這篇文章不會教大家如何實現一個具體的動畫效果，我會從動畫的本質出發，來說說 iOS 動畫的原理與實現方式。
什麼是動畫
動畫，顧名思義，就是能“動”的畫。
人的眼睛對影像有短暫的記憶效應，所以當眼睛看到多張圖片連續快速的切換時，就會被認為是一段連續播放的動畫了。
比如，中國古代的“走馬燈”，就是用的這個原理。
有些人還會在一個本子每頁上手繪一些漫畫，當快速翻頁的時候，也會看到動畫的效果，比如：
計算機動畫的實現方式
動畫是由一張張圖片組成的，在計算機中，我們稱每一張圖片為 一幀畫面 。
如果我們想實現這麼一個動畫：一個水杯放在桌子的左邊，移動到右邊，那麼我們實際操作的，只是水杯。
所以動畫的實現，只是對運動變化了的部分的處理。
逐幀 與 關鍵幀
類似於上面提到的手繪翻頁方式，我們可以將這個水杯在每幀畫面中的位置一一找出來，這樣實現動畫的方式就叫作 逐幀動畫，我們需要處理動畫中的每一幀。
我們一般在計算機上用 FPS ( Frames Per Second) ，即 每秒的幀數 來表示動畫的重新整理速度，基於螢幕的重新整理率等其他原因，在計算機上一般採用 60 FPS。
如果運動變化幅度較緩，減半到 30 FPS 時，我們肉眼也是可接受的。
較低的 FPS 會讓我們有“卡頓”的感覺。
逐幀動畫是最直接的，但要處理的幀數太多，所以實現過程是會麻煩。
計算機的工作就是來完成重複單調的工作的，所以，有些工作是可以考慮讓計算機來完成的。
上面的例子，可以變成一個涉及數學和物理的問題：一個杯子初始位置在左邊，n秒後勻速運動到右邊，那麼在每 1/60 秒的時候，這個杯子的位置顯然是可以計算出來的了。
所以，我們其實只需要指定一些 關鍵 資訊就能讓計算機自己計算出每一幀杯子的位置了：
- 起始位置，比如一個座標 (0,0)
- 結束位置，再比如一個座標 (100,0)
- 動畫總時間，比如 0.25 秒
- 勻速運動
這種方式就稱之為 關鍵幀動畫。即我們只需要給定幾個關鍵幀的畫面資訊，關鍵幀與關鍵幀之間的過渡幀都將由計算機自動生成。
這裡說的 關鍵幀動畫，是指的廣義上的一種動畫製作方式，並不僅指
CAKeyframeAnimation，CABasicAnimation的實現方式也屬於 關鍵幀動畫
iOS 動畫
說完廣義上的動畫，就可以來說說 iOS 的動畫了。
先來說說動畫的本質。
動畫的本質
繼續用上面的簡單例子：一個 UIView 從 (0,0) 勻速移動到 (100,0)的動畫，動畫總時間是0.25秒。
假設我們基於 60 FPS 來顯示動畫，那麼在0.25秒內就應該有15幀畫面，在每幀畫面中，這個 UIView 的 x座標，每次應移動 100/15 的距離。
如果我們每隔 0.25/15 秒重新整理一次UIView 的 x座標，那麼就能實現這個動畫效果了。
對於 x座標而言，每幀的位置就可以通過一個基於時間變化量的函式來求得：x=f(t) 。
所以，一個動畫的本質，就是動畫物件（這裡是 UIView）的狀態，基於時間變化的反應了。
簡單說，就是給定任意一個時刻，如果你都能得到這個動畫物件的位置和、形狀等等屬性，你就能實現這個動畫了。
屬性值的變化，既可能是位置、透明度、旋轉角度等的變化，也包括形狀的改變，比如從一條直線變化成一個圓圈，目標就是要得到變化過程中特定時刻的中間態。
動畫的實現
我們也可將 iOS 的動畫分為兩大類：
- 系統提供的 關鍵幀動畫 實現方式；使用者指定 關鍵 資訊，系統實現動畫過程，對使用者而言操作起來會簡單些。
- 逐幀動畫 實現方式；使用者自己 畫 出每一幀畫面，系統操作方法簡單，但使用者操作的工作量就會大一些。
逐幀動畫實現方式
簡單的說，要實現逐幀的方式，就是需要 週期性 的呼叫 繪製 方法，繪製每幀的動畫物件。
這裡說的 繪製，不光是指覆寫 UIView 的 - drawRect:的方法來手動重繪檢視，也包括修改 UIView 它的屬性，比如位置、顏色等。
iOS 的動畫都是基於
CALayer的，iOS 的UIView背後都有一個對應的CALayer。對UIView的修改實際上都是對背後CALayer的修改。
但如果在逐幀繪製的方法中修改了一個自建的CALayer，這個CALayer不是對應某個UIView的，需注意系統的 隱式動畫 的影響，後面會提到這點。
而 週期性，就需要一個定時器來完成了，即 CADisplayLink。
CADisplayLink 與 NSTimer 比較類似，可以週期性的呼叫指定的方法。
之所以用 CADisplayLink，是因為它是基於螢幕重新整理率的，即螢幕每次重新整理時就會觸發呼叫。
iPhone 的螢幕重新整理率是 60 FPS。
如果繪製過程過於複雜，不能在螢幕重新整理一幀的時間內完成，可以考慮改為每隔一幀繪製，相當於是 30 FPS的重新整理率。
不然可能會使動畫不連貫，有卡頓感。
用逐幀方法繪製的原理不是很麻煩，麻煩的是繪製過程。
對於一個複雜動畫，你可能需要運用各種物理、幾何知識去計算檢視中間狀態的資訊。
比如要實現一條直線捲曲變化為一個圓的動畫，你就需要計算出中間態的曲線的彎曲程度和位置。
著名的 facebook 的 pop 動畫框架，就是使用 CADisplayLink 這種逐幀繪製的方式實現的。
關鍵幀動畫實現方式
採用關鍵幀的方式來實現動畫，要講的內容相對逐幀的方式就多的多了。
還是用 UIView 移動的簡單例子。
這裡面有兩個關鍵幀，起始幀和結束幀，除此之外還有2個關鍵資訊：
- 起始幀，變化資訊：座標為 (0,0)
- 結束幀，變化資訊：座標為 (100,0)
- 動畫時間，0.25秒
- 勻速運動
座標 資訊是 UIView 的一個屬性（實際是對應到 CALayer 的屬性），在動畫實現裡，我們只需要指定起始和結束的兩個關鍵值就夠了，中間的過渡值都有系統自動生成。
這裡出現了兩種值，一個是我們設定的，一個是系統生成的，所以要先在這裡插入一個 模型層 和 展現層 的概念了
CALayer 的同一個屬性值，會分別儲存在模型層 modelLayer ，和展現層 presentationLayer 中。當我們修改屬性值時，是修改的模型層的數值，動畫時系統根據模型層的變化，生成的過渡值，是儲存在展現層中的。
在
CALayer的物件裡能直接訪問到這兩層的資訊。
而CALayer的底層實現實際不止這兩層，但我們現在討論動畫的時候，可以只關心這兩層。
在整個動畫過程中，呈現出來的過程是這樣的：
- 動畫前，顯示模型層的當前值；
- 動畫開始，切換顯示展現層的值；
- 動畫過程中，展現層的值根據時間變化，我們看到的實際是展現層的值在變化；
- 動畫結束，切換回顯示模型層的值，此時模型層的值應被修改為動畫結束時的值。
用一段程式碼來解釋下動畫過程。
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UIView *view = [[UIView alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, 100, 100)]; view.backgroundColor = [UIColor redColor]; [self.view addSubview:view]; CABasicAnimation *animation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"]; animation.fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(50, 0)]; animation.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(150, 0)]; [view.layer addAnimation:animation forKey:nil]; // view.frame = CGRectOffset(view.frame, 100, 0); |
你會發現動畫結束後，view 又跳回了原來的位置，這是因為最後一行程式碼註釋了，而這行程式碼的功能就是實現第4步，將模型層的值修改為動畫結束時的值。
動畫實現
程式碼中的 CABasicAnimation 就是真正的動畫實現部分，也就是設定關鍵幀資訊的地方。
將動畫加入 CALayer 的程式碼定義為：
- (void)addAnimation:(CAAnimation *)anim forKey:(NSString *)key
接受的型別是 CAAnimation 型別，有下面這些子類：
CABasicAnimation，可設定起始結束兩個關鍵幀的資訊。CAKeyframeAnimation，除首尾外，還可新增多箇中間關鍵點。CAAnimationGroup，可組合多個動畫，因為上面兩種動畫一次只能設定一個屬性值。CATransition，圖層過渡動畫，預設是淡入。比如修改一個CALayer的背景色時，是從初始色慢慢淡入過渡到結束色。
可修改為新顏色把舊顏色頂出去等效果。還可使用CIFilter濾鏡做過渡效果，一些開源UIViewController的過渡動畫使用了這種方式。
動畫中，除了屬性值外，我們還設定了兩個和時間有關的資訊：動畫時間0.25秒，運動方式是勻速運動。
動畫持續時間很簡單，是通過 CAAnimation 遵守的 CAMediaTiming 協議設定的。
勻速運動是通過設定 CAAnimation 的 timingFunction 實現的，這是一個 CAMediaTimingFunction 類的物件。
之前已經說到，動畫過程實際是一個時間的函式，橫座標是時間的變化值，縱座標是動畫屬性的變化量。那麼我們就可以在一個直角座標系中，通過作圖來畫出這個函式。比如勻速運動的圖形，就是一條通過原點的直線。
所以這個類的功能就是畫出一條曲線，來表示時間和屬性變化之間的關係。而畫圖的方法，是使用的是畫貝葉斯曲線的方法。
系統提供了幾個常用的函式，比如 kCAMediaTimingFunctionLinear 就是勻速運動；kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut 就是一般系統動畫的預設值，漸入漸出，即在動畫開始和結束的時候速度稍慢些。
隱式動畫
上面的過程，我們是 顯式 的向一個 CALayer 新增了一個動畫，所以這種方式叫做 顯式動畫。
對應的，還有 隱式動畫，即系統自動新增上的動畫。
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CALayer *layer = [CALayer layer]; layer.backgroundColor = [UIColor greenColor].CGColor; layer.frame = CGRectMake(0, 0, 100, 100); [self.view.layer addSublayer:layer]; layer.frame = CGRectOffset(layer.frame, 100, 0); |
這段程式碼裡，我們沒有新增 CAAnimation 動畫，但 layer 不是直接變化到新的位置，而是有一個動畫效果。
這就是 隱式動畫 的效果。
當我們改變 CALayer 的一個可動畫的屬性值時，就會觸發系統的隱式動畫。
可動畫的屬性值，可以在 CALayer 的文件中找到，屬性說明中標有 Animatable 的，就是可自動新增動畫的屬性。
但是，有一個例外，對於 UIView 背後對應的 CALayer，系統關閉了隱式動畫，所以當我們直接修改 UIView 或者是其底層的 CALayer 時，變化是直接生效的，沒有動畫效果。
所以當我們在逐幀方式生成動畫時，是可以直接修改
UIView或者是其底層的CALayer的資訊。
但是如果修改的是一個自建的單獨CALayer時，幀與幀之間的變化還是會觸發系統的預設隱式動畫，這個時候就需要我們來手動關閉隱式動畫。
當快速動畫的時候不會察覺到這點，但這明顯會帶來效能上的浪費。
隱式動畫所做的事情和顯示動畫是一樣的，我們設定的屬性值都是模型層的數值，而系統會自動新增屬性對應的 CAAnimation 動畫到 CALayer 上。
UIView有一系列的animateWithDuration動畫方法，在這些方法中UIView會恢復隱式動畫，所以在動畫的 block 中修改屬性時，又會觸發隱式動畫。
那麼系統是如果知道對一個屬性應該新增哪種動畫呢，這就需要讓 CAAction 協議登場了。
當修改一個 CALayer 的屬性時，它會通過 - actionForKey: 來查詢這個屬性對應的 action，而 key 就是對應的屬性名稱。
CAAnimation 遵守 CAAction 協議，返回的 action 其實是個 CAAnimation 動畫。
也就是說， CALayer 通過 - actionForKey: 來查詢某個屬性被修改時，需要呼叫哪個動畫去展現這個變化。
一般預設返回的是 CABasicAnimation ，預設動畫時間 0.25秒，時間函式為漸入漸出 kCAMediaTimingFunctionEaseInEaseOut。
- actionForKey:查詢 action 的步驟有4步，在這個方法中有詳細的說明。
其中一種方式就是通過CALayer的 delegate 返回 action。而對於UIView背後對應的CALayer，其代理就是它對應的UIView，UIView就是用這種方式關閉了隱式動畫。
動畫事務
建立動畫事務的目的是為了操作的原子性，保證動畫的所有修改能同時生效。
CATransaction 就是動畫事務的操作類。
在建立隱式動畫的時候，系統也會隱式的建立一個動畫事務，以保證所有的動畫能同時進行。
除此之外，還可以顯式的建立一個事務。
顯式事務中可以定義事務中所有動畫的執行時間和時間函式，此外，還有這個方法 + (void)setDisableActions:(BOOL)flag 能顯式的關閉這個事務中的 action 查詢操作。
關閉了查詢也就是關閉了動畫效果，屬性值的變化就會立即生效，而沒有動畫效果了：
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[CATransaction begin]; [CATransaction setDisableActions:YES]; ///... layer.frame = CGRectOffset(layer.frame, 100, 0); ///... [CATransaction commit]; |
注意別把 CATransaction 和 CATransition 搞混了，一個單詞是 transaction 事務，另一個是 transition 轉變。
對比 總結
關鍵幀動畫的實現方式，只需要修改某個屬性值就可以了，簡單方便，但涉及的深層次內容較多，需要更多的理解和練習。
採用逐幀動畫的實現方式，實現原理簡單，但繪製動畫的過程要複雜。如果動畫過程處理的事情較多，也會帶來較大的開銷，就有可能造成動畫幀數的下降，出現卡頓的現象，因此需要較多的測試和除錯。
動畫繪製的過程中，會要求較多的數學、物理等知識來計算中間態的資料。
但這兩種方式也不是絕對分離開的。
關鍵幀動畫實現方式，一般只能對系統實現了可動畫的屬性做動畫處理，但其實也是允許實現自定義屬性的動畫處理的。
這就需要自己來實現系統中自動計算過渡幀的操作了，也就是逐幀實現動畫的方式了。
實現自定義屬性的動畫可以參考這篇文章： Layer 中自定義屬性的動畫
對於 iOS 系統提供的動畫方法，上面只是從整體的角度作了一個全面的整理，還有很多細節內容沒有寫出來，比如 CALayer 的三維變換、CAKeyframeAnimation 的延路徑動畫，CAMediaTiming 的時間控制，等等。感興趣的話，可以再看看這些內容：
- 蘋果官方文件 Core Animation Programming Guide
- iOS Core Animation: Advanced Techniques — 中文翻譯
- objc中國 動畫專題 中的 動畫解釋