聊聊 Container 的实现

查了一下有道：

Container
n. 集装箱；容器

DisplayObject 实例分类

我目前用到过的 DisplayObject 有5种：Bitmap, Shape, Text, MovieClip 和 Container。（好像 CreateJS 就只有这5种 DisplayObject）。不过，MovieClip 其实继承自 Container，所以 MovieClip 可以当作一个 Container。

技术图片

与 HTML 做个类比：

Bitmap & Shape == <img />;
Text == 文本;
Container == <div></div>

很容易发现除了 Container 能嵌套子元素外，其它 4 种都不能。按这个维度分类，DisplayObject 有两类：

容器：Container
粒子：Bitmap, Shape, Text, MovieClip

「容器」的作用是分组管理「粒子」。CreateJS 的 Stage 就是最著名的一个容器。

But...原生 Canvas 并没有粒子与容器的概念，它有绘制图片图形等底层APIs。类似于 CreateJS 的 Canvas 渲染引擎的厉害之处就在于把底层 APIs 封装起来并使之有了对象（容器与粒子）的概念。面对对象的好处大家都是知道的。

原生 APIs 实现 Container

Container 只存在于渲染引擎，原生 Canvas 是不存在的。「粒子」也不存在于原生 Canvas，但是如果把 MovieClip 剔除，其它三个「粒子」其实都有对应的原生 Canvas APIs:

Bitmap ------ drawImage
Shape ------ rect/arc/moveTo/lineTo...
Text ---- fillText

由于有一一对应的 API，所以粒子在实现就是一个一一对应搬 APIs 的过程。但是「容器」就需要讨论一下了。

假设有以下的 HTML 代码：

<container>
    Text...
    <bitmap />
    <shape />
</container>

<container></container> 包括了 Text... & <bitmap /> & <shape />，换种说法是：Text... & <bitmap /> & <shape /> 划分在同一组。从管理的角度上说，划分一组后，可以对一组粒子统一进行以下操作：

透明度
可见性
矩阵转换

什么是矩阵转换？
一个图形的位移（translate）与形变（scale, rotate, skew）可以统一用一个矩阵来表示，所以「矩阵转换」就是位移和形变的统称。原生 Canvas 的提供了矩阵转换 API：

scale() 缩放当前绘图至更大或更小
rotate() 旋转当前绘图
translate() 重新映射画布上的 (0,0) 位置
transform() 替换绘图的当前转换矩阵
setTransform() 将当前转换重置为单位矩阵。然后运行 transform()

具体可以参见：http://www.w3school.com.cn/ta...

原生 Canvas 存在一个全局矩阵，通过上面的「矩阵转换」API 可以修改这个全局矩阵。「矩阵转换」在使用过程中有以下两个特点：

「矩阵转换」后不影响已绘制的图像图形，它只作用于之后绘制 API；
「矩阵转换」对全局矩阵的转换是累加性的；

以下代码可以验证上面两个特性：

var ctx = canvas.getContext("2d"); 
ctx.rect(150, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#d00000"; 
ctx.fill(); 
// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(150, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#00d000"; 
ctx.fill(); 

// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(150, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#0000d0"; 
ctx.fill();

截图如下：

技术图片

分「容器」后的「粒子」可以统一做同一件事，那么统一做同一件事的一群「粒子」不就可以认为是一个「容器」。于是，实现了一群「粒子」做同一件事其实就是实现了原生 Canvas 下的「容器」。

「矩阵转换」的第一个特性像极了「容器」的行为，第二个特性像极了「容器」嵌套「容器」的行为。不过，「容器」除了嵌套行为，它还有并列的行为（兄弟容器）。

如何实现「容器」并列？
兄弟「容器」A 与 B，A 比 B 早出现在画布上；作为兄弟「容器」，A 的「矩阵转换」不能对 B 产生影响，这好像跟第二个特性冲突了！！！！不过，能累加的东西就有办法可以反向累加，如下：

var ctx = canvas.getContext("2d");
// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(150, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#00d000"; 
ctx.fill(); 

// 反向累加 ----- 消除上次的转换
ctx.scale(2, 2); 

// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(600, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#0000d0"; 
ctx.fill();

效果截图如下：

技术图片

理论上通过反向累加可以实现矩阵回退的效果，但在嵌套复杂的情况下，这个方案比较复杂而麻烦。But...别忘了 Canvas 有一对兄弟 APIs: save & restore。

save() 保存当前环境的状态
restore() 回退到上一次 save 保存的状态

通过这两个 APIs 可以轻松地实现「全局矩阵」的回退，从而达到实现「兄弟容器」目的，如下：

var ctx = canvas.getContext("2d");

// 保存状态
ctx.save(); 
// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(150, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#00d000"; 
ctx.fill(); 

// 恢复到上一次状态
ctx.restore(); 

// 缩小一倍
ctx.beginPath(); 
ctx.scale(.5, .5); 
ctx.rect(600, 150, 400, 400); 
ctx.fillStyle = "#0000d0"; 
ctx.fill();

截图与使用反向累加一样。

如果让我用原生 canvas 来实现「容器」，我会这样设计：

「容器」是存放子元素（「粒子」与「子容器」）的数组
「粒子」是一个绘制具体任务的 Funtion
子元素由 ctx.save() 开始，ctx.restore()结束

以下是伪代码：

var ctx = canvas.getContext("2d");
let [containerA, containerB, stage] = [[], [], [containerA, containerB]]; 
// 粒子是一个绘制图形的 function
let particleA1 = () => {
    ctx.rect(x, y, w, h); 
    ctx.fillStyle = "#d00000"; 
    ctx.fill();  
}
let particleA2 = () => ...; 
let particleB1 = () => ...; 
let particleB2 = () => ...; 

containerA = [particleA1, particleA2]; 
containerB = [particleB1, particleB2]; 

// 绘制 container
let renderContainer = container => container.forEach(
    child => {
        // 保存状态
        ctx.save(); 
        // 子元素是容器
        if(isContainer(child)) renderContainer(child); 
        // 粒子
        else renderParticle(child);
        // 恢复状态
        ctx.restore(); 
    }
); 

// 吐出 stage 
renderContainer(stage);

CreateJS 的 Container

来看一下 CreateJS 是怎么实现 Container的，如下：

技术图片
https://www.createjs.com/docs...

跟我的设计其实是类似的。上图红框的 updateContext 其实就是处理「矩阵转换」如下：

技术图片
https://www.createjs.com/docs...

结语

本来想随手写写的，没想到写得有点长。当作一次记忆加深的过程。