移动web必会技能--屏幕适配

2020/3/5 4:01:20

编程Tag： HTML5 webapp Html/CSS

本文主要是介绍移动web必会技能--屏幕适配，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

屏幕适配，一直是作为一个前端开发始终逃不掉的问题，这个话题可以追溯到最开始的PC端浏览器的不同分辨率，再到移动端不同的屏幕尺寸，一直伴随着前端工程师的日常的页面开发工作。所谓屏幕适配，可以理解为一个网页元素或者网页布局，在不同尺寸，分辨率等场景下，如何呈现最佳的效果。
从最早的PC端屏幕来说，大部分的屏幕适配采取的是：

页面框架最外层元素宽度固定，并且居中，高度随内容自适应，比较常见的是宽度为960px～1080px。
页面内部的元素大多数使用盒子模型构建，采用固定宽高，当内容超出时，会出现滚动条。
对于一些需要根据屏幕不同而展示不同大小的元素，可以给元素设置百分比的单位。

随着HTML5和CSS3的到来，逐渐出现了弹性布局（flex布局），媒体查询Media Query，和响应式页面概念，这些特性都可以应用在PC端以及移动端屏幕适配解决方案中。除了这些之外，还有rem和vw方案更加有针对性的解决移动web页面的适配问题。

Viewport视窗

在HTML代码的<head>标签中，都有一行设置的代码，如下：

<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no" />

这行代码的作用就是设置浏览器的视窗大小，具体的含义我们后面在介绍，在讲解视窗之前，我们首先需要了解一下什么是物理像素和CSS像素。

物理像素和CSS像素

像素，也就是px，实际是pixel的缩写，它是图像显示的基本单元，每个像素可以有色彩数值和位置，每个图像是由若干个像素组成，比如对一幅标有1024×768像素的图像，就表明这幅图像的长边有1024个像素，宽边有768个像素，共有1024×768=786432个像素组成。但是从概念上来说，像素既不是一个确定的物理量，也不是一个点或者小方块，而是一个抽象概念。所以像素所代表的具体含义要从其处于的上下文环境来具体分析。物理像素和CSS像素就是不同的上下文。

物理像素：设备屏幕实际拥有的像素点，主要和渲染硬件相关。比如iPhone6的屏幕在宽边有750个像素点，长边有1334个像素点，所以iPhone6总共有750*1334个物理像素。
CSS像素：也叫逻辑像素，是软件程序系统中使用的像素，每种程序可以有自己的逻辑像素，在web前端页面就是对应的CSS像素，逻辑像素在最终渲染到屏幕上时由相关系统转换为物理像素。
设备像素比：一个设备的物理像素与逻辑像素之比。可以在JavaScript中使用window.devicePixelRatio获取到。

其实对于早期PC端web页面来说，在的CSS里写个1px，屏幕就给你渲染成1个实际的像素点，此时的设备像素比是1，这时物理像素和CSS像素是一样的。但是对于一些高清屏，例如苹果的retina屏幕，这种屏幕使用2个或者3个物理像素来渲染1个CSS像素，所以这些屏幕的显示效果要清晰很多。例如下图a代表物理像素，b代表CSS像素，它们之间的关系如图下图所示。

可以想象一下，一个传统的PC端web页面，如果想要完全放在手机端使用浏览（可以想象成把PC端显示器替换成手机屏幕），一定是放不下的，而这时就需要对页面进行缩放，那么对页面进行放大和缩小，其实就是改变像素比，例如下图，用4个CSS像素和4个物理像素来模拟放大和缩小。

在页面处于正常状态时，4个物理像素的区域需要4个CSS像素刚好展示完，当页面缩小时，原本4个物理像素需要大于4个CSS像素才能显示完这片区域，而当页面放大时，原本4个物理像素需要小于4个CSS像素就可以显示完，或者说是4个CSS像素能够放下更多于4个物理像素的位置。这就实现了页面的放大和缩小，而对于HTML而言，控制放大和缩小的就是视窗Viewport。

视窗

在了解了物理像素和CSS像素的概念之后，然后就需要引入下一个概念，移动设备中的视窗，视窗就是浏览器显示页面内容的屏幕区域，有3种不同的类别，主要分为：

物理视窗（Visual Viewport）：表示物理屏幕的可视区域，屏幕显示器的物理像素，也就是长宽边上有多少个像素点。同样尺寸的屏幕，像素点越多，像素密度越大，它的硬件像素会更多。可以理解成物理视窗的大小就是屏幕的大小。
布局视窗（Layout Viewport）：是由浏览器厂商提出的一种虚拟的布局视窗，用来解决页面在手机上显示的问题。这种视窗可以通过<meta>标签设置viewport来修改。每个浏览器默认都会有一个设置，例如iOS，Android这些机型设置布局视窗宽度为980px，所以PC上的网页基本能在手机上呈现，只不过元素看上去很小，一般可以通过手指动双击缩放网页。
理想视窗（Ideal Viewport）：理想中的视口。这个概念最早由苹果提出，其他浏览器厂商陆续跟进，目的是解决在布局视窗下页面元素过小的问题，显示在理想视口中的页面具有最理想的宽度，用户无需进行缩放。所以理想视窗就相当于把布局视窗修改成一个理想的大小，这个大小和物理视窗基本相等。

如下图，可以表示物理视窗和布局视窗的关系，底部的网页大小相当于布局视窗，而半透明灰色区域表示物理视窗大小，看起来就像一个手机屏幕大小。

所以如果想要在物理视窗里面完全展示布局视窗里的内容，肯定要将页面缩小。那么缩小到多少合适呢，就需要有理想视窗，如下图所示。

设置Viewport

对于移动端web页面，可以采用<meta>标签对视窗的大小，缩放等进行配置，也就是之前提到的在<head>标签内设置的<meta>的代码如下：

<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no" />

其中，可以配置的属性含义如下：

width：该属性被用来控制视窗的宽度，可以将width设置为320这样确切的像素数，也可以设为device-width这样的关键字，表示设备的实际宽度，一般为了自适应布局，普遍的做法是将width设置为device-width。
height：该属性被用来控制视窗的高度，可以将height设置为640这样确切的像素数，也可以设为device-height这样的关键字，表示设备的实际高度，一般不会设置视窗的高度，这样内容超出的话采用滚动方式浏览。
initial-scale：该属性用于指定页面的初始缩放比例，可以配置0.0～10的数字，initial-scale=1表示不进行缩放，视窗刚好等于理想视窗，当大于1时表示将视窗进行放大，小于1时表示缩小。这里只表示初始视窗缩放值，用户也可以自己进行缩放，例如双指拖动手势缩放或者双击手势放大。
maximum-scale：该属性表示用户能够手动放大的最大比例，可以配置0.0～10的数字。
minimum-scale：该属性类似maximum-scale，用来指定页面缩小的最小比例。通常情况下，不会定义该属性的值，页面太小将难以浏览。
user-scalable：该属性表示是否允许用户手动进行缩放，可配置no或者yes。当配置成no时，用户将不能通过手势操作的方式对页面进行缩放。

在使用<meta>标签设置viewport时有几点需要注意，首先viewport只对移动端浏览器有效，对PC端浏览器是无效的，其次对于移动端浏览器，某些属性也并不是完全支持，例如对于iOS的Safari浏览器，从10.0版本开始将不在支持user-scalable=no，所以即使设置了user-scalable=no，用户依然可以对页面进行手势操作来缩放。如果依然需要禁用，可以参考如下代码：

window.onload = function () {
  document.addEventListener('touchstart',  function(event) {
    // 当两个手指操作
    if (event.touches.length > 1) {
       // 组织浏览器默认事件
       event.preventDefault();
    }
  });
  
  var lastTouchEnd = 0;
  document.addEventListener('touchend', function(event) {
    var now = (new Date()).getTime();
    // 判断是否是双击操作，即两次点击间隔小于300ms
    if (now - lastTouchEnd <= 300) {
     // 组织浏览器默认事件
      event.preventDefault();
    }
    lastTouchEnd = now;
  }, false);
}

通过手势来进行缩放是属于浏览器的默认功能，上面代码的原理就是利用event.preventDefault()方法，来禁用浏览器的默认事件，这样就不能触发这个默认的缩放功能。具体逻辑可以将代码运行之后看一下效果。
Viewport视窗的相关知识点是了解移动web适配的基础，通过动态的设置viewport可以实现不同屏幕下的页面适配，例如对设备像素比不为1的机型进行缩放，强制让物理像素和CSS像素相等，代码如下：

(function(){
    var scale = 1/window.devicePixelRatio;
    var meta = document.createElement("meta");
    meta.name = "viewport";
    meta.content = "width=device-width,initial-scale="+scale+",minimum-scale="+scale+",maximum-scale="+scale;
    document.head.appendChild(meta);
})();

这种方法有时候不准确，比如devicePixelRatio不为整数的时候，会出现除不尽的情况，那缩放的倍数就会出现很长的小数，再去算物理像素的时候就会有误差，所以现在大部分移动web页面采用更加完善的rem或者vw加flex的方案来进行适配。

Rem适配

Rem适配方案是当下流行并且兼容性最好的移动端适配解决方案，它支持大部分的移动端系统和机型，Rem实际上是一个字体单位，即rem（font size of the root element）是指相对于根元素的字体大小的单位，简单的说它就是一个相对单位。看到rem大家一定会想起em单位，em（font size of the element）是指相对于父元素的字体大小的单位。它们之间其实很相似，只不过一个计算的规则是依赖根元素一个是依赖父元素计算。
所以Rem适配方案的适配原理就是：将我们之前写px的单位换成rem单位，然后根据屏幕大小动态设置根元素<html>的font-size大小，那么只要跟元素的font-size改变，对应的元素的大小就会改变，从而达到在不同屏幕下的适配的目的。

动态设置根元素font-size

使用浏览器浏览网页时，网页中的字体大小由根元素<html>来决定，而<html>的字体大小由浏览器本身决定，在不修改浏览器默认字体情况下是16px，即默认情况下1rem = 16px，但是如果采用Rem的适配方案就需要动态设置<html>的font-size。一般情况下是根据屏幕的宽度来动态设置，即采用屏幕宽度来识别不同的机型，以达到对不同机型的适配，具体有两种方案来设置，第一种是采用媒体查询（Media Query），代码如下：

@media screen and (min-width:461px){
    html{
        font-size:18px;
    }
}
@media screen and (max-width:460px) and (min-width:401px){
    html{
       font-size:22px;
    }
}

@media screen and (max-width:400px){
    html{
        font-size:30px;
    }
}

上面代码中，使用screen媒体特性，来定义了3组屏幕宽度区间，当小于400px，大于401px且小于460px，大于461px，当屏幕宽度位于不同的区间时，则会应用上对应的<html>的font-size。
另外一种则是使用Javascript动态设置<html>的font-size，代码如下：

// 获取屏幕视窗宽度
let htmlWidth = document.documentElement.clientWidth || document.body.clientWidth;// 获取宽度最好有个兼容的方案，避免某些情况下第一种获取不到可以选择第二种
//获取html
let htmlDom = document.getElementsByTagName('html')[0];
htmlDom.style.fontSize = htmlWidth / 10 + 'px';   //求出font-size

上面代码中，得到屏幕宽度后，一般要除以一个系数，这里使用的系数是10，这样得到的font-size值更加灵活，适配性更强，所以实际应用当中，大多数采用的JavaScript来动态设置。如果想要实时监听屏幕大小的变化动态修改font-size，可以引入resize事件，代码如下：

window.addEventListener('resize',function(){
    /*上面设置font-size的代码*/
})

计算rem数值

设置完font-size之后，就可以直接利用rem单位来给我们的div或者其他元素设置宽高等等的属性了，这里就有一个问题，我们一般拿到的UI稿都会提供标注，这些标注一般会标识出某个元素例如按钮，图片具体大小数值，单位是px，并且整个UI稿都会基于一个具体的移动设备，例如iPhone6s等，可以参考下图所示。

那么，我们如何根据视觉稿上的px单位值转换成对应的rem单位值呢？这里举一个例子，一个按钮在视觉搞上标注的大小是：宽200px，高400px，那么我们根据这个来进行如下计算：

以iPhone6s视觉搞来说，屏幕是375*667单位是px。
根据上面JavaScript方法设置的<html>的font-size得到是37.5px，这里37.5px称做rem的基准值，下面的计算会用。
根据1rem=37.5px，得到200px=5.3rem，40px=10.6rem。

根据上面的方法，我们就可以给按钮元素设置rem单位了，代码如下：

.button {
   width: 5.3rem;
   height: 10.6rem;
font-size:0.53rem;
background-color: red;
}

我们给一个元素采用了rem单位来设置了宽高，那么这个元素在不同机型中显示时，由于设置的根元素<html>的font-size大小不一样，那么rem所实际渲染出来的大小也就不一样，可以比较一下分别在Chrome开发者工具中的Device Mode中采用iPhone6s和iPhone6P运行的效果区别，如图下图所示。

如上图所示，对于同一个按钮，在不同的机型上表现出的大小是不一样的，这就是rem带来的适配效果。
当然，采用rem适配，必须针对rem基准值来将px转换成对应的rem值，这个计算是很繁琐的一件事情，但是这个工作可以交给Sass[ Sass（英文全称：Syntactically Awesome Stylesheets）是一个最初由Hampton Catlin设计并由Natalie Weizenbaum开发的一个CSS预处理器，采用类CSS语法并在最后解析成CSS的脚本语言。]来帮助我们完成，例如可以在Sass代码中定义一个公式，代码如下：

@function px2rem($px){
    $rem: 37.5;
    @return ($px/$rem) + rem;// $px表示变量，+号表示拼接，rem为字符串相当于'rem'
}
.button {
   width: px2rem(200);
   height: px2rem(400);
   font-size: px2rem(20);
   background-color: red;
}

当然，上面的代码已经不是一个标准的CSS代码了，而是一个Sass语言的CSS代码，不过没有学过Sass也没有关系，我们只会用到Sass的很少一部分知识点。
上面代码中，定义了一个方法，方法名为px2rem，这个方法接收一个参数就是将要转换的px值，然后根据rem基准值来计算。当在给元素设置宽高时，调用这个方法即px2rem(200)，将需要转换的px值作为参数传递进去，这样经过编译后，最终得到的就是rem单位的值了即width: px2rem(200)转换成了width:5.3rem。
总结下来，使用Rem适配方案主要有以下几点需要注意：

首先需要有一段JavaScript脚本来动态设置根元素<html>的font-size，这段脚本一般放置在<head>标签里面，让font-size更早的设置，可以让适配更早的生效。
一旦页面使用了Rem适配，那么除特殊情况除外（例如雪碧图定位background-position时），页面中凡是用到px为单位的元素都应该改为rem单位，这样才能做到整体适配。
对于宽度比高度大很多的机型例如横屏下的iPad以及一些手写笔记本，是不适合采用Rem方案的，因为宽度较大会导致<html>的font-size设置不准确。另外就是一些小说网站，屏幕越小的移动设备如果用了rem单位就会导致文字就越小，就会导致看文章的时候特别费眼。

vw适配

vw其实也是一个CSS单位，类似的还有vh，vmin，vmax共四个单位，这些单位伴随着CSS3的出现就已经有了，但是当时移动web的浪潮已经来临，并且Rem出现的要早一些，所以很多开发人员对此并不熟悉。
和Rem适配方案相比，vw适配方案不需要使用JavaScript脚本来提前设置font-size，vw适配方案完全基于CSS自身，这也是相对于Rem适配方案的优势所在，并且对于横竖屏切换较为频繁的页面时可以采用vmin单位，更加灵活。我们先来了解一下vw，vh，vmin，vmax这几个单位，含义如下：

vw : 1vw 等于视口宽度的1%。
vh : 1vh 等于视口高度的1%。
vmin : 选取vw和vh中最小的那个，1vmin等于视口宽度的1%和视口高度的1%中最小的值。
vmax : 选取vw和vh中最大的那个，1vmax等于视口宽度的1%和视口高度的1%中最大的值。

从上面的解释可以看出，vw和vh这些单位也并不是一个固定的值，而是根据视口宽度或者高度而变。那么什么是视口呢？还记得之前讲解的viewport吗，通过标签：

<meta name="viewport" content="width=device-width">

设置的这个宽度就是视口宽度，并且可以通过JavaScript中的document.documentElement.clientWidth或者document.body.clientWidth获取到这个值，这里就和前面讲解Rem适配方案时获取屏幕宽度时的用法是一样的。
有些同学会遇到例如window.innerWidth或者window.screen.width来获取屏幕或者视口的宽度，这种方法获取到的一般是设备的物理宽度，例如真实的分辨率或者物理像素值，这个和视口宽度不一定相等，当<meta>标签设置viewport时，如果width=!device-width时，这种情况下就是不相等的，所以各位在使用时还是需要注意一下。

计算vw数值

对于vw适配方案，也是需要计算vw值的，同理我们还是以iPhone6的UI稿为例子，例如一个按钮在视觉搞上标注的大小是宽200px，高400px，那么我们根据这个来做如下计算：

以iPhone6s视觉搞来说，屏幕是375*667单位是px。
根据1vw等于视口宽度的1%，即1vw等于3.75px，得到200px=53vw，400px=106vw（这里取整）。

根据上面的方法，我们就可以给按钮元素设置vw单位了，代码如下：

.button {
   width: 53vw;
   height: 106vw;
   background-color: red;
}

和计算rem值同理，也可以利用Sass来声明一个方法，做px到vw的转换，代码如下：

@function px2vw($px) {
    $vw: 3.75;
    @return ($px/$vw)+vw;// $px表示变量，+号表示拼接，vw为字符串相当于'vw'
}
.button {
   width: px2vw(53);
   height: px2vw(106);
   background-color: red;
}

无论是转换成rem值还是vw值，在后续的实战项目中，都可以通过另一种方式来更加方便的转换。例如可以通过构建的方式，在代码中只需要写px值，通过配置一些插件和工具，最终生成的项目中就是转换好的代码，这就是前端工程化带来的便利。

Rem适配和vw适配兼容性

从上面的对两种相关的适配方案讲解，可以知道vw适配方案要优于Rem适配方案的，但是没有Rem流行就在于vw的兼容性问题，我们从caniuse[ caniuse是一个当下流行的前端技术兼容性查询网站，地址是：https://www.caniuse.com/]网站中查询到兼容性如下。

Rem适配方案在主流浏览器中整体支持性98.93%，而vw适配方案在主流浏览器中整体支持性94.44%，并且对于Android4.4之前的机型来说vw不支持是硬伤，毕竟这部分机型的市场占有率还是有一部分的。所以各位在选取适配方案时，要根据自己业务的场景来选择合适的方案，避免出现兼容性问题。