组合在一起
在上面的基础动画中，我也用到了动画组，下面再贴上一组动画组合效果
```
//发射
- (void)launchAnimation
{
    CABasicAnimation *animation1 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.scale.y"];
    animation1.fromValue = @(1.0);
    animation1.toValue = @(1.5);
    
    CABasicAnimation *animation2 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"transform.scale.x"];
    animation2.fromValue = @(1.0);
    animation2.toValue = @(1.5);
    
    CABasicAnimation *animation3 = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
    animation3.fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:_ballLayer.position];
    animation3.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(self.view.frame.size.width - (30 * 1.3)/2.0 , _ballLayer.position.y - 200)];
    
    
    CAAnimationGroup *anima = [CAAnimationGroup animation];
    anima.animations = @[animation1, animation2,animation3];
    anima.duration = 1.0;
    anima.delegate = (id)self;
    anima.timingFunction = [CAMediaTimingFunction functionWithName:kCAMediaTimingFunctionEaseOut];
    anima.fillMode = kCAFillModeForwards;
    anima.removedOnCompletion = NO;
    
    [_ballLayer addAnimation:anima forKey:@"group_launch"];
}
```
在后面的demo里有完整的代码，这里只是截取了部分代码
效果如下:

![groupanimation.gif](/contentImages/image/jianshu/2525768-308c6c0c02afbc1b.gif)

######转场动画
在了解转场动画之前，我们先了解其两个参数，通过这些参数，我们就能很清楚的了解其效果
- `type`转场类型

| 转场动画类型                | 说明                  | 常量                    | 是否支持方向设置 |
| --------------------- | ------------------- | --------------------- | -------- |
| 公开API                 |                     |                       |          |
| fade                  | 淡出                  | `kCATransitionFade`   | 是        |
| movein                | 新视图移动到旧视图上面         | `kCATransitionMoveIn` | 是        |
| push                  | 新视图退出旧视图            | `kCATransitionPush`   | 是        |
| reveal                | 移开旧视图显示新的           | `kCATransitionReveal` | 是        |
| 私有API                 | 苹果未公开的类型，但是目前还是可以用的 | 私有API只能通过下面的字符串进行访问   |          |
| cube                  | 立体翻转                |                       | 是        |
| oglFlip               | 翻转                  |                       | 是        |
| suckEffect            | 收缩                  |                       | 否        |
| rippleEffect          | 水滴波纹效果              |                       | 否        |
| pageCurl              | 向上翻页效果              |                       | 是        |
| pageUnCurl            | 向下翻页效果              |                       | 是        |
| cameraIrisHollowOpen  | 摄像头打开效果             |                       | 否        |
| cameraIrisHollowClose | 摄像头关闭效果             |                       | 否        |

- `subtype`动画子类型

| 属性                      | 说明   |
| ----------------------- | ---- |
| kCATransitionFromRight  | 从右   |
| kCATransitionFromLeft   | 从左   |
| kCATransitionFromTop    | 从顶部  |
| kCATransitionFromBottom | 从底部  |

在了解上面两个属性后，对应转场动画，就差不多了 
部分代码如下
```
- (void)transition:(BOOL)next
{
    CATransition *transition = [CATransition animation];
    transition.type = @"cube";
    if (next)
    {
        transition.subtype = kCATransitionFromLeft;
    }
    else
    {
        transition.subtype = kCATransitionFromRight;
    }
    transition.duration = 1.0;
    
    _imageView.image = [UIImage imageNamed:[NSString stringWithFormat:@"%ld.jpg",(long)_currentIndex]];
    [_imageView.layer addAnimation:transition forKey:@"transitionAnimation"];
}
```
效果如下

![transanimation.gif](/contentImages/image/jianshu/2525768-4f8be413ffc17b51.gif)

######弹簧动画
弹簧动画是在iOS 9后才出现的，在这之前，我们可以通过下面的方法来实现
```
[UIView animateWithDuration:5.0 delay:0 usingSpringWithDamping:0.1 initialSpringVelocity:1.0 options:UIViewAnimationOptionCurveLinear animations:^{

} completion:nil];
```
iOS 9后苹果公开了这一API，我们先对其中的属性进行分析，因为代码中有注释，所以就直接贴一部分代码

```
      //质量，影响图层运动时的弹簧惯性，质量越大，弹簧拉伸和压缩的幅度越大
        positionAnimation.mass = 0.1;
        //阻尼系数，阻止弹簧伸缩的系数，阻尼系数越大，停止越快
        positionAnimation.damping = 2;
        //刚度系数(劲度系数/弹性系数)，刚度系数越大，形变产生的力就越大，运动越快
        positionAnimation.stiffness = 50;
        //初始速率，动画视图的初始速度大小
        //速率为正数时，速度方向与运动方向一致，速率为负数时，速度方向与运动方向相反
        positionAnimation.initialVelocity = -10;
```
关于弹簧动画，我也写了一个例子，效果如下

![springanimation.gif](/contentImages/image/jianshu/2525768-952c4e9a3db63542.gif)
######项目文件截图：
![](/contentImages/image/20170906/kcWBM1r45eVgNCv8Rqu.jpg)

######写在最后
关于核心动画，差不多就简单的介绍这么点，如有什么不对的还望各位多多指教，不甚感激。

iOS 核心动画 Core Animation浅谈

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