iOS/Swift：深入理解iOS CoreText API

这篇文章是从0到1自定义富文本渲染的原理篇之一，此外你还可能感兴趣：

一文读懂字符与编码
一文读懂字符、字形、字体
一文读懂字体文件
从0到1自定义文字排版引擎：原理篇
逆向分析CoreText中的字体级联/Font Fallback机制
新手小白也能看懂的LLDB技巧/逆向技巧

更多内容可订阅公众号「非专业程序员Ping」，文中所有代码可在公众号后台回复 “CoreText” 获取。

一、引言

CoreText是iOS/macOS中的文字排版引擎，提供了一系列对文本精确操作的API；UIKit中UILabel、UITextView等文本组件底层都是基于CoreText的，可以看官方提供的层级图：

本文的目的是结合实际使用例子，来介绍和总结CoreText中的重要概念和API。

二、重要概念

CoreText中有几个重要概念：CTTypesetter、CTFramesetter、CTFrame、CTLine、CTRun；它们之间的关系可以看官方提供的层级图：

一篇文档可以分为：文档 -> 段落 -> 段落中的行 -> 行中的文字，类似的，CoreText也是按这个结构来组织和管理API的，我们也可以根据诉求来选择不同层级的API。

2.1 CTFramesetter

CTFramesetter类似于文档的概念，它负责将多段文本进行排版，管理多个段落（CTFrame）。

CTFramesetter的输入是属性字符串（NSAttributedString）和路径（CGPath），负责将文本在指定路径上进行排版。

2.2 CTFrame

CTFrame类似于段落的概念，其中包含了若干行（CTLine）以及对应行的位置、方向、行间距等信息。

2.3 CTLine

CTLine类似于行的概念，其中包含了若干个字形（CTRun）以及对应字形的位置等信息。

2.4 CTRun

需要注意CTRun不是单个的字符，而是一段连续的且具有相同属性（字体、颜色等）的字形（Glyph）。

如下，每个虚线框都代表一个CTRun：

2.5 CTTypesetter

CTTypesetter支持对属性字符串进行换行，可以通过CTTypesetter来自定义换行（比如按word换行、按char换行等）或控制每行的内容，可以理解成更精细化的控制。

三、重要API

3.1 CTFramesetter

1）CTFramesetterCreateWithAttributedString

func CTFramesetterCreateWithAttributedString(_ attrString: CFAttributedString) -> CTFramesetter

通过属性字符串来创建CTFramesetter。

我们可以构造不同字体、颜色、大小的属性字符串，然后从属性字符串构造CTFramesetter，之后可以继续往下拆分得到段落、行、字形等信息，这样可以实现自定义排版、图文混排等复杂富文本样式。

2）CTFramesetterCreateWithTypesetter

func CTFramesetterCreateWithTypesetter(_ typesetter: CTTypesetter) -> CTFramesetter

通过CTTypesetter来创建CTFramesetter，当我们需要对文本实现更精细控制，比如自定义换行时，可以自己构造CTTypesetter。

3）CTFramesetterCreateFrame

func CTFramesetterCreateFrame(_ framesetter: CTFramesetter,_ stringRange: CFRange,_ path: CGPath,_ frameAttributes: CFDictionary?
) -> CTFrame

生成CTFrame：在指定路径（path）为属性字符串的指定范围（stringRange）生成CTFrame。

framesetter
stringRange：字符范围，注意需要以UTF-16编码格式计算；当 stringRange.length = 0 时，表示从起点（stringRange.location）到字符结束为止；比如当 CFRangeMake(0, 0) 表示全字符范围
path：排版路径，可以是不规则矩形，这意味着可以传入不规则图形来实现文字环绕等高级效果
frameAttributes：一个可选的字典，可以用于控制段落级别的布局行为，比如行间距等，一般用不到，可传 nil

4）CTFramesetterSuggestFrameSizeWithConstraints

func CTFramesetterSuggestFrameSizeWithConstraints(_ framesetter: CTFramesetter,_ stringRange: CFRange,_ frameAttributes: CFDictionary?,_ constraints: CGSize,_ fitRange: UnsafeMutablePointer<CFRange>?
) -> CGSize

计算文本宽高：在给定约束尺寸（constraints）下计算文本范围（stringRange）的实际宽高。

如下，我们可以计算出在宽高 100 x 100 的范围内排版，实际能放下的文本范围（fitRange）以及实际的文本尺寸：

let attr = NSAttributedString(string: "这是一段测试文本，通过调用CTFramesetterSuggestFrameSizeWithConstraints来计算文本的宽高信息，并返回实际的range", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 16),.foregroundColor: UIColor.black
])
let framesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString(attr)
var fitRange = CFRange(location: 0, length: 0)
let size = CTFramesetterSuggestFrameSizeWithConstraints(framesetter,CFRangeMake(0, 0),nil,CGSize(width: 100, height: 100),&fitRange
)
print(size, fitRange, attr.length)

这个API在分页时非常有用，比如微信读书的翻页效果，需要知道在哪个地方截断，PDF的分页排版等。

3.1.1 CTFramesetter使用示例

1）实现一个支持AutoLayout且高度靠内容撑开的富文本View

2）在圆形路径中绘制文本

3）文本分页：模拟微信读书的分页逻辑

3.2 CTFrame

1）CTFramesetterCreateFrame

func CTFramesetterCreateFrame(_ framesetter: CTFramesetter,_ stringRange: CFRange,_ path: CGPath,_ frameAttributes: CFDictionary?
) -> CTFrame

创建CTFrame，在CTFramesetter一节中有介绍过，这是创建CTFrame的唯一方式。

2）CTFrameGetStringRange

func CTFrameGetStringRange(_ frame: CTFrame) -> CFRange

获取CTFrame包含的字符范围。

我们在调用CTFramesetterCreateFrame创建CTFrame时，会传入一个 stringRange 的参数，CTFrameGetStringRange也可以理解成获取这个 stringRange，区别是处理了当 stringRange.length 为0的情况。

3）CTFrameGetVisibleStringRange

func CTFrameGetVisibleStringRange(_ frame: CTFrame) -> CFRange

获取CTFrame实际可见的字符范围。

我们在调用CTFramesetterCreateFrame创建CTFrame时，会传入path，可能会把字符截断，CTFrameGetVisibleStringRange返回的就是可见的字符范围。

需要注意和CTFrameGetStringRange进行区分，可以用如下Demo验证：

let longText = String(repeating: "这是一个分栏布局的例子。Core Text 允许我们将一个长的属性字符串（CFAttributedString）流动到多个不同的路径（CGPath）中。我们只需要创建一个 CTFramesetter，然后循环调用 CTFramesetterCreateFrame。每次调用后，我们使用 CTFrameGetStringRange 来找出有多少文本被排入了当前的框架，然后将下一个框架的起始索引设置为这个范围的末尾。 ", count: 10)
let attributedText = NSAttributedString(string: longText, attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 12),.foregroundColor: UIColor.darkText
])
let framesetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString(attributedText as CFAttributedString)
let path = CGPath(rect: .init(x: 10, y: 100, width: 400, height: 200), transform: nil)
let frame = CTFramesetterCreateFrame(framesetter,CFRange(location: 100, length: 0),path,nil
)
// 输出：CFRange(location: 100, length: 1980)
print(CTFrameGetStringRange(frame))
// 输出：CFRange(location: 100, length: 584)
print(CTFrameGetVisibleStringRange(frame))

4）CTFrameGetPath

func CTFrameGetPath(_ frame: CTFrame) -> CGPath

获取创建CTFrame时传入的path。

5）CTFrameGetLines

func CTFrameGetLines(_ frame: CTFrame) -> CFArray

获取CTFrame中所有的行（CTLine）。

6）CTFrameGetLineOrigins

func CTFrameGetLineOrigins(_ frame: CTFrame,_ range: CFRange,_ origins: UnsafeMutablePointer<CGPoint>
)

获取每一行的起点坐标。

用法示例：

let lines = CTFrameGetLines(frame) as! [CTLine]
var origins = [CGPoint](repeating: .zero, count: lines.count)
CTFrameGetLineOrigins(frame, CFRangeMake(0, 0), &origins)

7）CTFrameDraw

func CTFrameDraw(_ frame: CTFrame,_ context: CGContext
)

绘制CTFrame。

3.2.1 CTFrame使用示例

1）绘制CTFrame

2）高亮某一行

3）检测点击字符

3.3 CTLine

1）CTLineCreateWithAttributedString

func CTLineCreateWithAttributedString(_ attrString: CFAttributedString) -> CTLine

从属性字符串创建单行CTLine，如果字符串中有换行符（\n）的话，换行符会被转换成空格，如下：

let line = CTLineCreateWithAttributedString(NSAttributedString(string: "Hello CoreText\nWorld", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 16)])
)

2）CTLineCreateTruncatedLine

func CTLineCreateTruncatedLine(_ line: CTLine,_ width: Double,_ truncationType: CTLineTruncationType,_ truncationToken: CTLine?
) -> CTLine?

创建一个被截断的新行。

line：待截断的行
width：在多少宽度截断
truncationType：start/end/middle，截断类型
truncationToken：在截断处添加的字符，nil表示不添加，一般使用省略符（...）

let truncationToken = CTLineCreateWithAttributedString(NSAttributedString(string: "…", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 16)])
)
let truncated = CTLineCreateTruncatedLine(line, 100, .end, truncationToken)

3）CTLineCreateJustifiedLine

func CTLineCreateJustifiedLine(_ line: CTLine,_ justificationFactor: CGFloat,_ justificationWidth: Double
) -> CTLine?

创建一个两端对齐的新行，类似书籍或报纸中两端对齐的排版效果。

line：原始行
justificationFactor：justificationFactor <= 0表示不缩放，即与原始行相同；justificationFactor >= 1表示完全缩放到指定宽度；0 < justificationFactor < 1表示部分缩放到指定宽度，可以看示例代码
justificationWidth：缩放指定宽度

示例：

4）CTLineDraw

func CTLineDraw(_ line: CTLine,_ context: CGContext
)

绘制行。

5）CTLineGetGlyphCount

func CTLineGetGlyphCount(_ line: CTLine) -> CFIndex

获取行内字形总数。

6）CTLineGetGlyphRuns

func CTLineGetGlyphRuns(_ line: CTLine) -> CFArray

获取行内所有的CTRun。

7）CTLineGetStringRange

func CTLineGetStringRange(_ line: CTLine) -> CFRange

获取该行对应的字符范围。

8）CTLineGetPenOffsetForFlush

func CTLineGetPenOffsetForFlush(_ line: CTLine,_ flushFactor: CGFloat,_ flushWidth: Double
) -> Double

获取在指定宽度绘制时的水平偏移，一般配合 CGContext.textPosition 使用，可用于实现在固定宽度下文本的左对齐、右对齐、居中对齐及自定义水平偏移等。

示例：

9）CTLineGetImageBounds

func CTLineGetImageBounds(_ line: CTLine,_ context: CGContext?
) -> CGRect

获取行的视觉边界；注意 CTLineGetImageBounds 获取的是相对于CTLine局部坐标系的矩形，即以textPosition为原点的矩形。

视觉边界可以看下面的例子，与之相对的是布局边界；这个API在实际应用中不常见，除非有特殊诉求，比如要检测精确的内容点击范围，给行绘制紧贴背景等。

10）CTLineGetTypographicBounds

func CTLineGetTypographicBounds(_ line: CTLine,_ ascent: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?,_ descent: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?,_ leading: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?
) -> Double

获取上行（ascent）、下行（descent）、行距（leading）。

这几个概念不熟悉的可以参考：一文读懂字符、字形、字体

想了解这几个数值最终是从哪个地方读取的可以参考：一文读懂字体文件

通过这个API我们可以手动构造布局边界（见上面的例子），一般用于点击检测、绘制行背景等。

11）CTLineGetTrailingWhitespaceWidth

func CTLineGetTrailingWhitespaceWidth(_ line: CTLine) -> Double

获取行尾空白字符的宽度（比如空格、制表符 (\t) 等），一般用于实现对齐时基于可见文本对齐等。

示例：

let line = CTLineCreateWithAttributedString(NSAttributedString(string: "Hello  ", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 16)])
)let totalWidth = CTLineGetTypographicBounds(line, nil, nil, nil)
let trailingWidth = CTLineGetTrailingWhitespaceWidth(line)print("总宽度: \(totalWidth)")
print("尾部空白宽度: \(trailingWidth)")
print("可见文字宽度: \(totalWidth - trailingWidth)")

12）CTLineGetStringIndexForPosition

func CTLineGetStringIndexForPosition(_ line: CTLine,_ position: CGPoint
) -> CFIndex

获取给定位置处的字符串索引。

注意：虽然官方文档说这个API一般用于点击检测，但实际测试下来这个API返回的点击索引不准确，比如虽然点击的是当前字符，但实际返回的索引是后一个字符的，如下：

查了下，发现这个API一般是用于计算光标位置的，比如点击「行」的左半部分，希望光标出现在「行」左侧，如果点击「行」的右半部分，希望光标出现在「行」的右侧。

如果我们想精确做字符的点击检测，推荐使用字符/行的bounds来计算，参考「CTFrame使用示例-3」例子。

13）CTLineGetOffsetForStringIndex

func CTLineGetOffsetForStringIndex(_ line: CTLine,_ charIndex: CFIndex,_ secondaryOffset: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?
) -> CGFloat

获取指定字符索引相对于行的 x 轴偏移量。

line：待查询的行
charIndex：要查询的字符在原始属性字符串中的索引
secondaryOffset：次要偏移值，在简单的LTR文本中，可以忽略（传nil即可），但在复杂的双向文本（BiDi）中会用到

使用场景：

字符点击检测：见「CTFrame使用示例-3」例子
给某段字符绘制高亮和下划线
定位某个字符：比如想在一段文本中的某个字符上方显示弹窗，可以用这个API先定位该字符

14）CTLineEnumerateCaretOffsets

func CTLineEnumerateCaretOffsets(_ line: CTLine,_ block: @escaping (Double, CFIndex, Bool, UnsafeMutablePointer<Bool>) -> Void
)

遍历一行中光标所有的有效位置。

line
block
- Double：offset，相对于行的 x 轴偏移
- CFIndex：与此光标位置相关的字符串索引
- Bool：true 表示光标位于字符的前边（在 LTR 中即左侧），false 表示光标位于字符的后边（在 LTR 中即右侧）；在 BiDi 中需要特殊同一个字符可能会回调两次（比如 BiDi 边界的地方），需要用这个值区分前后
- UnsafeMutablePointer：stop 指针，赋值为 true 会停止遍历

使用场景：

绘制光标：富文本选区或者文本编辑器中，要绘制光标时，可以先通过 CTLineGetStringIndexForPosition 获取字符索引，再通过这个函数或者 CTLineGetOffsetForStringIndex 获取光标偏移
实现光标的左右键移动：可以用这个API将所有的光标位置存储到数组，并按offset排序，当用户按下右箭头 -> 时，可以找到当前光标index，将index + 1即是下一个光标位置

3.3.1 CTLine使用示例

除了上面例子，再举一个：

1）高亮特定字符

3.4 CTRun

CTRun相关API比较基础，这里主要介绍常用的。

1）CTLineGetGlyphRuns

func CTLineGetGlyphRuns(_ line: CTLine) -> CFArray

获取CTRun的唯一方式。

2）CTRunGetAttributes

func CTRunGetAttributes(_ run: CTRun) -> CFDictionary

获取CTRun的属性；比如想知道这个CTRun是不是粗体，是不是链接，是不是目标Run等，都可以通过这个API。

示例：

guard let attributes = CTRunGetAttributes(run) as? [NSAttributedString.Key: Any] else { continue }
// 现在你可以检查属性
if let color = attributes[.foregroundColor] as? UIColor {// ...
}
if let font = attributes[.font] as? UIFont {// ...
}
if let link = attributes[NSAttributedString.Key("my_custom_link_key")] {// 这就是那个可点击的 run！
}

3）CTRunGetStringRange

func CTRunGetStringRange(_ run: CTRun) -> CFRange

获取CTRun对应于原始属性字符串的哪个范围。

4）CTRunGetTypographicBounds

func CTRunGetTypographicBounds(_ run: CTRun,_ range: CFRange,_ ascent: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?,_ descent: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?,_ leading: UnsafeMutablePointer<CGFloat>?
) -> Double

获取CTRun的度量信息，同上面许多API一样，当 range.length 为0时表示直到CTRun文本末尾。

5）CTRunGetPositions

func CTRunGetPositions(_ run: CTRun,_ range: CFRange,_ buffer: UnsafeMutablePointer<CGPoint>
)

获取CTRun中每一个字形的位置，注意这里的位置是相对于CTLine原点的。

6）CTRunDelegate

CTRunDelegate允许为属性字符串中的一段文本提供自定义布局测量信息，一般用于在文本中插入图片、自定义View等非文本元素。

比如在文本中间插入图片：

3.4.1 CTRun使用示例

1）基础绘制

2）链接点击识别

3.5 CTTypesetter

CTFramesetter会自动处理换行，当我们想手动控制换行时，可以用CTTypesetter。

1）CTTypesetterSuggestLineBreak

func CTTypesetterSuggestLineBreak(_ typesetter: CTTypesetter,_ startIndex: CFIndex,_ width: Double
) -> CFIndex

按单词（word）换行。

如下示例，输出：Try word 和wrapping

let attrStringWith = NSAttributedString(string: "Try word wrapping", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 18)])
let typesetter = CTTypesetterCreateWithAttributedString(attributedString)
let totalLength = attributedString.length // UTF-16 长度
var startIndex = 0
var lineCount = 1while startIndex < totalLength {let charCount = CTTypesetterSuggestLineBreak(typesetter, startIndex, 100)// 如果返回 0，意味着一个字符都放不下（或已结束）if charCount == 0 {if startIndex < totalLength {print("Line \(lineCount): (Error) 无法放下剩余字符。")}break}// 获取这一行的子字符串let range = NSRange(location: startIndex, length: charCount)let lineString = (attributedString.string as NSString).substring(with: range)print("Line \(lineCount): '\(lineString)' (UTF-16 字符数: \(charCount))")// 更新下一次循环的起始索引startIndex += charCountlineCount += 1
}

2）CTTypesetterSuggestClusterBreak

func CTTypesetterSuggestClusterBreak(_ typesetter: CTTypesetter,_ startIndex: CFIndex,_ width: Double
) -> CFIndex

按字符（char）换行。

如下示例，输出：Try word wr和apping

let attrStringWith = NSAttributedString(string: "Try word wrapping", attributes: [.font: UIFont.systemFont(ofSize: 18)])
let typesetter = CTTypesetterCreateWithAttributedString(attributedString)
let totalLength = attributedString.length // UTF-16 长度
var startIndex = 0
var lineCount = 1while startIndex < totalLength {let charCount = CTTypesetterSuggestClusterBreak(typesetter, startIndex, 100)// 如果返回 0，意味着一个字符都放不下（或已结束）if charCount == 0 {if startIndex < totalLength {print("Line \(lineCount): (Error) 无法放下剩余字符。")}break}// 获取这一行的子字符串let range = NSRange(location: startIndex, length: charCount)let lineString = (attributedString.string as NSString).substring(with: range)print("Line \(lineCount): '\(lineString)' (UTF-16 字符数: \(charCount))")// 更新下一次循环的起始索引startIndex += charCountlineCount += 1
}