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WWDC 2018:TextKit 最佳实践

WWDC 2018 Session 221: TextKit Best Practices

作者简介:@halohily,网易有道 iOS 开发工程师。掘金主页:halohily

引言

文本内容在 app 内随处可见,展示文本的方式也是多种多样。关注过性能提升的同学会发现,文本控件的高效使用对于整个页面性能的提升至关重要。为此,苹果和开发者都在不断努力。比如苹果日渐完善的文本框架,以及第三方文本框架的代表 YYText

这个 session 旨在指导开发者如何正确地使用 TextKit 进行文本内容的展示,循序渐进分为三个部分:

  • 核心理论
  • 用以演示理论的小例子
  • 综合运用的优秀实战案例

一、核心理论

1.1 什么是 TextKit ?

和平时使用的框架有些不同,我们不需要使用 import 关键字来导入 TextKit。包含 UILabelUITextField 等控件的 UIKit 框架(用于 iOS),以及包含 NSTextView 等控件的 AppKit 框架(用于 Mac OS),都是基于 TextKit 构建。在使用上面的文本控件时,其实就是在使用 TextKit,它协同 Core TextCore Graphics 以及 Foundation,一起为我们的 app 提供强大的文本展示能力。

利用 TextKit 的能力,你可以非常容易地展示下面风格各异的文本。

1.2 选择正确的控件

对于不同类型的文本,我们需要选择合适的文本控件。那么该如何决定呢?苹果为我们提供了比较明确的指导,如下图所示。在使用 UIKitAppKit 时,情形会稍有不同,所以分开进行描述。

  • UIKit 的选择路径:

  • AppKit 的选择路径:

图中的描述非常清晰易读。需要注意的是,UILabel 用来展示较少的文本内容或者较少的行数,然而,在 AppKit 框架下是没有 Label 控件的,这时可以选择 NSTextField 控件,通过禁用文本编辑属性,来获得和 UILabel 一样的特性。

1.2.1 文本绘制(string drawing)的正确使用

有的时候,大家可能为了获得更优的性能(避免生成过多的视图对象实例),通过调用如下方法来使用文本绘制:

func draw(at: CGPoint)

func draw(in: CGRect)

func draw(with: CGRect,
options: NSStringDrawingOptions = [],
context: NSStringDrawingContext?)
复制代码

然而,苹果并不推荐经常这样使用。如果你依然需要使用的话,苹果也贴心地给出了一些建议:

  • 尽量用于数量较少的文本
  • 限制调用 draw 方法的频率(尽量减少调用次数)
  • 限制定制化属性的数量(尽量减少定制化属性)

为什么这种使用方式不被推荐呢?首先是因为 UILabelUITextView 等控件提供了良好的缓存机制,所以在合适的时候选择这些控件,反而可以获得更好的性能(相较 string drawing 而言),特别是在使用自动布局的时候。

绘制 attributed string时,如果过多地调用 draw 方法,会明显地降低性能。因为系统在每次绘制之前需要释放之前所有的 attribute 对象。因此,对于额外的 attribute,请尽量在确定它们的视觉效果(例如字体、颜色)时才进行绘制。

最后,苹果还是不忘强调,如果使用了 string drawing,就会失去下图所示的文本控件提供的所有特性。因此,请尽可能地使用文本控件。

1.3 选择正确的定制要点

1.3.1 TextKit 的架构组成

Cocoa 下的许多组件一样,TextKit 也是基于 “model - view - controller” 设计结构的。并且这三层又各自包含 storage、layout、和 display 模块:

  • Storage

深入了解一下各个部分的组成,首先是与 Model 层通信的 Storage 模块,它包含的 NSTextStorage 持有字符串的数据和属性信息。值得注意的是,它是MutableAttributedString 的子类,因此使用方式和我们熟知的 AttributedString 一致。而 NSTextContainer 则负责模型化文本布局的地理位置、区域信息。

  • Display

接下来是 Display 模块,它和 View 层通信。这个模块我们通常关注的是文本控件的正确选择问题。

  • Layout

最后是 Layout 模块,它和 Controller 层进行通信。 NSLayoutManager 是这个模块唯一的组成部分。它的强大让苹果用“野兽”来形容。它是整个展示过程的“大脑”,控制自己的布局过程。

1.3.2 布局过程

这是文本布局过程的概览图:

  • 属性修正

文本布局发生在 TextStorage 进行属性修正之后。对于这个过程中的工作,举个例子,确保这段文本所选择的字体支持显示文本中的所有字符,如果发现不支持的字符,则进行相应替换。比如上图中的 Tempura (天麩羅) is a tasty Japanese food. 🍤 这段文本,字体指定了 Times New Roman。然而,这个字体是不支持日语字符和 emoji 字符的。因此,在属性修正过程中,日语字符被指定了支持日语的 Hiragino Mincho ProN 字体,而 emoji 字符则被指定了 Apple Color Emoji 字体。

  • glyphcharacter

属性修正完成后,布局过程就开始了。这里对上述概念的含义做一些说明。

character 中文译为“字符”,字符是可以转换为二进制存储的通用数据,而 glyph 可以译为字符的视觉表示符号。同一个 character 呈现在屏幕上,可以表现为不同的字体、视觉风格。而这些各异的视觉风格,就是由 glyph 来负责呈现,glyph 的生成,就是为指定了视觉效果(如字体)的字符确定展示所需的 glyph 的过程。下图是一个示例:

可以看到,characterglyph 的对应关系不总是一对一的。图中的字符串 “ffi” 由三个字符组成,但整个字符串可以由一个 glyph 表示。再看下图的例子,一个单独的字符 “n”,也可以由两个 glyph 来表示。

关于这部分概念,提供一篇参考资料:iOS 排版概念

再回到布局过程的图示中来,glyph 布局,就是 NSLayoutManager 在视图上摆放 glyph 的过程。

1.4 选择正确的配置

如下图是 一个完整 TextKit 组件的标准配置结构:Text Container 持有 Text View 的弱引用,而 Text View 通过根 Text Storage持有整个布局树结构。

如果有多个文本页面或者文本行需要布局,可以使用成对的 Text ContainerText View 组合,每一对组合对应一个页面或者一行。在这种情况下,我们可以 hook 同样的 container 和 text view 来共享布局信息。

文本内容被添加之后,它铺满由第一个 text container 定义的区域。文本在 text view 上和 text container 成对展示。 当没有剩余空间时,新的 container 连同 text view 一起被添加,并且文本在第二个页面或者文本行进行展示。

多个 layout manager 允许你对同样的文本有多种不同的显示效果。这个文本在不同的视图上可以有彼此不同且独立的布局和分组,下图是这种模式下的结构示意和效果示意。方框内的文本内容相同,但展示效果是不同的。

1.5 选择正确的定制实现方式

就像锤子在工具箱中的重要地位一样,我们在开发时也有一些地位等同于锤子的工具。

  • 代理 就像基本的锤子,大多数时候,它可以很好地完成工作。
  • 通知 也是一个有效的工具。
  • 最后,子类化 同样是一把利器。它几乎可以作任何事。

对于这些方式的使用场景,在第二部分会运用具体例子进行阐述。

二、具体示例

文本组件在 app 中是无处不在的。在这部分,苹果使用了 iOS 的 Apple News 和 Mac OS 的TextEditOur Journal 三个 app 中的具体页面作为示例来对前面所述的核心理论进行讲解。

2.1 Apple News on iOS

这部分内容比较简单。主要用来示意 Choosing the right control 这条理论。里面主要的知识点如下:

  • 对于一行颜色不一样的文本,可以使用两个 UILabel 进行展示,也可以借助 NSAttributedString 来实现。
  • UITextViewUIScrollView 的子类,默认支持滑动,如果想让它与自动布局良好协作地话,需要禁用滑动。

2.2 TextEdit on macOS

这部分主要用来示意 Choosing the right configuration 这条理论。

TextEdit 这个 app 支持富文本的展示、编辑,文本编辑部分的特性很像一个 textview,自然,它符合前面讲述的标准配置结构。值得注意的是,文本编辑部分支持分页展示,可以看到页面下滑时,textcontainer 被重新设置了尺寸,文本从第一页跳到了第二页。很自然,这是使用了多个 textcontainer 的 textview,但是依然由同一个 textstorge、layoutmanager 管理,他们允许文本自由地从一个 textcontainer 跳到另一个。下图即是它的配置结构图:

2.3 Our Journal App on macOS

这部分主要用来示意 Choosing the right customization approach 这条理论。

2.3.1 文本计数功能

从图中可以看到,在界面底部添加了一个 TextField 来显示键入文本的数量。app 运行时,我们希望底部的文本计数随着键入的数量变化。为了实现这个效果,我们选择一个比较“轻巧”的工具 - 通知。通过接收 NSTextStorage 发出的通知,可以从 NSTextStorage 获得文本的数量。收到通知后,更新计数 TextField 中的数字。

2.3.2 自动转化粗体字

当我们想强调一部分文字时,可以使用键盘快捷键或者菜单设置这部分字体为粗体。但是如果想支持例如 markdown 的标记语言,通过特定字符来指定特殊的格式,比如在文本前后加入一对双星号来使文本变化为粗体,该如何实现呢?在这个情景中,需要获取文本改变的时机和位置,通知机制并不便于提供足够的信息。所以这次使用“一记重锤” - 代理。遵守 NSTextStorageDelegate 协议,实现 textStorage(_:didProcessEditing:range:changeInLength:) 方法。在方法的实现中定义一个粗体字的 attribute ,添加给应该被粗体化的文本。这样一来,只要输入了一对双星号,就可以立马使文本变为粗体。

2.3.3 代码片段文本

粗体标记完美实现了。那么如何展示一个代码片段呢?像图中所示,完成键入最后一个点符号,就可以生成一个代码块文本,同时还会被标示为 Swift 代码。对于这样一个复杂的情形,我们需要两把工具:

  • 子类化 NSTextStorage

子类继承 NSTextStorage ,实现四个强制实现的方法,特别是 replaceCharacters(in:with:) 方法。内部实现是将 NSTextBlock 赋值给 ParagraphStyle 然后把这个 ParagraphStyle 作为一个 attribute 添加到一个 NSTextStorage 中,注意对应的范围是代码块文本。

对于上面所述的 NSTextBlock ,需要了解的是 NSTextBlock 不会去定制化绘制它自己,所以我们需要一个它的子类去完成这件事: CodeBlock 类继承自 NSTextBlock,在它的初始化方法中设置背景的衬垫,或者通过覆写 drawBackground 方法,使用 StringDrawing 去绘制 “Swift Code” 这个标题。

这样一来这个文本块看起来就像一个代码块了。再回到继承自 TextStorageCustomTextStorage,我们可以把 TextBlocks 属性赋值为刚刚添加的 CodeBlock

最后,我们需要让 textview 使用全新的CustomTextStorage,所以我们为 LayoutManager 替换 storage。

2.3.4 markdown效果预览视图

这样一来,基本完成了一个支持 markdown 格式的编辑器。除此之外,一般 markdown 编辑器还有一个很实用的功能 - 两个并排布局的视图,一个用来输入文本,一个预览效果,如图所示:

我们可以使用两个并排的 textview 来实现,只需要禁用用于预览的 textview 的文本编辑功能。它们展示一样的内容,但是右边的样式会特别一些。使用的配置如图:

storage 是同一个,因为展示一样的内容。但是其他的部分都是两套,并且用左边 view 的 textstorage 为右边 view 的 layoutmanager 的 replaceTextStorage 赋值。这样的效果是什么呢?一旦在一边编辑了文本,效果会在两边同时展示。但是一般在预览视图内我们是不希望显示 markdown 格式控制相关字符的,比如双星号 ** 和 引用符号 > 等。由于是共享的同一个 textstorge,这就意味着我们必须在后面的过程中(布局过程)隐藏这些字符。为了完成这个操作,就有了一个自然而然的选项--代理:遵守 NSLayoutManagerDelegate 代理协议,实现 layoutManager(_:shouldGenerateGlyphs:properties: characterIndexes:font:forGlyphRange:) 代理方法,我们可以获取到将要被布局的 glyphs,如果它是用来表示 markdown 字符的 glyph,把它赋值为空。最后,把处理过的 glyphs 回传。这样一来,左边展示可编辑的包含 markdown 控制字符的文本,右边展示去除了 markdown 控制字符的效果文本。虽然事实上一个 markdown 编辑器并不是这样处理,但这是一个定制 TextKit 的很好的例子。

三、最佳实战案例

在这部分中,苹果给出了几个指导性原则。

3.1 熟知默认 attribute

在这个例子中,我们需要完成一个如上图的文本展示。它当前的字体是 24 号的 Comic Sans MS。给 don't 这部分文本设置粗体的 attribute 之后,我们发现剩余的文本(即 hate)丢失了原本的字体设置。这是因为初始化 AttributedString 时,没有提供 attribute 设置参数,那么系统便会使用默认的设置。在这个案例中,使用默认设置初始化了文本,然后对 don't 部分进行了单独设置,自然 hate 部分就使用了默认的设置。

我们有两种方式来解决这件事。一种是避免将整个文本同时进行设置,而是对于 don‘t 设置粗体,对于 hate 设置 Comic Sans MS,但这样比较繁琐。所以另一种是初始化 AttributedString 时,附带原有字体的参数,然后对 don‘t 部分再行设置。

除了字体外,我们还需要了解其他属性的默认值。

3.2 使用准确的属性描述

  • 避免将全部或部分文本重置为默认属性的操作。
  • 在更新你的 app 以支持即将到来的黑暗模式时,确保在这个模式下你的文本颜色正确。对于 appkit 开发者,这是非常重要的。

这里特别注意上图标记出的 ParagraphStyle 属性。一个反面案例是: 为了截掉 hate 部分的文本,给这部分文本单独设置了 ParagraphStyle 的属性。然而展示的结果却不符合预期。这是因为在 layout 之前,会进行 attribute fixing,这在前文有述。一个文本段落,却有多个 ParagraphStyle 的属性值,这是违反一致性的,所以系统在 fix attribute 时,会选择第一个 ParagraphStyle 属性,也就是默认风格,并且把它应用于整个段落。

3.3 性能表现:使用间断的布局

为了理解它,回到我们的老朋友 - 布局过程。glyph 生成之后进行 glyph 布局。对于大段文本,如果使用整体的布局,那么 LayoutManager 必须完成所有的 glyph 生成、布局过程,这样一来,如果有大段文本的话你就需要长时间地等待。

对于 NSTextView,你可以通过设置 allowsNonContiguousLayout 属性来支持间断布局。

对于 UITextView,它是默认开启的。需要注意的是,UITextViewUIScrollView 的子类,allowsNonContiguousLayout 属性要求 UITextViewScroll Enabled 属性是开启的。因为如果不支持滑动的话,间断布局也就失去了意义。

这就引出了一个重要的问题。使用间断布局时,避免一次请求整个文本的布局。所以如果你只有一个 textcontainer 的话,避免一次请求完整的布局。

3.4 安全性

这里苹果给出了一个形象的例子:开发者就像武装的士兵,而 iOS、Mac OS 就像坚固的堡垒,士兵和堡垒共同组成了坚固的安全性防御工事。这就意味着,iOS 应用的安全性需要开发者和苹果共同协作。

为此,苹果为开发者提供了一条准则:

  • 为文本输入设置限制

所有的文本输入都被认为是潜在的风险。当你允许文本输入时,你就开放了复制和粘贴,但是你并不能预知什么文本会被粘贴在那里。它可能是一段普通的文本,但也有可能是极其长的文本,而这将会导致你的 app 出现不可预知的问题。

如何完成对文本的输入进行验证呢?在 UIKit 下,使用 UITextFieldDelegate,在 AppKit 下通过 NSFormatter

值得期待的是,苹果预告了关于安全性提升的内容即将到来

总结

最后,用一张图来总结这个 session 的内容:

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