Auto Layout 和 Constraints

文章修改
2月1日：添加使用约束、编辑约束和iOS特性三个部分
2月24日：根据自己的理解，修改iOS特性部分的内容

自动布局Auto Layout

Auto Layout，通过设置在View上的约束，动态计算视图层次结构中所有的View的尺寸和位置。举个栗子，你约束一个Button，令它的水平中心线和一个ImageView相同，并且它的上边缘距离ImageView的下边缘有8个像素。如果ImageView的尺寸或者位置改变，Button会自动调整，以符合之前设置的约束。

基于约束的Auto Layout，使我们搭建能够动态响应内部和外部变化的用户界面。

外部变化

外部变化发生于superview的尺寸或者位置改变，比如，

设备屏幕旋转；
支持不同屏幕大小的设备。

这时，所有的View都要重新计算尺寸和位置。每一次变化，都会刷新视图层级结构的布局。这些变化大部分发生在运行时，它们需要APP能够动态响应。

内部变化

内部变化发生于你的界面中的View的尺寸或者位置发生改变。比如，

APP中显示的内容的改变，新的内容可能需要一个新的布局。一般，在显示文字或者图片时会出现这种情况；
APP支持动态设置。如果用户可以设置字体大小，这将会改变任何与文本相关的控件的高度或者宽度，布局必须能够适应变化。

约束Constraints

Auto Layout的实现是基于设置在View上的一系列约束的。每一条约束都是一个表达式。

下图是官方文档给的示例图：

这个约束表明，Red View的左边缘与Blud View的右边缘的距离为8。这个等式由以下几个部分组成：

Item 1 ：表达式中的第一个控件。在这个例子中是Red View；
Attribute 1 ：第一个控件的一个属性。在这个例子中是Red View的leading edge；
Relationship ：表达式左右两边的关系，可以使等于，大于等于或者小于等于。在这个例子中，两边的关系是相等的；
Multiplier ：和第二个控件的属性相乘的乘数，是一个浮点型。在这个例子中是1.0。一般情况下，这个值不可置为0.0；
Item 2 ：表达式中的第二个控件。在这个例子中是Blue View。它是可以为空的，即表达式变成Item 1 * Attribute 1 = 0.0 * NotAnAttribute + Constant；
Attribute 2 ：第二个控件的一个属性。在这个例子中是Blue View的trailing edge；
Constant ：一个浮点型的常数。在这个例子中是8.0。

大部分的约束是定义两个控件之间的关系。这些控件必须是View或者是Layout Guide。约束也可以定义一个控件的两个属性之间的关系，比如设置一个控件的上边缘到下边缘的距离、左边缘到右边缘的距离，即它的高度或者宽度。当表达式中的Item 2为空时，它的属性必须被设为Not An Attribute，并且Multiplier置为0.0。

约束中用到的属性

通常情况下，包含四个边（leading，trailing，top和bottom），以及高度（height），宽度（width），水平中心点（CenterY），垂直中心点（CenterX）。文本类型的控件还有一个基线（baseline）属性。

属性说明

Height和Width。这两个属性可以被直接赋值，可以是一个常数，也可以是其他View的Height或者Width值。但是，不可以为负数。
Top、Bottom、Baseline。可以和Top、Bottom、Baseline、CenterY组合。
Leading和Trailing。可以和Leading、Trailing、CenterX组合。
Left和Right。避免使用这两个属性，而使用Leading和Trailing来替代它们。
CenterX和CenterY。CenterX可以和Leading、Trailing、Left、Right组合。CenterY可以和Top、Bottom、Baseline组合。

使用属性定义约束

上面提到的属性可以分为两类，尺寸相关和位置相关。尺寸相关（如height、width）用来定义物件的大小。位置相关（如leading，top）的属性用来表明该物件和其他物件之间的位置关系。使用这些属性时需要注意：

不要使用尺寸相关的属性去约束一个位置相关的属性。
只可以给尺寸相关的属性直接赋值一个常量。

举几个简单的例子：

// 设置一个固定高度
View.height = 0.0 * NotAnAttribute + 40.0// 设置两个按钮之间的固定距离
Button_2.leading = 1.0 * Button_1.trailing + 8.0// 让两个按钮的左边缘对齐
Button_1.leading = 1.0 * Button_2.leading + 0.0// 给两个按钮相同的宽度
Button_1.width = 1.0 * Button_2.width + 0.0// 让View的中心和父类的中心相同
View.centerX = 1.0 * Superview.centerX + 0.0
View.centerY = 1.0 * Superview.centerY + 0.0// 设置一个View的宽高比
View.height = 2.0 * View.width + 0.0

约束的设置没有最好的，只有最适合的。

约束的优先级

优先级priority是Auto Layout在计算的时候用到的参数。优先级的值可以是1-1000任意整数。系统定义了low（250）、medium（500）、high（750）和required（1000）四个等级。一般情况下，我们手动设置的优先级的值也会集中在这四个等级下。

优先级默认值是1000。

关于Auto Layout是如何通过优先级来计算出解决方案，我在看完官方文档后还是一头雾水。希望有大神可以指点一二。

使用约束

添加约束

在storyboard中有3种方式添加约束。

在View之间使用Control-Drag；
使用Pin和Align工具；
让Interface Builder自动添加约束。

Control-Dragging

所谓Control-Draging就是按住Control键，用鼠标左键拖动的方式添加约束。这两步操作也可以用按住鼠标右键拖动来替代。

当释放鼠标左键后，就会弹出一个HUD，显示可以设置的约束。

Interface Builder会根据选择的两个控件以及拖动的方向筛选出可以设置的约束。如果拖动的方向倾向于水平，你可以选择设置水平方向上的间距和垂直方向上的对齐方式。反之，如果拖动的方向倾向与垂直，则可以选择设置垂直方向上的间距和水平方向上的对齐方式。

提示：

可以从一个控件拖动到另一个控件，设置它们之间的关系。也可以拖动到控件自身，设置宽度和高度；
不仅可以在Scene中直接拖动，可以在Storyboard左侧的视图大纲中用同样的方式拖动。在大纲中拖动设置约束，会显示出所有的可选约束，而不会进行筛选；
Control-Dragging可以非常快速得设置约束。这些约束是基于Scene中View的当前的位置，因此在设置约束之前要定位好View。

使用Stack、Align、Pin、Resolve工具

Interface Builder在Storyboard的编辑窗口的右下角提供四个自动布局的工具，分别是Stack、Align、Pin、Resolve Auto Layout Issues。

当你想精确控制约束的Constant或者想一次性添加多个约束，可以使用Align和Pin工具。使用Align和Pin还有一个好处，我们不是必须要设置好View的位置，而是只需要定好相对位置，添加约束，然后update frames。Auto Layout会自动计算出正确的位置。

Stack Tools

Stack Tools可以将选中的一个或者多个控件嵌入到一个Stack View中，并会重新计算布局。Stack View是iOS 9添加的新特性。

对于Stack View，我还没有弄明白使用方法，所以这里不讲述。

Align Tool

Align Tools可以快速对齐控件。选择一个或多个你想对齐的控件，然后单击Align Tool。然后会弹出可选的一系列对齐方式。

选择其中的选项，然后点击Add Constraints。之后，就会自动添加对齐的约束设置。大部分情况下，会选择两个或者两个以上的View来设置对齐。Horizonally in Container和Vertically in Container这两个可以添加到单一的View上。

Pin Tool

Pin是大头针的意思。所以这个工具可以用来给View定位。它可以让我们快速设置一个View相对于它周边View位置或者它的宽高。选择一个你想对其进行定位的View，单击Pin Tool，会弹出如下的窗口。

窗口的上半部分，可以设置选中的View的Top，Bottom，Leading，Trailing与相邻最近的View的间距。最初显示的数字是当前的间距。我们可以输入一个自定义的值，还可以点击输入框右边的倒三角，在弹出的下拉菜单中选择参照的View。关于Constrain to margins选项，如果选中，会将父视图的外边距作为间距的值的参考。

下半部分可以设置宽高相关的属性。宽和高默认的是Scene中的尺寸，也可以自定义值。宽高比的默认值也是根据Scene中的尺寸进行计算。如果想自定义的话，只有在设置完宽高比之后修改这个约束。

一般情况下，选择一个View，对它进行定位。选择两个及其以上的View设置Equal Height或者Equal Width。使用Pin Tool设置完约束后，可能需要Update frames。

Resolve Auto Layout Issues

Resolve Auto Layout Issues提供一些解决Auto Layout问题的方法。上半部分只针对选中的View，下半部分则针对Scene中所有的View。

我们可以

根据当前约束更改frame；
根据当前frame更改约束的设置；
添加缺少的约束；
清除已添加的约束；
设置系统推荐的约束。

这些功能字面上写得很清楚，具体的效果大家可以用简单的Demo来看一下。

让Interface Builder为我们设置约束

Interface Builder可以为我们创建部分或者全部的约束。根据所提供的View的尺寸和位置，它会推断出最好的约束。前提是，我们必须确定View的位置并不再更改。一个小小的间距的改变，可能对于整个布局来说确实巨大的。

如果想让Interface Builder来完成约束的添加，单击上文提到的Resolve Auoto Layout Issues工具，点击Reset to Suggested Constraints。Interface Builder就会为已选的（也可以是Scene中全部的）View创建合适的约束。

另外，我们可以自己添加一部分约束，然后选择Add missing Constraints，让Interface Builder来添加剩下的所需的约束。

这种方法可以快速完成约束的设置。但是，有可能运行得到的UI并不是你想要的。要不断地测试UI，修改约束，以达到最终想要的效果。

编辑约束

添加约束之后，需要能够找到它、查看它、编辑它。

在Scene里查看约束

编辑窗口会显示作用于当前选择的View的约束。通过线的形状、颜色和类型说明当前约束的当前状态。

I-bars(两端是T型的线)：I-bars显示间距的大小。可能是两个控件之间的大小，可能是一个控件的高度或者宽度。
Plain Line(一条普通的直线)：Plain Line显示控件边缘的对齐方式。例如，两个或两个以后的控件是左对齐的，那么，这条线会连接着这些控件，并且与它们的Leading之间的间距为0。
Solid Line：实线表示这个约束是Required，即priority == 1000。
Dash Line：虚线表示这个约束是Optional，即priority < 1000。
Red Line：红线表示被约束的影响的控件的约束设置有错误。具体的原因可以点击大纲中每个Scene的右边的箭头查看。这时，箭头是红色的。
Orange Line：橘黄色的线表明，Auto Layout根据已有约束计算出来的frame和当前Scene中设置的frame不同。这时，大纲中的右边的箭头是黄色的。可以用Resolve Auot Layout Issues -> Update frames来进行修正位置。
Blue Line：蓝色的线表示当前的约束设置是正确的，并且控件的位置和Auto Layout计算出来的位置是一样的。
Equal Badges：相等标记表明两个控件的宽度或者高度是相同的。并且标记中包含=符号。
Greater-than-or-equal and less-than-or-equal badges：和Equal Badges类似，它们是标记约束的关系是大于等于或者小于等于的，同时也会显示对应的符号。

快速找到并编辑添加的约束

所有添加的约束都陈列在大纲里。这些约束以伪代码的形式呈现。当选择一个约束时，会在Scene中高亮显示，可以帮助我们快速找到它。而且，可以在右侧的Show the Size inspector下对约束的Constant、Priority、Multiplier、Relation、Identifier、Placeholder属性进行编辑。

一旦UI变得复杂之后，我们用这种方式找约束就会显得很吃力。Show the Size inspector工具可以显示出在当前选中的控件上添加的约束。约束的一部分属性也可以在这里进行修改。

注意：这里虽然都是在Show the Size Inspector下进行修改，但是前者是选择一个约束，后者是选择一个控件。

Auto Layout在iOS中的特性

iOS在与Auto Layout方面有一些独有的特性，包括top and bottom layout guides、Layout Margins。

Top and Bottom Layout Guides

top and bottom layout guides表示当前的ViewController从最上面到最下面的可见范围。如果不希望显示的内容在UIKit bars(例如status bar，navigation bar，tab bar)下面，那么就可以和上下的layout guide来设置约束。

layout guides是遵守UILayoutSupport协议的。这个协议有一个length属性，来表示guide和root view（root view就是ViewController默认添加的view）边缘的距离：

对于top layout guide，length指明ViewController的root view的上边缘和覆盖在root view上的bar（例如status bar和navigation bar）的底部的距离。
对于bottom layout guide，length指明ViewController的root view的下边缘和覆盖在root view上的bar（例如tab bar）的顶部的距离。

在iOS 9中，guide也可以像控件一样，支持用top、bottom、height设置约束。比如，用top layout guide的bottom属性和bottom layout guide的top属性与view设置约束。UILayoutSupport还提供了topAnchor、bottomAnchor、heightAnchor属性，可以让我们用代码的形式来设置约束。

如果layout guides是view最近的"控件"，那么系统会自动将layout guides作为设置约束的对象。当使用Pin Tool时，可以在layout guides和root view的上下边缘进行选择。

Layout margins

Auto Layout为每一个view都定义了margin。margin指的是控件显示内容部分的边缘和控件边缘的距离。就像“回”这个汉字一样，外面的“口”就是控件的外边缘，里面的“口”是控件显示内容的部分的边缘，我暂且称它为内边缘，这两个边缘之间的距离就是margin。

可以用layoutMargins或者layoutMarginsGuide属性获得view的margin。layoutMargins允许获取或者设置UIEdgeInsets结构的margin，layoutMarginsGuide则只会获取到只读的UILayoutGuide对象。

每一个view的默认的margin是8。可以根据APP的需要进行修改。__系统给ViewController的root View设置的margin则不能修改__。root View的上下的margin为0，左右的margin为20。

当使用Control-Dragging方式，给一个View和它们父视图设置约束时，默认使用内边缘，而不是外边缘。当使用Pin Tool时，如果Constraint to margins被勾选，则会使用父视图的内边缘作为设置约束的参照，如果没有被勾选，则使用外边缘作为设置约束的参照。所见到的效果就是两种参照下的约束的Constant的值相差一个margin。

当在Interface Builder中编辑约束时，First Item和Second Item的弹出菜单中可以选择Relative to margin。如果勾选，会在top、leading等属性后面加上Margin，变成topMargin、leadingMargin等，意味着约束的设置参照View的内边缘而不是外边缘。

设置约束时的一些建议

官方文档为我们提供了一些设置约束时的建议

__在最相近的两个控件之间创建约束。__假如有3个Button，分别是first，second，third。可以约束first的右边缘和second的左边缘的距离，second的右边缘和third的左边缘的距离。而不要约束first的右边缘和third的左边缘距离，中间隔了一个second。
__避免设置固定的高度和宽度。__Auto Layout是动态响应布局的变化。一个控件如果设置固定尺寸，那么就会失去自动调整的能力。
在update frames时注意，如果这个控件没有设置足够多的约束来确定它的位置和尺寸，那么可能会导致一些意想不到的后果。比如会跑到屏幕外，或者因为宽度、高度为0而消失等等。
给所有的控件取一个有意义的名称。在使用工具时，可以方便地辨别出View。
使用leading和trailing代替left和right。
当使用代码创建约束时，确保将它们的translatesAutoresizingMaskIntoConstraints属性为NO。默认情况下，系统会基于控件的frame自动创建一系列约束。当你添加自己的约束时，不可避免地会和自动生成的约束产生冲突。

参考内容：
苹果官方文档：Auto Layout Guide

本文中的图片均取自苹果官方文档