深入理解 CSS：字型度量、line-height 和 vertical-align

本文為飢人谷講師方方原創文章，首發於 前端學習指南。

這是一篇譯文，對 inline 和 inline-block 的元素剖析非常給力。

原文：Deep dive CSS: font metrics, line-height and vertical-align - Vincent De Oliveira

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line-height 和 vertical-align 都是簡單的 CSS 屬性，以致於大多數人自以為知道這兩個屬性的工作原理。但實際上這兩個屬性非常複雜，也許算得上是 CSS 裡最難的兩個屬性，因為這兩個屬性和 CSS 裡一個鮮為人知的特性息息相關：內聯格式化上下文（IFC）（譯者注：和 BFC 相對應）。

舉例來說，line-height 的值可以是一個長度（length）或者是一個數字，它的預設值是 normal。那麼，normal 是什麼呢？我們經常將 normal 理解為 1，或者 1.2，甚至連 CSS 規格文件都沒有提到這一問題。我們知道 line-height 的值為數字時，表示的相對於 font-size 的倍數，但問題在於，font-size:100px 對應的文字在不同字型裡的高度是不一樣的！那麼 line-height 會隨著文字大小的改變而改變嗎？ normal 真的表示 1 或者 1.2 嗎？vertical-align 又是如何被 line-height 影響的呢？

讓我們來深入理解一個不那麼簡單的 CSS 機制。

font-size

下面是一段簡單的 HTML 程式碼，一個 p 標籤包含了 3 個 span 標籤，每個 span 各自有一個 font-family：

<p>
    <span class="a">Ba</span>
    <span class="b">Ba</span>
    <span class="c">Ba</span>
</p>
複製程式碼

 p  { font-size: 100px }
.a { font-family: Helvetica }
.b { font-family: Gruppo    }
.c { font-family: Catamaran }
複製程式碼

（譯者注：這幾款字型你的電腦上可能沒有）

font-size 相同，font-family 不同，得到的 span 元素的高度也不同：

為什麼 font-size: 100px 不能得到相同高度的元素呢？我測量了一下每個 span 的高度：Helvetica 115px，Gruppo 97px，Catamaran 164px。

乍看很奇怪，但是仔細想想，這麼做又是很有道理的。原因在於字型本身，這是字型的原理：

• 一款字型會定義一個 em-square，它是用來盛放字元的金屬容器。這個 em-square 一般被設定為寬高均為 1000 相對單位，不過也可以是 1024、2048 相對單位。

  

• 字型度量都是基於這個相對單位設定的，包括 ascender、descender、capital height、x-height 等。注意這裡面的值是允許相對於 em-square 出血（bleed outside）的（譯者注：大概可以理解為超出 em-square）

  

• 在瀏覽器中，上面的 1000 相對單位會按照你需要的 font-size 縮放。

我們把 Catamaran 字型放到 FontForge 中，分析它的字型度量：

• em-square 是 1000
• ascender 是 1100，descender 是 540。通過測試發現，macOS 上的瀏覽器使用了 HHead Ascent 和 HHead Descent 值，Windows 上的瀏覽器使用了 Win Ascent 和 Win Descent（而且兩個平臺上的值不一樣）。我們還看到 Capital Height 是 680，X height 是 485。

  

這意味著 Catamaran 字型佔據了 1100 + 540 個相對單位，儘管它的 em-square 只有 1000 個相對單位，所以當我們設定 font-size:100px 時，這個字型裡的文字高度是 164px。這個計算出來的高度決定了 HTML 元素的 content-area（內容區域），後面我會講到 content-area。你可以認為 content-area 就是 background 作用的區域。

我們還能看出大寫字母的高度是 68px，小寫字母的高度（x-height）是 49px。所以 1ex = 49px，1em = 100px，而不是 164px。（真好，em 是基於 font-size，而不是基於計算出來的高度）

在繼續深入之前，說點相關的知識。當 p 元素出現在螢幕上時，它可能包含了多行內容，每行內容由多個內聯元素組成（內聯標籤或者是包含文字的匿名內聯元素），每一行都叫做一個 line-box。line-box 的高度是由它所有子元素的高度計算得出的。瀏覽器會計算這一行裡每個子元素的高度，再得出 line-box的高度（具體來說就是從子元素的最高點到最低點的高度），所以預設情況下，一個 line-box 總是有足夠的高度來容納它的子元素。

每個 HTML 元素實際上都是由多個 line-box 的容器，如果你知道每個 line-box 的高度，那麼你就知道了整個元素的高度。

如果我們修改一下最初的 HTML 程式碼：

<p>
    Good design will be better.
    <span class="a">Ba</span>
    <span class="b">Ba</span>
    <span class="c">Ba</span>
    We get to make a consequence.
</p>
複製程式碼

那麼就會得到 3 個 line-box（寬度固定）：

• 第一行和最後一行各有一個匿名內聯元素（文字內容）
• 中間一行包含兩個匿名內聯元素和三個 span

  

我們清楚地看到第二個 line-box比其他兩個要高一些。因為第二行裡面的子元素因為有一個用到了 Catamaran 字型的 span。

line-box 的難點在於我們看不見它，而且不能用 CSS 控制它。即使我們用 ::first-line 給第一行加上背景色，我們也看不出第一個 line-box 的高度。

line-height

目前我已經提到了兩個概念：content-area 和 line-box。如果你仔細看了，會發現我說 line-box 的高度是根據子元素的高度計算出來的，而不是子元素的 content-area 的高度。這個區別大了。 接下來說句聽起來很奇怪的話：一個內聯元素有兩個高度：content-area 高度和 virtual-area （實際區域？）高度（virtual-area 是我自己發明的單詞，它表示對人類有效的高度，你在其他地方是看不到這個單詞的）。

• content-area 的高度是由字型度量定義的（見上文）
• vitual-area 的高度就是 line-height，這個高度用於計算 line-box 的高度

  

這麼一來，這就打破了一個長久的謠言：line-height 表示兩個 baseline 之間的距離。在 CSS 裡，不是這樣的。

virtual-area 和 content-area 高度的差異叫做 leading。leading 的一半會被加到 content-area 頂部，另一半會被加到底部。因此 content-area 總是處於 virtual-area 的中間。

計算出來的 line-height（也就是 virtual-area 的高度）可以等於、大於或小於 content-area。如果 virtual-area 小於 content-area，那麼 leading 就是負的，因此 line-box 看起來就比內容還矮了。

還有一些其他種類的內聯元素：

• 可替換的內聯元素，如 img / input / svg 等
• inline-block 元素，以及所有 display 值以 inline- 開頭的元素，如 inline-table / inline-flex
• 處於某種特殊格式化上下文的內聯元素，例如 flexbox 元素中的子元素都處於 flex formatting context（彈性格式化上下文）中，這些子元素的 display 值都是「blockified」

這類內聯元素，其高度是基於 height、margin 和 border 屬性（譯者注：好像漏了 padding）。如果你將其 height 設定為 auto 的話，那麼其高度的取值就是 line-height，其 content-area 的取值也是 line-height。

我們目前依然沒有解釋 line-height:normal 是什麼意思。要解答這個問題，我們又得回到 content-area 高度的計算了，問題的答案就在字型度量裡面。

我們回到 FontForge，Catamaran 的 em-square 高度是 1000，同時我們還看到很多其他的 ascender/descender 值：

• 常規的 Ascent/Descent：ascender 是 770，descender 是 230，用於渲染字元。
• 規格 Ascent/Descent：ascender 是 1100，descender 是 540。用於計算 content-area 的高度
• 規格 Line Gap：用於計算 line-height: normal。

在 Catamaran 這款字型中，Line Gap 的值是 0，那麼 line-height: normal 的結果就跟 content-area 的高度一樣，是 1640 相對單位。

為了對比，我們再看看 Arial 字型，它的 em-square 是 2048，ascender 是 1854，descender 是 434，line gap 是 67。那麼當 font-size: 100px 時，

• 其 content-area 的高度就是 100/2048*(1854+434) = 111.72，約為 112px；
• 其 line-height: normal 的結果就是 100/2048*(67+1854+434) 約為 115px。

所有這些值都是由字型設計師設定的。

這麼看來，line-height:1 就是一個很糟糕的實踐。記得嗎，當 line-height 的值是一個數字時，其實就是相對 font-size 的倍數，而不是相對於 content-area。所以 line-height:1 很有可能使得 virtual-area 比 content-area 矮，從而引發很多其他的問題。

不僅僅是 line-height:1 有問題，我電腦上的 1117 款字型中，大概有 1059 款字型的 line-height 比 1 大，最低的是 0.618，最高的是 3.378。你沒看錯，是 3.378！

line-box 計算的一些細節：

• 對於內聯元素，padding 和 border 會增大 background 區域，但是不會增大 content-area（不是 line-box 的高度）。一般來說你無法再螢幕上看到 content-area。margin-top 和 margin-bottom 對兩者都沒有影響。
• 對於可替換內聯元素（replaced inline elements）、inline-block 元素和 blockified 內聯元素，padding、margin 和 border 會增大 height（譯者注：注意 margin），因此會影響 content-area 和 line-box 的高度

vertical-align

我還沒提過 vertical-align 屬性，它也是計算 line-box 高度的重要因素之一。我們甚至可以說 vertical-align 是內聯格式化上下文（IFC）中最重要的屬性。

它的預設值是 baseline。還記得字型度量裡的 ascender 和 descender 嗎？這兩個值決定了 baseline 的位置。很少有

字型的 ascender 和 descender 的比例是一比一的，所以我們經常看到一些意想不到的現象，下面是例子。

程式碼如下：

<p>
    <span>Ba</span>
    <span>Ba</span>
</p>
複製程式碼

p {
    font-family: Catamaran;
    font-size: 100px;
    line-height: 200px;
}
複製程式碼

一個 p 標籤內有兩個 span 標籤，span 繼承了 font-family、font-size 和 200px 的 line-height。這時兩個 span 的 baseline 是等高的，line-box 的高度就是 span 的 line-height。

如果第二個 span 的 font-size 變小了呢？

span:last-child {
    font-size: 50px;
}
複製程式碼

我們會發現一個非常奇怪的現象，line-box 的高度變高了！如下圖所示。提示你一下，line-box 的高度是從子元素的最高點到最低點的舉例。

這個例子可以作為「應該將 line-height 的值寫成數字」的論據，但是有時候我們為了做出好看的排版，必須把 line-height 寫成一個固定值。

不過我實話告訴你吧，不管你把 line-height

寫成什麼，你都會在對齊內聯元素的時候遇到麻煩。 我們來看另一個例子。p 標籤有 line-height:200px，內含一個 span，span 繼承了 p 的 line-height。

<p>
    <span>Ba</span>
</p>
複製程式碼

p {
    line-height: 200px;
}
span {
    font-family: Catamaran;
    font-size: 100px;
}
複製程式碼

此時 line-box 的高度是多少？貌似是 200px，但其實不是。這裡你沒有考慮到的問題是 p 有自己的 font-family，預設值是 serif。p 的 baseline 和 span 的 baseline 位置不一樣，因此最終的 line-box 比我們預想的要高一些。出現這種問題是因為瀏覽器認為每個 line-box 的起始位置都有一個寬度為 0 的字元（CSS 文件將其稱為 strut），並將其納入 line-box 的高度的計算中。

看不見的字元，看得見的影響。

為了說明這個問題，我們畫圖解釋一下這個問題。

用 baseline 來對齊令人費解，如果我們用 vertical-align: middle 會不會好一點呢？讀 CSS 文件你會發現，middle 的意思是「用父元素 baseline 高度加上父元素中 x-height 的一半的高度來對齊當前元素的垂直方向的中點」。baseline 所處的高度跟字型有關，x-height 的高度也跟字型有關，所以 middle 對齊也不靠譜。更糟糕的是，一般來說，middle 根本就不是居中對齊！內聯元素的對齊受太多因素影響，因此不可能用 CSS 實現。

順便一說，vertical-align 的其他 4 個值有可能有點用：

• vertical-align: top / bottom，表示與 line-box 的頂部或底部對齊
• vertical-align: text-top / text-bottom，表示與 content-area 的頂部或底部對齊

  

不過你依然要小心，大部分情況下，對齊的是 virtual-area，也就是一個不可見的高度。看看下面這個用 vertical-align:top 的例子：

最後，vertical-align 的值也可以是數字，表示根據 baseline 升高或降低，不到萬不得已還是別用數字吧。

CSS is awesome

我們討論了 line-height 和 vertical-align 如果互相影響，現在問題來了：CSS 可以控制字型度量嗎？簡單來說答案是：不行。我也很想用 CSS 來控制字型。無論怎樣，我還是想試試。字型度量只是一些固定的值而已，我們應該可以圍繞它做點什麼。

比如說，我們想要一段文字使用 Catamaran 字型，同時大寫字母的高度正好是 100px，看起來可以實現，我們只需要一些數學知識。

首先我們把所有字型度量設定為 CSS 自定義屬性，然後計算出一個 font-size，讓大寫字母的高度正好是 100px。

p {
    /* font metrics */
    --font: Catamaran;
    --fm-capitalHeight: 0.68;
    --fm-descender: 0.54;
    --fm-ascender: 1.1;
    --fm-linegap: 0;

    /* desired font-size for capital height */
    --capital-height: 100;

    /* apply font-family */
    font-family: var(--font);

    /* compute font-size to get capital height equal desired font-size */
    --computedFontSize: (var(--capital-height) / var(--fm-capitalHeight));
    font-size: calc(var(--computedFontSize) * 1px);
}
複製程式碼

看起來也並不複雜不是嗎？如果我們想要文字垂直居中怎麼辦呢？也就是讓 B 上面的空間和下面的空間高度一樣。為了做到這一點，我們必須要根據 ascender 和 descender 的比例來計算 vertical-align。

首先計算出 line-height:normal 的值和 content-area 的高度：

p {
    …
    --lineheightNormal: (var(--fm-ascender) + var(--fm-descender) + var(--fm-linegap));
    --contentArea: (var(--lineheightNormal) * var(--computedFontSize));
}
複製程式碼

然後我們需要計算：

• B 下面空間的高度
• B 上面空間的高度

像這樣：

p {
    …
    --distanceBottom: (var(--fm-descender));
    --distanceTop: (var(--fm-ascender) - var(--fm-capitalHeight));
}
複製程式碼

然後我們就可以計算 vertical-align 的值。

p {
    …
    --valign: ((var(--distanceBottom) - var(--distanceTop)) * var(--computedFontSize));
}
span {
    vertical-align: calc(var(--valign) * -1px);
}
複製程式碼

最後，設定 line-height：

p {
    …
    /* desired line-height */
    --line-height: 3;
    line-height: calc(((var(--line-height) * var(--capital-height)) - var(--valign)) * 1px);
}
複製程式碼

新增一個和 B 一樣高的 icon 就很容易了：

span::before {
    content: '';
    display: inline-block;
    width: calc(1px * var(--capital-height));
    height: calc(1px * var(--capital-height));
    margin-right: 10px;
    background: url('https://cdn.pbrd.co/images/yBAKn5bbv.png');
    background-size: cover;
}
複製程式碼

JSBin 效果演示

注意這只是為了演示，請不要在生產環境中使用此方案。

結論

我們知道了：

• IFC 真的很難懂
• 所有的內聯元素都有兩個高度
  • 基於字型度量的 content-area
  • virtual-area（也就是 line-height ）
  • 這兩個高度你都無法看到
• line-height: normal 是基於字型度量計算出來的
• line-height: n (n=1,2,3…) 可能得出一個比 virtual-area 還要矮的content-area
• vertical-align 不靠譜
• line-box 的高度的受其子元素的 line-height 和 vertical-align 的影響
• 我們無法輕易的用 CSS 來控制字型度量

但是我依然喜歡 CSS ：）

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