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响应式布局,你需要知道的一切

2011年,Google 发布了 Android 4.0,在经历了 Cupcake,Donut,Froyo 等多个甜品名称版本的迭代后,安卓终结了 Symbian(塞班)的霸主地位,迅速占领了手机市场跃居全球第一。同年,腾讯发布了微信开始进军移动互联网,阿里也在 2013 年宣布 ALL IN 无线,随着智能设备的普及和移动互联网时代的到来,响应式布局这个词开始频繁地出现在 Web 设计和开发领域,作为一名优秀的前端攻城狮,要将极致的用户体验和最佳的工程实践作为探索的目标 ): balabala...

所以,响应式布局,要学。不仅要学,我们还要了解它的前世今生,前置知识,实现手段和原理,以便在实际应用时选取合适的技术方案。

阅读完本文,你将 Get 以下知识点,

  • 什么是响应式设计?
  • 什么是像素,什么DPR?设备像素与CSS像素的区别是什么?
  • EM,REM 的计算规则是什么?实际应用中如何选择?
  • 什么是视口 viewport,布局视口,视觉视口,理想视口的区别?
  • 百分比单位和视口单位的计算规则是什么?
  • 弹性盒与网格
  • 设备断点与 CSS 媒体查询
  • 响应式布局的一些最佳实践

响应式设计

著名的网页设计师 Ehan Marcotte 在 2010 年 5 月的一篇名为《Responsive Web Design》的个人文章中,首次提到了响应式网站设计。文中讲到响应式的概念源自响应式建筑设计,即房间或者空间会根据其内部人群数量和流动而变化。

最近一门新兴的学科“响应式建筑(responsive architecture)”开始在探讨物理空间根据流动于其中的人进行响应的方法。建筑师们通过把嵌入式机器人与可拉伸材料结合的方法,尝试艺术装置和可弯曲、伸缩和扩展的墙体结构,达到根据接近人群的情况变化的效果。运动传感器与气候控制系统相结合,调整围绕人们周围的房间的温度以及环境照明。已经有公司制造了“智能玻璃技术”,当室内人数达到一定的阀值时,它可以自动变为不透明状态,为人们提供更多隐私保护

Web 响应式设计的理念与之非常相似,只不过在这里,

我们需要适配的不是建筑,而是 Web 页面

我们期望页面可以根据用户的设备环境,比如系统,分辨率,屏幕尺寸等因素,进行自发式调整,提供更适合当前环境的阅读和操作体验,对已有和未来即将出现的新设备有一定的适应能力。

这就是响应式设计的理念。那么是否有对应的方法论呢?

别急,在谈及实现之前,我们需要了解一些前置知识,比如像素。

像素

什么是像素?

像素是图像中最小的单位,一个不可再分割的点,对应到物理设备上(比如计算机屏幕),就是屏幕上的一个光点。我们常说的分辨率就是长和宽上像素点的个数,比如 IPhone X 的分辨率是 1125×2436,代表屏幕横向和纵向分别有 1125 和 2436 个像素点,这里的像素是设备像素(Device Pixels)。

1px ≠1像素

实际开发中,你可能发现 Iphone X 的设计稿是 375×812,WTF?

这里的 375×812 是 CSS 像素,也叫虚拟像素,逻辑像素。为什么我们不使用设备像素呢?

设备像素对应屏幕上的光点,如今的屏幕分辨率已经达到人眼无法区分单个像素的程度了。试想一下,要在 IPhone X 宽不到 7cm 的屏幕上数出 1125 个像素点,想想就让人头疼。所以我们在实际开发中通常使用 CSS 像素,你眼中的 1px 可能对应多个设备像素,比如上面的 IPhone X,

1 css px = 3 * 3 device px // IPhone X 中,1 个 CSS 像素对应 3*3 的 9 个设备像素点
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而上面这个比值 3 就是设备像素比(Device Pixel Ratio,简称 DPR)。

DPR 可以在浏览器中通过 JavaScript 代码获取,

window.devicePixelRatio // IPhone X 中等于 3,IPhone 6/7/8 中等于 2,Web 网页为 1
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像素是一个固定单位,一般我们不会使用固定像素来做响应式布局,但是你需要了解他。相反,响应式布局里经常会用到相对单位,比如 EM。

EM

EM 相对于元素自身的 font-size

p {
  font-size: 16px;
  padding: 1em; /* 1em = 16px */
}
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如果元素没有显式地设置 font-size,那么 1em 等于多少呢?

这个问题其实跟咱说的 em 没啥关系,这里跟 font-size 的计算规则相关,回顾一下。如果元素没有设置 font-size,会继承父元素的 font-size,如果父元素也没有,会沿着 DOM 树一直向上查找,直到根元素 html,根元素的默认字体大小为 16px。

理解了 EMREM 就很简单了。

REM

REM = Root EM,顾名思义就是相对于根元素的 EM。所以它的计算规则比较简单,

1 rem 就等于根元素 html 的字体大小,

html {
  font-size: 14px;
}

p {
  font-size: 1rem; /* 1rem = 14px */
}
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所以,如果我们改变根元素的字体大小,页面上所有使用 rem 的元素都会被重绘。

EM 和 REM 都是相对单位,我们在做响应式布局的时候应该如何选择呢?

根据两者的特性,

  • EM 更适合模块化的页面元素,比如 Web Components
  • REM 则更加方便,只需要设置 html 的字体大小,所以 REM 的使用更加广泛一些

实际开发中,设计图的单位是 CSS 像素,我们可以借助一些工具将 px 自动转换为 rem,

下面是一个用 PostCSS 插件在基于 Webpack 构建的项目中自动转换的例子,

var px2rem = require('postcss-px2rem');

module.exports = {
  module: {
    loaders: [
      {
        test: /\.css$/,
        loader: "style-loader!css-loader!postcss-loader"
      }
    ]
  },
  postcss: function() {
    return [px2rem({remUnit: 75})];
  }
}
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我们已经有响应式单位了,接下来要怎么让页面支持响应式布局呢?

第一步需要先设置页面的 viewport

Viewport

著名的 JavaScript 专家 Peter-Paul Koch 曾发表过三篇有关 viewport 的文章,

建议先看完上述文章。viewport 最先由 Apple 引入,用于解决移动端页面的显示问题,通过一个叫 <meta> 的 DOM 标签,允许我们可以定义视口的各种行为,比如宽度,高度,初始缩放比例等,

<!-- 下面的 meta 定义了 viewport 的宽度为屏幕宽度,单位是 CSS 像素,默认不缩放 -->
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
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Peter-Paul Koch 在文章中将移动浏览器的视口分为三种。

layout viewport

为了解决早期 Web 页面在手持设备上的显示问题,Apple 在 IOS Safari 中定义了一个 viewport meta 标签,它可以创建一个虚拟的布局视口(layout viewport),这个视口的分辨率接近于 PC 显示器。这样一来,由于两者的宽度趋近,CSS只需要像在PC上那样渲染页面就行,原有的页面结构也基本不会被破坏。

layout viewport 是一个固定的值,由浏览器厂商设定,

  • IOS 和 Android 基本都是 980px
  • 黑莓(BlackBerry)和 IE10 是 1024px

可以通过 document 获取布局视口的宽度和高度,

var layoutViewportWidth = document.documentElement.clientWidth
var layoutViewportHeight = document.documentElement.clientHeight
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visual viewport

视觉视口(visual viewport)可以简单理解为手持设备物理屏幕的可视区域。也就是你的手机屏幕,所以不同设备的视觉视口可能不同,有了 visual viewport,我们就可以实现网页的拖拽和缩放了,为什么?

因为有了一个承载布局视口的容器

试想一下,假如我们现在有一台 IPhone 6(375×627),它会在宽为 375px 的 visual viewport 上,创建一个宽为 980px 的 layout viewport,于是用户可以在 visual viewport 中拖动或缩放网页来获得更好的浏览体验。

视觉视口可以通过 window 获取,

var visualViewportWidth = window.innerWidth
var visualViewportHeight = window.innerHeight
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idea viewport

我们前面一直在讨论 Web 页面在移动浏览器上的适配问题,但是如果网页本来就是为移动端设计的,这个时候布局视口(layout viewport)反而不太适用了,所以我们还需要另一种布局视口,它的宽度和视觉视口相同,用户不需要缩放和拖动网页就能获得良好的浏览体验,这就是理想视口(idea viewport)。

我们可以通过 meta 设置将布局视口转换为理想视口,

<meta name="viewport" content="width=device-width">
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meta

视口可以通过 <meta> 进行设置,viewport 元标签的取值有 6 种,

  • width,正整数 | device-width,视口宽度,单位是 CSS 像素,如果等于 device-width,则为理想视口的宽度
  • height,正整数 | device-width,视口宽度,单位是 CSS 像素,如果等于 device-height,则为理想视口的高度
  • initial-scale,0-10,初始缩放比例,允许小数点
  • minimum-scale,0-10,最小缩放比例,必须小于等于 maximum-scale
  • maximum-scale,0-10,最大缩放比例,必须大于等于 minimum-scale
  • user-scalable,yes/no,是否允许用户缩放页面,默认是 yes

了解了视口之后,让我们回到响应式布局,与视口相关的几个单位有:vw,vh,百分比

vw,vh,百分比

浏览器对于 vwvh 的支持相对较晚,在 Android 4.4 以下的浏览器中可能没办法使用,下面是来自 Can I use 完整的兼容性统计数据,

image.png

新生特性往往逃不过兼容性的大坑,但是这并不妨碍我们了解它。

响应式设计里,vwvh 常被用于布局,因为它们是相对于视口的,

  • vw,viewport width,视口宽度,所以 1vw = 1% 视口宽度
  • vh,viewport height,视口高度,所以 1vh = 1% 视口高度

以 IPhone X 为例,vw 和 CSS 像素的换算如下,

<!-- 假设我们设置视口为完美视口,这时视口宽度就等于设备宽度,CSS 像素为 375px -->
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">

<style>
  p {
    width: 10vw; /* 10vw = 1% * 10 * 375px = 37.5px */
  }
</style>
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我们说百分比也可以用来设置元素的宽高,它和 vwvh 的区别是什么?

这里只需要记住一点,百分比是相对于父元素的宽度和高度计算的。

到这里,相信你已经掌握了响应式布局里常用的所有单位。接下来,我们介绍弹性盒和栅格,它们都不是单位,而是一种新的布局方案。

弹性盒

W3C 在 2009 年提出了弹性盒,截止目前浏览器对 FlexBox 的支持已经相对完善,下面是 Can I use FlexBox 完整的兼容性情况,

image.png

关于弹性盒模型推荐阅读这篇文章 A Complete Guide to Flexbox

假设你已经阅读完并了解了弹性盒模型,响应式布局中我们需要关注 FlexBox 里的两个角色:容器和子元素

container

指定 display 属性为 flex,就可以将一个元素设置为 FlexBox 容器,我们可以通过定义它的属性,决定子元素的排列方式,属性可选值有 6 种,

  • flex-direction,主轴方向,也就是子元素排列的方向
  • flex-wrap,子元素能否换行展示及换行方式
  • flex-flow,flex-direction 和 flex-wrap 的简写形式
  • justify-content,子元素在主轴上的对齐方式
  • align-items,子元素在垂直于主轴的交叉轴上的排列方式
  • align-content,子元素在多条轴线上的对齐方式

items

子元素也支持 6 个属性可选值,

  • order,子元素在主轴上的排列顺序
  • flex-grow,子元素的放大比例,默认 0
  • flex-shrink,子元素的缩小比例,默认 1
  • flex-basis,分配剩余空间时,子元素的默认大小,默认 auto
  • flex,flex-grow,flex-shrink,flex-basis 的简写
  • align-self,覆盖容器的 align-items 属性

弹性盒模型布局非常灵活,属性值也足够应对大部分复杂的场景,但 FlexBox 基于轴线,只能解决一维场景下的布局,作为补充,W3C 在后续提出了网格布局(CSS Grid Layout),网格将容器再度划分为 “行” 和 “列”,产生单元格,项目(子元素)可以在单元格内组合定位,所以网格可以看作二维布局。

网格

关于网格布局推荐阅读这篇文章 A Complete Guide to Grid

上述文章非常详细地介绍了网格的一些基本概念(比如容器和项目,行和列,单元格和网格线等),使用姿势,注意事项等。作为新兴的布局方案,使用时你需要考虑兼容性是否满足,

image.png

不过在标准之外,我们可能也正通过其他的一些姿势在使用网格。如果你关注时下一些比较热门的 UI 库,比如 Ant DesginMaterial UIElement Plus 等,它们以栅格系统的方式实现了对网格部分特性的支持。

UI 库对 Grid 的实现中,通常会使用到媒体查询,这也是响应式布局的核心技术。

媒体查询

媒体查询(Media Query)是 CSS3 规范中的一部分,媒体查询提供了简单的判断方法,允许开发者根据不同的设备特征应用不同的样式。响应式布局中,常用的设备特征有,

  • min-width,数值,视口宽度大于 min-width 时应用样式
  • max-width,数值,视口宽度小于 max-width 时应用样式
  • orientation,portrait | landscape,当前设备的方向

选择 min-widthmax-width 取值的过程,称为设备断点选择,它可能取决于产品设计本身,下面是 百度 Web 生态团队 总结的一套比较具有代表性的设备断点,

/* 很小的设备(手机等,小于 600px) */
@media only screen and (max-width: 600px) { }

/* 比较小的设备(竖屏的平板,屏幕较大的手机等, 大于 600px) */
@media only screen and (min-width: 600px) { }

/* 中型大小设备(横屏的平板, 大于 768px) */
@media only screen and (min-width: 768px) { }

/* 大型设备(电脑, 大于 992px) */
@media only screen and (min-width: 992px) { }

/* 超大型设备(大尺寸电脑屏幕, 大于 1200px) */
@media only screen and (min-width: 1200px) { }
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如果你需要对细分屏幕大小进行适配,ResponsiveDesign 站点上的这篇文章 Media queries for common device breakpoints 可能会有所帮助。

响应式文字和图片

相信你已经掌握了响应式布局的所有知识,接下来我们介绍一些最佳实践。

文字

大多数用户阅读都是从左到右,如果一行文字太长,阅读下一行时容易出错,或者用户只会读一行文字的前半部分,而略读后半部分。在上世纪就有研究表明,一行 45 ~ 90 个英文字符是最好的,对于汉字来说,一行文字合理的数量应该是 22 ~ 45 个字符。

此外,字体大小对阅读体验同样重要,基本字体一般不小于 16px,行高大于 1.2em

p {
  font-size: 16px;
  line-height: 1.2em; /* 1.2em = 19.2px */
}
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图片

《高性能网站建设指南》的作者 Steve Souders 曾在 2013 年的一篇 博客 中提到:

我的大部分性能优化工作都集中在 JavaScript 和 CSS 上,从早期的 Move Scripts to the Bottom 和 Put Stylesheets at the Top 规则。为了强调这些规则的重要性,我甚至说过,“JS 和 CSS 是页面上最重要的部分”。几个月后,我意识到这是错误的。图片才是页面上最重要的部分。

图片几乎占了网页流量消耗的 60%,雅虎军规和 Google 都将图片优化作为网页优化不可或缺的环节,除了图片性能优化外,响应式图片无疑带来更好的用户体验。

下面是一些响应式图片的最佳实践,

1.确保图片内容不会超出 viewport

试想一下,如果图片固定大小且超出理想视口的宽度,会发生什么?

内容会溢出视口外,导致出现横向滚动条对不对,这在移动端是非常不好的浏览体验,因为用户往往更习惯上下滚动,而不是左右滚动,所以我们需要确保图片内容不要超出 viewport,可以通过设置元素的最大宽度进行限制,

img {
  max-width: 100%;
}
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类似的,相同的规则也应该用于一些其他的嵌入式元素,比如 embed,object,video 等。

2. 图片质量支持响应式

这是一种支持优雅降级的方案,现代浏览器已经支持了 srcsetsizes 属性,对于兼容性不好的浏览器,会继续使用默认 src 属性中的图片,所以我们可以放心大胆的使用。

  • srcset 支持定义几组图片和对应的尺寸
  • sizes 支持一组媒体查询条件
<!-- 响应式图片 -->
<img
  srcset="example-320w.jpg 320w,
          example-480w.jpg 480w,
          example-800w.jpg 800w"
  sizes="(max-width: 320px) 280px,
         (max-width: 480px) 440px,
         800px"
  src="example-800w.jpg" alt="An example image">
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如果我们书写了上面代码中的图片,浏览器会根据下面的顺序加载图片,

  1. 获取设备视口宽度
  2. 从上到下找到第一个为真的媒体查询
  3. 获取该条件对应的图片尺寸
  4. 加载 srcset 中最接近这个尺寸的图片并显示

除了上述方式外,我们也可以使用 HTML5 标准中的 picture 标签实现类似的效果,

<picture>
  <source media="(max-width: 799px)" srcset="example-480w-portrait.jpg">
  <source media="(min-width: 800px)" srcset="example-800w.jpg">
  <img src="example-800w.jpg" alt="An example img">
</picture>
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小结

我们从响应式布局的设计角度出发,介绍了响应式的设计理念,前置知识(像素,DPR,视口等),相对单位(em,rem,百分比,vw,vh等),布局方案(FlexBox,Gird)以及媒体查询等技术,其中不乏很多前辈们的最佳实践,作为开发者我们应该用这些经验,以更好地优化不同尺寸大小设备的用户体验。

参考链接

写在最后

本文首发于我的 博客,才疏学浅,难免有错误,文章有误之处还望不吝指正!

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(完)

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