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CoreText 实现图文混排

由 自作多情 提交于 2020-02-28 16:42:28

NSTextView和Attribued String

第一次接触苹果系的富文本编程是在写Mac平台上的一个输入框的时候，输入框中的文字可以设置各种样式，并可以在文字中间插入图片，好在Mac的AppKit中提供了NSTextView这个支持富文本编辑器控件。此控件背后是通过什么方式来描述富文本的呢？答案是NSAttributedString，很多编程语言都提供了AttributedString的概念。NSAttributedString比NSString多了一个Attribute的概念，一个NSAttributedString的对象包含很多的属性，每一个属性都有其对应的字符区域，在这里是使用NSRange来进行描述的。下面是一个NSTextView显示富文本的例子 

NSMutableAttributedString *attributedString = [[[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:@"测试富文本显示"] autorelease]; 
//为所有文本设置字体
[attributedString addAttribute:NSFontAttributeName value:[NSFont systemFontOfSize:24] range:NSMakeRange(0, [attributedString length])]; 
//将“测试”两字字体颜色设置为蓝色 
[attributedString addAttribute:NSForegroundColorAttributeName value:[NSColor blueColor] range:NSMakeRange(0, 2)]; 
//将“富文本”三个字字体颜色设置为红色 
[attributedString addAttribute:NSForegroundColorAttributeName value:[NSColor redColor] range:NSMakeRange(2, 3)]; 

//在“测”和“试”两字之间插入一张图片 
NSString *imageName = @"taobao.png"; 
NSFileWrapper *imageFileWrapper = [[[NSFileWrapper alloc] initRegularFileWithContents:[[NSImage imageNamed:imageName] TIFFRepresentation]] autorelease]; 
imageFileWrapper.filename = imageName;
imageFileWrapper.preferredFilename = imageName; 

NSTextAttachment *imageAttachment = [[[NSTextAttachment alloc] initWithFileWrapper:imageFileWrapper] autorelease];
NSAttributedString *imageAttributedString = [NSAttributedString attributedStringWithAttachment:imageAttachment]; 
[attributedString insertAttributedString:imageAttributedString atIndex:1]; 
/* 其实插入图片附件之后 attributedString的长度增加了1 变成了8，所以可以预见其实图片附件属性对应的内容应该是一个长度的字符 Printing description of attributedString: 测{  
    NSColor = "NSCalibratedRGBColorSpace 0 0 1 1";  
    NSFont = "\"LucidaGrande 24.00 pt. P [] (0x10051bfd0) fobj=0x101e687f0, spc=7.59\""; 
}{  
    NSAttachment = "<NSTextAttachment: 0x101e0c9c0> \"taobao.png\""; 
}试{  
    NSColor = "NSCalibratedRGBColorSpace 0 0 1 1";  
    NSFont = "\"LucidaGrande 24.00 pt. P [] (0x10051bfd0) fobj=0x101e687f0, spc=7.59\""; 
}富文本{  
    NSColor = "NSCalibratedRGBColorSpace 1 0 0 1";  
    NSFont = "\"LucidaGrande 24.00 pt. P [] (0x10051bfd0) fobj=0x101e687f0, spc=7.59\""; 
}显示{  
    NSFont = "\"LucidaGrande 24.00 pt. P [] (0x10051bfd0) fobj=0x101e687f0, spc=7.59\""; 
} */ 
[_textView insertText:attributedString];

还有就是NSAttributedString提供对所有属性进行遍历的方法，也提供了计算在特定size下渲染实际所占的区域（boundingRectWithSize:options:） 这些这里就不介绍了。 从上面的代码可以看出其实Mac下的富文本的渲染并不是很复杂，只要将Attributed String理解和使用好，其余的事情都交给NSTextView来做了，你完全不用考虑其底层是如何取渲染的。但是在iOS平台上就没有这么幸运了，虽然iOS从3。2开始也提供了NSAttributedString，但是并没有类似NSTextView这样的控件直接来渲染Attributed String。 这个时候你就得使用Core Text了。


Core Text

下面讨论的Core Text相关编程都是特指在iOS平台下。 Core Text是和Core Graphics配合使用的，一般是在UIView的drawRect方法中的Graphics Context上进行绘制的。 且Core Text真正负责绘制的是文本部分，图片还是需要自己去手动绘制，所以你必须关注很多绘制的细节部分。

一.Core Text知识准备

在进入任何一个新的编程领域之前，我们肯定要先接触相关的领域模型的知识。比如你软件是进行科学计算的，那么你就必须理解大量的数学原理；如果你的软件是搞银行系统，那么你就得事先了解相关的银行的业务知识。这些都是不可避免的事情。通常情况下领域知识具有较高的通用性。但在特定的环境下，某些知识点也会被特殊处理。 Core Text是用来进行文字精细排版的，所以了解文字相关的知识也不可避免。

1.字符（Character）和字形（Glyphs）

排版系统中文本显示的一个重要的过程就是字符到字形的转换，字符是信息本身的元素，而字形是字符的图形表征，字符还会有其它表征比如发音。 字符在计算机中其实就是一个编码，某个字符集中的编码，比如Unicode字符集，就囊括了大都数存在的字符。 而字形则是图形，一般都存储在字体文件中，字形也有它的编码，也就是它在字体中的索引。 一个字符可以对应多个字形（不同的字体，或者同种字体的不同样式:粗体斜体等）；多个字符也可能对应一个字形，比如字符的连写（ Ligatures）。 
 
Roman Ligatures

下面就来详情看看字形的各个参数也就是所谓的字形度量Glyph Metrics

 

  • bounding box（边界框 bbox），这是一个假想的框子，它尽可能紧密的装入字形。
  • baseline（基线），一条假想的线,一行上的字形都以此线作为上下位置的参考，在这条线的左侧存在一个点叫做基线的原点，
  • ascent（上行高度）从原点到字体中最高（这里的高深都是以基线为参照线的）的字形的顶部的距离，ascent是一个正值
  • descent（下行高度）从原点到字体中最深的字形底部的距离，descent是一个负值（比如一个字体原点到最深的字形的底部的距离为2，那么descent就为-2）
  • linegap（行距），linegap也可以称作leading（其实准确点讲应该叫做External leading）,行高lineHeight则可以通过 ascent + |descent| + linegap 来计算。

一些Metrics专业知识还可以参考Free Type的文档 Glyph metrics，其实iOS就是使用Free Type库来进行字体渲染的。

以上图片和部分概念来自苹果文档 Querying Font Metrics ，Text Layout

2.坐标系

首先不得不说 苹果编程中的坐标系花样百出，经常让开发者措手不及。 传统的Mac中的坐标系的原点在左下角，比如NSView默认的坐标系，原点就在左下角。但Mac中有些View为了其实现的便捷将原点变换到左上角，像NSTableView的坐标系坐标原点就在左上角。iOS UIKit的UIView的坐标系原点在左上角。 
往底层看，Core Graphics的context使用的坐标系的原点是在左下角。而在iOS中的底层界面绘制就是通过Core Graphics进行的，那么坐标系列是如何变换的呢？ 在UIView的drawRect方法中我们可以通过UIGraphicsGetCurrentContext()来获得当前的Graphics Context。drawRect方法在被调用前，这个Graphics Context被创建和配置好，你只管使用便是。如果你细心，通过CGContextGetCTM(CGContextRef c)可以看到其返回的值并不是CGAffineTransformIdentity，通过打印出来看到值为 

Printing description of contextCTM:
(CGAffineTransform) contextCTM = {
        a = 1
        b = 0
        c = 0
        d = -1
        tx = 0
        ty = 460
}

这是非retina分辨率下的结果，如果是如果是retina上面的a,d,ty的值将会乘2，如果是iPhone 5，ty的值会再大些。 但是作用都是一样的就是将上下文空间坐标系进行了flip，使得原本左下角原点变到左上角，y轴正方向也变换成向下。

上面说了一大堆，下面进入正题，Core Text一开始便是定位于桌面的排版系统，使用了传统的原点在左下角的坐标系，所以它在绘制文本的时候都是参照左下角的原点进行绘制的。 但是iOS的UIView的drawRect方法的context被做了次flip，如果你啥也不做处理，直接在这个context上进行Core Text绘制，你会发现文字是镜像且上下颠倒。 
 
所以在UIView的drawRect方法中的context上进行Core Text绘制之前需要对context进行一次Flip。 

这里再提及一个函数CGContextSetTextMatrix，它可以用来为每一个显示的字形单独设置变形矩阵。

3.NSMutableAttributedString 和 CFMutableAttributedStringRef

Core Foundation和Foundation中的有些数据类型只需要简单的强制类型转换就可以互换使用，这类类型我们叫他们为Toll-Free Bridged Types。 
CFMutableAttributedStringRef和NSMutableAttributedString就是其中的一对，Core Foundation的接口基本是C的接口，功能强大，但是使用起来没有Foundation中提供的Objc的接口简单好使，所以很多时候我们可以使用高层接口组织数据，然后将其传给低层函数接口使用。

二.Core Text对象模型

这节主要来看看Core Text绘制的一些细节问题了，首先是Core Text绘制的流程： 

  • framesetter framesetter对应的类型是 CTFramesetter，通过CFAttributedString进行初始化，它作为CTFrame对象的生产工厂，负责根据path生产对应的CTFrame
  • CTFrame CTFrame是可以通过CTFrameDraw函数直接绘制到context上的，当然你可以在绘制之前，操作CTFrame中的CTLine，进行一些参数的微调
  • CTLine 可以看做Core Text绘制中的一行的对象 通过它可以获得当前行的line ascent,line descent ,line leading,还可以获得Line下的所有Glyph Runs
  • CTRun 或者叫做 Glyph Run，是一组共享想相同attributes（属性）的字形的集合体

上面说了这么多对也没一个东西和图片绘制有关系，其实吧，Core Text本身并不支持图片绘制，图片的绘制你还得通过Core Graphics来进行。只是Core Text可以通过CTRun的设置为你的图片在文本绘制的过程中留出适当的空间。这个设置就使用到CTRunDelegate了，看这个名字大概就可以知道什么意思了，CTRunDelegate作为CTRun相关属性或操作扩展的一个入口，使得我们可以对CTRun做一些自定义的行为。为图片留位置的方法就是加入一个空白的CTRun，自定义其ascent，descent，width等参数，使得绘制文本的时候留下空白位置给相应的图片。然后图片在相应的空白位置上使用Core Graphics接口进行绘制。 
使用CTRunDelegateCreate可以创建一个CTRunDelegate，它接收两个参数，一个是callbacks结构体，一个是所有callback调用的时候需要传入的对象。 callbacks的结构体为CTRunDelegateCallbacks，主要是包含一些回调函数，比如有返回当前run的ascent，descent，width这些值的回调函数，至于函数中如何鉴别当前是哪个run，可以在CTRunDelegateCreate的第二个参数来达到目的，因为CTRunDelegateCreate的第二个参数会作为每一个回调调用时的入参。

三.Core Text实战

这里使用Core Text实现一个和之前NSTextView显示类似的图文混排的例子。

直接贴上代码大家体会下: 

void RunDelegateDeallocCallback( void* refCon ){ 
} 
CGFloat RunDelegateGetAscentCallback( void *refCon ){ 
    NSString *imageName = (NSString *)refCon; 
    return [UIImage imageNamed:imageName].size.height; 
} 
CGFloat RunDelegateGetDescentCallback(void *refCon){ 
    return 0; 
} 
CGFloat RunDelegateGetWidthCallback(void *refCon){ 
    NSString *imageName = (NSString *)refCon; 
    return [UIImage imageNamed:imageName].size.width; 
} 
- (void)drawRect:(CGRect)rect { 
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); 

    //这四行代码只是简单测试drawRect中context的坐标系 CGContextSetRGBFillColor (context, 1, 0, 0, 1); 
    CGContextFillRect (context, CGRectMake (0, 200, 200, 100 ));
    GContextSetRGBFillColor (context, 0, 0, 1, .5); 
    CGContextFillRect (context, CGRectMake (0, 200, 100, 200));

    CGContextSetTextMatrix(context, CGAffineTransformIdentity);//设置字形变换矩阵为CGAffineTransformIdentity，也就是说每一个字形都不做图形变换 
    CGAffineTransform flipVertical = CGAffineTransformMake(1,0,0,-1,0,self.bounds.size.height);
    CGContextConcatCTM(context, flipVertical);//将当前context的坐标系进行flip 

    NSMutableAttributedString *attributedString = [[[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:@"测试富文本显示"] autorelease]; 

    //为所有文本设置字体 
    //[attributedString addAttribute:NSFontAttributeName value:[UIFont systemFontOfSize:24] range:NSMakeRange(0, [attributedString length])]; // 6.0+ 
    UIFont *font = [UIFont systemFontOfSize:24]; 
    CTFontRef fontRef = CTFontCreateWithName((CFStringRef)font.fontName, font.pointSize, NULL); 
    [attributedString addAttribute:(NSString *)kCTFontAttributeName value:(id)fontRef range:NSMakeRange(0, [attributedString length])]; 

    //将“测试”两字字体颜色设置为蓝色 //[attributedString addAttribute:NSForegroundColorAttributeName value:[UIColor blueColor] range:NSMakeRange(0, 2)]; //6.0+ [attributedString addAttribute:(NSString *)kCTForegroundColorAttributeName value:(id)[UIColor blueColor].CGColor range:NSMakeRange(0, 2)]; 

    //将“富文本”三个字字体颜色设置为红色 
    //[attributedString addAttribute:NSForegroundColorAttributeName value:[UIColor redColor] range:NSMakeRange(2, 3)]; //6.0+ 
    [attributedString addAttribute:(NSString *)kCTForegroundColorAttributeName value:(id)[UIColor redColor].CGColor range:NSMakeRange(2, 3)]; 

    //为图片设置CTRunDelegate,delegate决定留给图片的空间大小 
    NSString *taobaoImageName = @"taobao.png"; 
    CTRunDelegateCallbacks imageCallbacks; 
    NSMutableAttributedString *imageAttributedString = [[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:@" "];//空格用于给图片留位置 
    [imageAttributedString addAttribute:(NSString *)kCTRunDelegateAttributeName value:(id)runDelegate range:NSMakeRange(0, 1)]; CFRelease(runDelegate); 

    [imageAttributedString addAttribute:@"imageName" value:taobaoImageName range:NSMakeRange(0, 1)]; 

    [attributedString insertAttributedString:imageAttributedString atIndex:1]; 

    CTFramesetterRef ctFramesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((CFMutableAttributedStringRef)attributedString); 

    CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable(); 
    CGRect bounds = CGRectMake(0.0, 0.0, self.bounds.size.width, self.bounds.size.height); 
    CGPathAddRect(path, NULL, bounds); 

    CTFrameRef ctFrame = CTFramesetterCreateFrame(ctFramesetter,CFRangeMake(0, 0), path, NULL); 
    CTFrameDraw(ctFrame, context); 

    CFArrayRef lines = CTFrameGetLines(ctFrame); 
    CGPoint lineOrigins[CFArrayGetCount(lines)];
    CTFrameGetLineOrigins(ctFrame, CFRangeMake(0, 0), lineOrigins); 

    for (int i = 0; i < CFArrayGetCount(lines); i++) { 
        CTLineRef line = CFArrayGetValueAtIndex(lines, i); 
        CGFloat lineAscent; 
        CGFloat lineDescent; 
        CGFloat lineLeading; 
        CTLineGetTypographicBounds(line, &lineAscent, &lineDescent, &lineLeading); 
        CFArrayRef runs = CTLineGetGlyphRuns(line); 
        for (int j = 0; j < CFArrayGetCount(runs); j++) { 
            CGFloat runAscent; 
            CGFloat runDescent; 
            CGPoint lineOrigin = lineOrigins[i]; 
            CTRunRef run = CFArrayGetValueAtIndex(runs, j); 
            NSDictionary* attributes = (NSDictionary*)CTRunGetAttributes(run);
            CGRect runRect; 
            runRect.size.width = CTRunGetTypographicBounds(run, CFRangeMake(0,0), &runAscent, &runDescent, NULL); 
            runRect=CGRectMake(lineOrigin.x + CTLineGetOffsetForStringIndex(line, CTRunGetStringRange(run).location, NULL), lineOrigin.y - runDescent, runRect.size.width, runAscent + runDescent); 

            NSString *imageName = [attributes objectForKey:@"imageName"]; 

            //图片渲染逻辑 
            if (imageName) { 
                UIImage *image = [UIImage imageNamed:imageName]; 
                if (image) { 
                    CGRect imageDrawRect; 
                    imageDrawRect.size = image.size; 
                    imageDrawRect.origin.x = runRect.origin.x + lineOrigin.x;
                    imageDrawRect.origin.y = lineOrigin.y; 
                    CGContextDrawImage(context, imageDrawRect, image.CGImage); 
                } 
            } 
        } 
    } 
    CFRelease(ctFrame); 
    CFRelease(path); 
    CFRelease(ctFramesetter); 
}
标签
nstextview
AttribuedString
CoreText
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