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CSS 布局的本质是什么

UI 发展史

自从图形界面操作系统问世以来,之上的应用软件基本都会绘制界面,这也是用户使用软件的接口,叫做 UI (user interface)。涉及到用户体验、设计、具体界面的开发,是软件中和用户最近的一部分,也是多个职能的岗位交集最多的部分。

根据操作系统不同,会有不同的界面的开发方式。安卓、ios、windows 等都有各自的创建 ui 的库,但是更底层的绘图库却是有标准的:跨平台的绘图 api 接口标准 OpenGL 以及 windows 下的 DirectX。

因为各个操作系统绘制 ui 的方式不同,所以跨平台的绘制方案逐渐流行开来,也就是浏览器。基于浏览器服务器的软件架构叫做 B/S 架构,而基于客户端的叫做 C/S 架构。

在一段时间内,B/S 架构的应用越来越多,C/S 架构的应用也更多的混合 B/S 的方案来实现。

在移动互联网时代来临之后,大家发现网页的体验比不上原生,虽然后面发展出了 PWA (渐进式WebApp)等技术,但离原生的体验还是有差距的,所以原生开发应用的方案又占了上风。

但是安卓、ios 绘制界面、书写逻辑的方式都不同,双端要分别实现,开发、测试的人力都是双份的,这样的成本是比较高的。为了节省成本,大家又摸索出了跨端引擎的方案,也就是说还是通过网页来写渲染和交互的逻辑,但是渲染用的 api 是由安卓、ios 分别实现,这样就实现了跨端的渲染,逻辑部分也是由 JS 来写,一些需要的设备能力 api 分别由安卓、ios 实现然后注入到 JS 引擎里。

和安卓、ios 的跨端方案逐渐流行一样,桌面端也出现了 electron 的方案,通过网页来渲染界面和写逻辑,需要用的 api 注入到 JS 引擎中,而且 electron 是直接把 Node.js 的 api 注入到了 JS 引擎中,在网页里实现一些原生功能的时候可以直接使用 Node.js 的 api,此外还有一些 api 是 elctron 额外注入的,比如剪贴板、电源监视器等。

发展到现在,UI 的绘制方案逐步向网页靠拢,基于 html、css、js 的 web 技术成为了创建 UI 界面的主流方案。

网页的物理层和逻辑层

大家用过 canvas 的 api 应该知道,如果直接绘制的话需要指定什么内容绘制到什么地方,每一部分都要计算,而这是比较繁琐的,所以浏览器提供了一些布局用的样式,并且提供了 css 来描述,而内容部分则是通过 html 描述。

开发者只需要使用 html 描述内容的结构,然后用 css 来描述布局和如何渲染,就可以完成界面的绘制。网页会把 html 解析成 dom 树,把 css 解析成 cssom 树,之后把两者合并成 render 树,自动计算出什么内容绘制到什么位置,实现最终的渲染。

dom 是有 id、class、tagName 等标识的,逻辑的部分就通过这些标识给具体 dom 绑定一些事件处理函数,然后在函数里面操作 dom 来实现的界面的交互。

dom api 是最终浏览器提供给开发者的构建 web 应用的接口,算是 web 应用的物理层。

当然,现在开发 web 应用并不会直接基于 dom api,而是会选择某一个前端框架,比如 vue、react、angular 等。

这些框架实现了组件的功能,也就是对页面做的逻辑的拆分,把相同功能的 html、css、js 聚合在一起,使之可以复用。并且提供了 mvvm 的功能,自动做数据到具体 dom 的映射,而不再需要开发者手动操作 dom。

前端框架做的事情相当于是 web 应用的逻辑层,最终的渲染和交互还是通过 dom api,但是用户不需要直接操作,而是在逻辑层描述组件和数据,由前端框架完成数据到 dom 的自动映射。

现在的跨端方案基本都是对物理层的 dom api 做了替换,然后上层对接一个逻辑层的前端框架来支持跨端的应用开发。

css 的两部分

css 是浏览器提供给开发者的描述界面的方式,而描述界面分为两部分:

  • 内容绘制在什么地方

  • 内容怎么绘制

内容绘制在什么地方就是布局的部分,主要是 display 和 position 的样式。而内容怎么绘制则跟具体内容相关,font、text、image 等内容都有各自的一些样式。

本文我们主要来探究 css 做布局的部分。

盒模型

首先,所有的内容都会有一些空白和与其他元素的间距,所以 css 抽象出了盒模型的概念,也就是任何一个块都是由 content、padding(空白)、border、margin(间距)这几部分构成。

display

但是盒与盒之间也是有区别的,有的盒可以在同一行显示,有的则是独占一行,而且对内容的位置的计算方式也不一样。于是提供了 display 样式来设置盒类型,比如 block、inline、inline-block、flex、table-cell、grid 等,分别设置成不同的盒类型,就会使用不同的计算规则。

  • block 的元素会独占一行、可以设置内容的宽高,具体计算规则叫做 BFC。

  • inline 的元素宽高由内容撑开不可设置,不会独占一行,具体计算规则叫做 IFC。

  • flex 的子元素可以自动计算空白部分,由 flex 样式指定分配比例,具体计算规则叫做 FFC。

  • grid 的子元素则是可以拆分成多个行列来计算位置,具体计算规则叫 GFC。

这些都是不同盒类型的布局计算规则。

position

根据不同盒类型的布局计算规则往往不够用,很多场景下需要一些用户自定义的布局规则,所以 css 提供了 position 样式,包括 static、relative、absolute、fixed、sticky。

static

默认盒的定位方式就是 static,也就是流式的,上个盒子显示到什么地方了,下个盒子就在下面继续计算位置,显示在什么位置是由内容多少来决定的。

最开始的时候网页主要是用来显示一些文本,所以流式的位置计算规则就很方便。

relative

流式的规则是根据上个盒子的位置自动计算出下个盒子的位置,但有的时候想做一些偏移,这种就可以通过 relative 来指定,设置 position 为 relative,然后通过 top、bottom、left、right 来指定如何偏移。

相对布局给流式布局增加一些灵活性,可以在流式计算规则的基础上做一些偏移。

absolute

流式的计算规则具体什么内容显示在什么位置是不固定的,只适合文字、图片等内容的布局。但是比如一些面板需要固定下来,就在某个位置不要动,就可以通过 position 设置为 absolute,就可以脱离文档流了。这时候就可以根据上个非流式的 position 来计算现在的 position。

fixed

absolute 是根据上一个脱离了文档流的 position 来计算位置的,最外层的 absolute 的元素是根据窗口定位。如果想直接根据窗口来定位可以指定 position 为 fixed。这个时候的 top、bottom、left、right 就是相对于窗口的。

sticky

sticky 的效果在滚动的时候如果超过了一定的高度就 fixed 在一个位置,否则的话就 static。相当于基于 static 和 fixed 做的一层封装,实现导航条吸顶效果的时候可以直接用。

或许就是因为太常用,才封装出了这样一个 position 的属性值吧,之前都是通过 js 监听滚动条位置来分别设置 static 和 fixed 的。

float

脱离文档流还可以通过 float,文档流内的块盒会占据一行,可以通过 float 让元素先脱离文档流,不再占据一行,等设置完改行的样式,再用 clear 清除浮动,让后面的元素继续在文档流中布局。

但是有了 flex 的盒之后,不再需要这样 float、clear 了,直接在文档流中放个 flex 盒,flex 盒内就可以在同一行内做弹性的布局。

小结

所谓的布局就是确定元素的位置,设置了盒的类型(display)之后对于内容如何渲染会有不同的规则,比如 BFC、IFC、FFC、GFC 等。

盒与盒之间默认是流式的,也就是 position 为 static,但有的时候想在流中做下偏移,用 relative。当不想跟随文档流了,可以设置 absolute 来相对于上个非 static 位置来计算一个固定的位置,如果想直接相对于窗口,就用 fixed。

当需要做吸顶效果的时候,要根据滚动位置切换 static 和 fixed,这时候 css 还有一个 sticky 的定位方式可以直接用。

也就是说,盒内部的布局计算规则根据 display 来确定,还可以用 position 做一些调整。之前块盒需要先用 float 脱离文档流,布局完再 clear,现在用 flex 盒就可以了。

vscode 是如何布局的

讲了 css 的布局方式(也就是 display 配合 position)之后,我们来看一个具体的案例: vscode 是如何布局的。

vscode 是我们经常用的 ide,它基于 electron,也就是通过网页来绘制界面,那么它是怎么做布局的呢?

vscode 分为了标题栏、状态栏、内容区,是上中下结构,而内容区又分为了活动栏、侧边栏、编辑区,是左中右结构。窗口可以调整大小,而这个上中下嵌套左中右的结构是不变的。

这种布局如何实现呢?

css 的布局就是 display 配合 position 来确定每一块内容的位置。我们的需求是窗口放缩但每一块的相对位置不变,这种用 absolute 的布局就可以实现。

首先,最外层是上中下的结构,可以把每一块设置为 absolute,然后分别设置 top 值,然后中间部分由分为了左中右,可以再分别设置左中右部分的 left 值,这样就完成了每一块的布局。

这是整体的布局,每一块内部则根据不同的布局需求分别使用流式、弹性等不同的盒,配合绝对、相对等定位方式来布局。

但是,绝对定位是要指定具体的 top、bottom、left、right 值,是静态的,而窗口大小改变的时候需要动态的设置具体的值。这时候就需要监听窗口的 resize 事件来重新布局,分别计算不同块的位置。

而且 vscode 每一块的大小是也是可以拖动改变大小的,也要在拖动的时候重新计算 left、top 的值。

总结

现代软件基本都是有用户界面的,而不同操作系统下构建 UI 的方式不同,所以跨平台渲染的浏览器的方案逐渐流行开来。移动互联网时代之后,为了综合原生的体验和网页的跨平台,出现了跨端引擎的方案,也就是基于安卓、ios 分别实现 dom api 并注入一些设备能力的 api 给 JS 引擎,业务代码通过 dom api 来描述 UI。

dom api 是浏览器提供给开发者的描述 UI 的方式,是物理层。现在的前端框架可以完成组件的封装和数据到 dom 的映射,不再需要直接操作 dom,算是逻辑层。

因为跨端引擎实现了 dom api,所以上层可以对接前端框架。

UI 是通过 css 来描述的,而 css 可以分为两部分: 布局和具体元素的渲染。

具体 font、text、image 等分别有不同的样式来描述如何渲染,而布局是确定每个元素的位置,由 display 配合 position 来确定。

网页的每一个内容都是一个盒,由 content、padding、border、margin 构成,而 display 是设置盒的类型,不同的盒有不同的布局规则,比如 BFC、IFC、FFC、GFC 等。

当有一些需要定制的布局规则,可以使用 position。默认的 position 是 static,也就是流式的,根据上个盒来确定下个盒的位置,可以使用 relative 做一些偏移,如果想相对于某个位置固定,可以使用 absolute,当直接相对窗口的时候使用 fixed。此外,在做吸顶效果的时候,可以使用 sticky,它是基于 static 和 fixed 的封装。

因为文档流的局限性,块盒要在同一行的时候需要用 float 脱离文档流,但有了 flex 盒之后就不用脱离了,在流中放一个 flex 盒就行,内部可以做弹性的横向竖向布局。

知道了 display 和 position 都怎么做布局,也就是计算盒的位置以后,我们看了下 vscode 是怎么布局的。

vscode 是上中下嵌套左中右的结构,窗口改变或者拖动都可以调整每块大小,所以使用嵌套的 absolute 的方式来做整体的布局。每一块的内部则综合使用流式、弹性等方式配合 position 分别做更细节的布局。

css layout 的本质就是确定元素的位置,之前的 css layout 可以说是 display + float + position,现在是 display + position 就可以了。display: flex 可以替代 float 做到更强的布局效果。

网页的 css 布局方案已经应用在越来越多的领域,比如跨端引擎通过安卓、ios 实现 css,kraken 基于 flutter 实现 css,所以 css 的布局方式是我们必须掌握的技能。希望这篇文章能帮大家梳理清楚 css 布局的思路,对各种布局都能够分析清楚特性,然后用合适的方案来实现。

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