深入理解图文混排原理并自定义图文控件

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本文初次发表于InfoQ 深入理解 iOS 图文混排原理并自定义图文控件

iOS开发中一般用UILabel来展示文字、UIImageView用来显示图片、UIButton用于简单的图文点击响应事件，稍复杂一点的可以借助NSAttributedString来实现图文混排需求，又或者将图文内容转换为HTML由WKWebView（UIWebView）来展示。然而以上方案都有各自的局限性：UILabel绘制NSAttributedString不能灵活定位文本内的点击锚点区域，转换为HTML展示则带来Native与Web端交互成本以及WKWebView自身的性能问题。

那么，是否能有一种控件，在满足富文本图文混排的同时还能响应自定义锚点点击事件？要实现以上需求，我们首先从iOS图文展示原理说起。

图文绘制架构

iOS7之后的图文绘制架构如下图所示，越往上封装程度越高，但可定制程度也越低，本文涉及讲解的主要是CoreText以及CoreGraphics层级 。

CoreText架构

CoreGraphics

从下往上说，首先是CoreGraphics。这是一个C语言接口的核心图形库，而且它是跨平台的类库，iOS和macOS系统均可使用。虽然它很偏底层，但很多情况下其实你已经使用过它了：比如CGAffineTransform用于形变，CGBitmapContext用于截图或者图片绘制，CGContext用于获取上下文进行直线、曲线、不规则图形绘制等。

这里着重说明下CGContext上下文。上下文类似于进行绘画时候的画布，使用UIGraphicsGetCurrentContext()可以快捷得到当前上下文，同时需要注意在CoreText下坐标系的原点为视图的左下角，x轴向右为正方向，y轴向上为正方向。而UIKit坐标系的原点是视图的左上角，x轴向右为正方向，y轴向下为正方向，所以我们在进行图文绘制前需要进行坐标反转，如图所示：

CoreText坐标

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//获取上下文
CGContextRef c = UIGraphicsGetCurrentContext();
// 将当前图形状态推入堆栈
CGContextSaveGState(c);
// 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
CGContextSetTextMatrix(c, CGAffineTransformIdentity);
// 坐标转换，UIKit 坐标原点在左上角，CoreText 坐标原点在左下角
CGContextTranslateCTM(c, 0.0f, insetRect.size.height);
CGContextScaleCTM(c, 1.0f, -1.0f);
// TODO:进行图文绘制操作
//...
// 绘制完成，将堆栈顶部的状态弹出，返回到之前的图形状态
CGContextRestoreGState(c);

以上使用CoreGraphics进行图文绘制的过程，可以在drawRect:或 drawTextInRect:等相关方法中进行操作。

CoreText框架

CoreText是iOS中用于文本绘制的引擎，其位于UIKit中和CoreGraphics/Quartz之间。查看开发文档，可以看到CoreText架构主要包含以下类，其中标红部分是图文绘制需要使用到的相关类，我们逐个介绍。

CoreText

CTFramesetter

CTFramesetter是管理生成CTFrame的工厂类，其中记录了需要绘制的文本内容中不同字符串对应的富文本属性（加粗、颜色、字号等），通过NSAttributedString可生成CTFrameSetter。

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NSMutableAttributedString *attributedStr = [[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:text attributes:attributes];
//生成CTFramesetter
CTFramesetterRef framesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((CFAttributedStringRef)attributedStr);
CFRelease(framesetter);

CTFrame

CTFrame描述了总的文本绘制区域的frame，通过它你可以得到在指定区域内绘制的文本一共有多少行。

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CGRect rect = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
//生成绘制区域路径
CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
CGPathAddRect(path, NULL, rect);
//生成CTFrame
CTFrameRef frame = CTFramesetterCreateFrame(framesetter, CFRangeMake(0, [attributedStr length]), path, NULL);

//获取一共有多少行
CFArrayRef lines = CTFrameGetLines(frame);

CFRelease(frame);
CGPathRelease(path);

CTLine

CTLine记录了需要绘制的单行文本信息，通过它你可以得到当前行的上行高、下行高以及行间距等信息。

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//获取第一行信息
CTLineRef line = CFArrayGetValueAtIndex(lines, 0);
//上行高、下行高、行间距
CGFloat lineAscent = 0.0f, lineDescent = 0.0f, lineLeading = 0.0f;
//获取行宽、行高信息
CGFloat lineWidth = CTLineGetTypographicBounds(line, &lineAscent, &lineDescent, &lineLeading);

关于行文本的上下行高、行间距、原点、基线等的说明，可参照下图：

行高

系统绘制文本的时候，首先会以基线（Baseline）为基准，从当前行的基线最左侧的原点（Origin）开始，计算得到上行高（Ascent），下行高（Descent），不同行之间的行间距（Leading），以及行宽信息。

CTRun

CTRun描述了单行文本中具有相同富文本属性的字符实体，每一行文字中可能有多个CTRun，也有可能只包含一个CTRun。如下图，这行文字中包含三个CTRun，分别为：这是 一段 测试数据

CTRun说明

与CTLine一样，同样可以计算得到单个CTRun的绘制区域大小。

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//初始化CTRun的区域大小为CGRectZero
CGRect runBounds = CGRectZero;
//初始化CTRun的上行高、下行高、行间距
CGFloat runAscent = 0.0f, runDescent = 0.0f, runLeading = 0.0f;
//计算得到上下行高、行间距以及CTRun绘制区域宽度
runBounds.size.width = (CGFloat)CTRunGetTypographicBounds(glyphRun, CFRangeMake(0, 0), &runAscent, &runDescent, &runLeading);
//计算高度，注意下行高为负数的情况
CGFloat runHeight = runAscent + fabs(runDescent);
runBounds.size.height = runHeight;

CTRunDelegate

CTRunDelegate用于图文混排时候的图片绘制，因为CoreText本身并不能进行图文混排，但是可以使用CTRunDelegate在需要显示图片的地方添加占位符，当CoreText绘制到该位置的时候，会触发CTRunDelegate代理，在代理方法中可以获取到该区域的大小以及图片信息，然后调用 CGContextDrawImage(c, runBounds, image.CGImage) 绘制图片即可。

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NSDictionary *imgInfoDic = @{kCJImage:image,//需要绘制的图片
                             kCJImageWidth:@(size.width),//需要绘制的图片区域宽度
                             kCJImageHeight:@(size.height),//需要绘制的图片区域高度};
    
//创建CTRunDelegateRef并设置回调函数
CTRunDelegateCallbacks imageCallbacks;
imageCallbacks.version = kCTRunDelegateVersion1;
imageCallbacks.dealloc = RunDelegateDeallocCallback;
imageCallbacks.getWidth = RunDelegateGetWidthCallback;//图片区域宽度回调
imageCallbacks.getAscent = RunDelegateGetAscentCallback;//图片区域上行高回调
imageCallbacks.getDescent = RunDelegateGetDescentCallback;//图片区域下行高回调
CTRunDelegateRef runDelegate = CTRunDelegateCreate(&imageCallbacks, (__bridge void *)imgInfoDic);
//初始化空白占位字符
unichar imgReplacementChar = 0xFFFC;
NSString *imgReplacementString = [NSString stringWithCharacters:&imgReplacementChar length:1];
//插入图片 空白占位符
NSMutableString *imgPlaceholderStr = [[NSMutableString alloc]initWithCapacity:3];
[imgPlaceholderStr appendString:imgReplacementString];
NSRange imgRange = NSMakeRange(0, imgPlaceholderStr.length);
NSMutableAttributedString *imageAttributedString = [[NSMutableAttributedString alloc] initWithString:imgPlaceholderStr];
//将CTRunDelegate记录到NSMutableAttributedString的富文本信息中
[imageAttributedString addAttribute:(NSString *)kCTRunDelegateAttributeName value:(__bridge id)runDelegate range:imgRange];
//kCJImageAttributeName为自定义的记录图片信息的富文本属性
[imageAttributedString addAttribute:kCJImageAttributeName value:imgInfoDic range:imgRange];

看完上面的概念介绍，相信你已经对iOS的图文绘制原理有了基础的认识，以上各个类的关联关系如图所示：

CoreText说明完整的绘制流程如下：

绘制流程

自定义图文混排控件

自定义图文混排控件，可以基于UILabel来实现，UILabel本身已支持NSAttributedString富文本展示，我们只需在原有基础上扩展指定字符区域背景色、插入图片（或自定义view）展示、指定锚点点击响应事件、点击时候的字符高亮展示等功能即可。

绘制关键点说明

首先在设置NSAttributedString富文本属性的时候，增加自定义属性。NSAttributedString的富文本属性Attributes其实就是字典，那么可以在其中添加自定义的key-value配置，类似以下说明：

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/**
 删除线宽度。值为NSNumber。默认 `0.0f`，表示无删除线
 */
extern NSString * const kCJStrikethroughStyleAttributeName;
/**
 删除线颜色。值为UIColor。默认 `[UIColor blackColor]`。
 */
extern NSString * const kCJStrikethroughColorAttributeName;
/**
 对NSAttributedString文本设置锚点属性时候的唯一标识
 */
extern NSString * const kCJLinkStringIdentifierAttributesName;

第二步就是在遍历获取CTRun时，将属于锚点的CTRun的frame区域信息记录起来，同时还要记录该锚点对应的扩展参数，以及合并具有相同属性的CTRun。

第三步是绘制字符，如果包含自定义属性，那么需要调用CoreGraphics的相关方法进行扩展属性的设置，比如先填充背景色CGContextSetFillColorWithColor(c,color); 再绘制文字CTRunDraw(runRef, c, CFRangeMake(0, 0)); 再添加边框线、删除线CGContextSetStrokeColorWithColor(c,color); 你可以把这个过程想象是成在一张画布上绘画，绘制时候需要注意不同图层的层级关系，不然上面的图层会将下面的图层覆盖。

最后一步是图片展示，如果CTRun是包含CTRunDelegate的显示区域，那么系统会将你设置好大小的区域空白出来，你只需在该位置上画出图片即可：CGContextDrawImage(c, runBounds, image.CGImage);另外我还在此基础上做了扩展，不单单支持图文混排，还可以在指定区域上插入任意UIView。原理是同样借助CTRunDelegate在对应位置上预留出指定大小的空白区域，然后将需要插入的UIView存储在NSAttributedString的Attributes属性中，当绘制到该位置时只需调用[self addSubview:view];即可。

点击响应

UILabel继承自UIView和UIResponder，那么可以基于iOS的事件响应链机制来实现锚点点击事件。

重写hitTest: withEvent:方法，在其中判断是否需要响应点击事件，否则将响应事件向下传递。

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- (UIView *)hitTest:(CGPoint)point withEvent:(UIEvent *)event {
    // ![self linkAtPoint:point extendsLinkTouchArea:NO]表示不在锚点点击范围内
    if (![self linkAtPoint:point extendsLinkTouchArea:NO] || !self.userInteractionEnabled || self.hidden || self.alpha < 0.01) {
        //如果支持选择复制
        if (self.enableCopy) {
            return [super hitTest:point withEvent:event];
        }else{
            return nil;
        }
    }
    return self;
}

至于如何判断是否在锚点点击范围内，可参照linkAtPoint: extendsLinkTouchArea:伪函数说明：

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- (CJGlyphRunStrokeItem *)linkAtPoint:(CGPoint)point extendsLinkTouchArea:(BOOL)extendsLinkTouchArea {
    // CJGlyphRunStrokeItem 对应 CTRun，其中记录了字符区域（bounds）的大小
    CJGlyphRunStrokeItem *resultItem = nil;
    // _linkStrokeItemArray 表示记录了所有锚点信息的数组
    for (CJGlyphRunStrokeItem *item in _linkStrokeItemArray) {
        if (CGRectContainsPoint(item.bounds, point)) {
            resultItem = item;
        }
    }
    return resultItem;
}

重写touches系列方法，首先在touchesBegan: withEvent:中判断是否点击了锚点区域，如果是则触发重绘以达到点击高亮效果。

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- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    UITouch *touch = [touches anyObject];
    CJGlyphRunStrokeItem *item = [self linkAtPoint:[touch locationInView:self] extendsLinkTouchArea:self.extendsLinkTouchArea];
    //点击锚点存在
    if (item) {
        //TODO: 触发重绘操作，达到点击锚点高亮效果
    }else{
        [super touchesBegan:touches withEvent:event];
    }
}

然后在touchesEnded: withEvent:中处理点击事件的响应操作

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- (void)touchesEnded:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    //  如果是长按点击，交由长按点击手势UILongPressGestureRecognizer响应
    if (_longPress) {
        [super touchesEnded:touches withEvent:event];
    }else{
        if (_currentClickRunStrokeItem) {
            // 如果当前是点击锚点事件，抛出点击回调事件
            if (self.delegate && [self.delegate respondsToSelector:@selector(CJLable:didClickLink:)]) {
                [self.delegate CJLable:self didClickLink:linkModel];
            }
            // TODO: 再次重绘，还原点击前的文本显示
        }
        else {
            [super touchesEnded:touches withEvent:event];
        }
    }
}

这里需要注意一下，如果是双击点击事件或者长按点击事件，那么在touches系列的回调方法中是不能处理的，交互处理应该放到UITapGestureRecognizer和UILongPressGestureRecognizer的响应方法中判断。另外手势事件的响应方法中是无法得到当前点击位置的点坐标CGPoint的，这里用到了比较取巧的方式（通过Rumtime关联属性）达到了判断点击响应的效果。

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// 在此时刚接收到手势事件的回调中，将UITouch关联到 UIGestureRecognizer实例
- (BOOL)gestureRecognizer:(UIGestureRecognizer *)gestureRecognizer shouldReceiveTouch:(UITouch *)touch {
    if (gestureRecognizer == self.longPressGestureRecognizer) {
        objc_setAssociatedObject(self.longPressGestureRecognizer, &kAssociatedUITouchKey, touch, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    }
    else if (gestureRecognizer == self.doubleTapGes) {
        objc_setAssociatedObject(self.doubleTapGes, &kAssociatedUITouchKey, touch, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
    }
    return YES;
}
// 双击点击事件
- (void)tapTwoAct:(UITapGestureRecognizer *)sender {
    // Runtime属性关联，获取到对应的UITouch，并计算得到点击坐标：[touch locationInView:self]
    UITouch *touch = objc_getAssociatedObject(self.doubleTapGes, &kAssociatedUITouchKey);
    CJGlyphRunStrokeItem *item = [self linkAtPoint:[touch locationInView:self] extendsLinkTouchArea:self.extendsLinkTouchArea];
    if (item) {
        //TODO: 如果当前是双击点击锚点事件，抛出点击回调事件
        if (self.delegate && [self.delegate respondsToSelector:@selector(CJLable:didClickLink:)]) {
            [self.delegate CJLable:self didClickLink:linkModel];
        }
        // TODO: 再次重绘，还原点击前的文本显示
    }
    //如果不是点击锚点且开启了选择复制功能
    else {
        if (self.enableCopy) {
            //TODO: 显示选择复制提示视图
        }
    }
}
// 长按点击事件
- (void)longPressGestureDidFire:(UILongPressGestureRecognizer *)sender {
    // Runtime属性关联，获取到对应的UITouch，并计算得到点击坐标：[touch locationInView:self]
    UITouch *touch = objc_getAssociatedObject(self.longPressGestureRecognizer, &kAssociatedUITouchKey);
    CGPoint point = [touch locationInView:self];
    BOOL isLinkItem = [self containslinkAtPoint:[touch locationInView:self]];
    switch (sender.state) {
        //TODO: 如果当前是长按锚点事件，抛出长按回调事件
        case UIGestureRecognizerStateBegan: {
            if (isLinkItem) {
                if (self.delegate && [self.delegate respondsToSelector:@selector(CJLable:didLongPressLink:)]) {
                        [self.delegate CJLable:self didLongPressLink:linkModel];
                    }
            }
            //如果不是点击锚点且开启了选择复制功能
    		else {
        		if (self.enableCopy) {
            		//TODO: 长按显示放大镜
                }
        	}
    	}
            break;
        }
        case UIGestureRecognizerStateEnded:{
            //TODO: 再次重绘，还原长按前的文本显示
            //如果支持复制
            if (self.enableCopy) {
                //TODO: 显示选择复制提示视图
            }
            break;
        }
        case UIGestureRecognizerStateChanged:
    		//如果支持复制
            if (self.enableCopy) {
                //TODO: 更新放大镜位置，以及更新选择复制区域
            }
            break;
        default:
            break;
    }
}

来看一下自定义点击控件的效果图

点击响应

选择、复制

自定义图文混排控件还可以支持选择复制功能，当然这里说的选择复制不是指点击唤起UIMenuController菜单，然后出现复制剪切选项，点击则只能复制所有文本。那样的例子网上已经有很多，没有必要在这里再大费周章地罗列说明。 其需要具备的是类似于UITextView或UIWebView那样双击或长按，可出现拷贝、选择、全选选项，同时选中字符左右出现指示大头针，拖动则有放大镜提示当前选中的字符，并且要尽量做到与系统行为一致。

选择复制

需求细化后选择复制的要点主要包含以下：

  • 选中字符后出现拷贝、选择 全选 菜单，这个使用系统的UIMenuController功能即可实现，不存在难点问题。
  • 对于选中的文字，起始要有大头针标识，中间填充浅蓝色背景，而且这一部分区域会是一块不规则多边形。系统没有提供现成可复用的对应UI控件，但只要我们能够判断到选中区域，就能在左右画上大头针，中间填充颜色，所以这一块也不存在问题。
  • 拖动选择的过程中，出现放大镜来提示选中字符的更改。在能够准确获取到当前触摸点坐标的前提下，只需要将触摸点周围区域的图层截取并作CGContextScaleCTM缩放，然后再将放大后的图层显示出来即可，所以这个也是可以实现的。
  • 最后便是重点了，如何判断每一个字符对应的frame坐标位置，并要求在手指移动时能够准确判断选择区域的变化。

前面已经讲到，单行文本中具有相同富文本属性的字符会被绘制到同一个CTRun中，而通过CTRun可以计算得到它的frame大小。那么重点则变成如何使得每一个字符（图片或插入UIView）对应一个CTRun。

解决很简单：只要保证NSAttributedString中每一个字符的Attributes属性不一样就可以了。我开始的做法是添加一个自定义属性kCJIndexAttributesName，然后给每个字符存储不同的index值，并且在全部图文遍历绘制过一次后将kCJIndexAttributesName移除，这样在后续的重绘中就会减少CTRun的拆分数量，提高了效率。

然而，理想很美好，现实很打击。就算自定义属性kCJIndexAttributesName移除了，可CTRun还是会被拆分为单个字符，但是如果使用系统自带的属性则不会如此。无奈只能从系统方法中寻找解决思路，幸好发现了NSLinkAttributeName属性，这是UITextView中用来设置http链接的扩展属性，存储的对象是NSURL或NSString类型，而UILabel默认是不支持http链点的，使用NSLinkAttributeName属性可以最大限度的降低UILabel对默认NSAttributedString展示的影响。同时为了更好的判断计算，我将存储的对象改为NSURL的子类CJCTRunUrl。

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//给每一个字符设置index值，enableCopy=YES时生效
__block NSInteger index = 0;
[attText.string enumerateSubstringsInRange:NSMakeRange(0, [attText length]) options:NSStringEnumerationByComposedCharacterSequences usingBlock:
 ^(NSString *substring, NSRange substringRange, NSRange enclosingRange, BOOL *stop) {
     CJCTRunUrl *runUrl = nil;
     if (!runUrl) {
         NSString *urlStr = [NSString stringWithFormat:@"https://www.CJLabel%@",@(index)];
         runUrl = [CJCTRunUrl URLWithString:urlStr];
     }
     runUrl.index = index;
     runUrl.rangeValue = [NSValue valueWithRange:substringRange];
     [attText addAttribute:NSLinkAttributeName
                     value:runUrl
                     range:substringRange];
     index++;
 }];

选择复制视图展示的交互逻辑则在双击或长按手势中实现，前面 点击响应 的伪代码示意中已经说明。另外讲解一下选择复制视图的实现细节：

其中的拷贝、选择、全选菜单使用系统提供的UIMenuController实现，在双击或长按时只要将它显示到手指点击对应的位置上就行。

放大镜则是自定义UIView，并在上面添加一个CALayer，再在CALayer上根据更新的点坐标做放大效果，CALayer的放大境处理逻辑如下：

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- (void)drawInContext:(CGContextRef)ctx {
	CGContextTranslateCTM(ctx, self.frame.size.width/2, self.frame.size.height/2);
	CGContextScaleCTM(ctx, 1.40, 1.40);
	//self.pointToMagnify是更新的放大点坐标
	CGContextTranslateCTM(ctx, -1 * self.pointToMagnify.x, -1 * self.pointToMagnify.y);
	[CJkeyWindow().layer renderInContext:ctx];
	CJkeyWindow().layer.contents = (id)nil;
}

大头针包含的提示用户选中区域，同样由自定义UIView实现，在自定义view上面填充颜色以及在起始结束位置画出大头针，其中的填充颜色区域包含三部分headRect middleRect tailRect

选择区域

这三部分存在任意组合的情况，填充颜色的时候要对这三部分区分开来分别进行填充。因为有可能存在只有headRect middleRect 或只有middleRect tailRect，又或者只有 middleRect 的情况，而且填充颜色使用的是CoreGraphics中的绘图API：

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CGContextRef ctx = UIGraphicsGetCurrentContext();
//填充的背景色
UIColor *backColor = CJUIRGBColor(0,84,166,0.2);
[backColor set];
CGContextAddRect(ctx, self.headRect);
CGContextStrokePath(ctx);

接下来便是如何显示这三个选择复制相关的视图了，一开始我只是简单的将它们添加到Label上面来统一管理，但这样会存在一个问题。那就是当页面中存在多个Label，并且对每个Label分别执行选择复制操作时，那么不同的label上都会出现选择复制视图，这是与系统的默认行为是不一致的。权衡之后将以上三个视图的显示作为单例处理，全局只初始化一次，避免了重复初始化的开销。并且将它添加到UIWindow层，这样在不同的Label之间进行选择复制时，也只会显示一个选择复制视图。

写在最后

以上便是iOS图文绘制原理以及自定义图文控件的说明，关键点是充分理解你看到的每一个字符在底层绘制显示的时候与CTFrame CTLine CTRun等实体类的对应关系，并借助其计算得到每一个字符的区域frame信息，有了区域frame信息便能够扩展实现各种自定义功能（点击响应、插入图片、选择拷贝等）。

全文完，更多的实现可以查看源码CJLabel。