移动端适配总结（一）原理篇

导读

移动端适配，是我们在开发中经常会遇到的，这里面可能会遇到非常多的问题：

1px问题
UI图完美适配方案
iPhoneX适配方案
横屏适配
高清屏图片模糊问题
...

上面这些问题可能我们在开发中已经知道如何解决，但是问题产生的原理，以及解决方案的原理可能会模糊不清。在解决这些问题的过程中，我们往往会遇到非常多的概念：像素、分辨率、PPI、DPI、DP、DIP、DPR、视口等等，你真的能分清这些概念的意义吗？

本文将从移动端适配的基础概念出发，探究移动端适配各种问题的解决方案和实现原理。

一、英寸

一般用英寸描述屏幕的物理大小，如电脑显示器的17、22，手机显示器的4.8、5.7等使用的单位都是英寸。

需要注意，上面的尺寸都是屏幕对角线的长度：

英寸(inch,缩写为in)在荷兰语中的本意是大拇指，一英寸就是指甲底部普通人拇指的宽度。

英寸和厘米的换算：1英寸 = 2.54 厘米

二、分辨率

2.1 像素

像素即一个小方块，它具有特定的位置和颜色。

图片、电子屏幕（手机、电脑）就是由无数个具有特定颜色和特定位置的小方块拼接而成。

像素可以作为图片或电子屏幕的最小组成单位。

下面我们使用sketch打开一张图片：

将这些图片放大即可看到这些像素点：

通常我们所说的分辨率有两种，屏幕分辨率和图像分辨率。

2.2 屏幕分辨率

屏幕分辨率指一个屏幕具体由多少个像素点组成。

下面是apple的官网上对手机分辨率的描述：

iPhone XS Max 和 iPhone SE的分辨率分别为2688 x 1242和1136 x 640。这表示手机分别在垂直和水平上所具有的像素点数。

当然分辨率高不代表屏幕就清晰，屏幕的清晰程度还与尺寸有关。

2.3 图像分辨率

我们通常说的图片分辨率其实是指图片含有的像素数，比如一张图片的分辨率为800 x 400。这表示图片分别在垂直和水平上所具有的像素点数为800和400。

同一尺寸的图片，分辨率越高，图片越清晰。

2.4 PPI

PPI(Pixel Per Inch)：每英寸包括的像素数。

PPI可以用于描述屏幕的清晰度以及一张图片的质量。

使用PPI描述图片时，PPI越高，图片质量越高，使用PPI描述屏幕时，PPI越高，屏幕越清晰。

在上面描述手机分辨率的图片中，我们可以看到：iPhone XS Max 和 iPhone SE的PPI分别为458和326，这足以证明前者的屏幕更清晰。

由于手机尺寸为手机对角线的长度，我们通常使用如下的方法计算PPI:

$\frac{\sqrt{水平像素点数^2+垂直像素点数^2}}{尺寸}$

iPhone 6的PPI为 $\frac{\sqrt{1334^2+750^2}}{4.7}=325.6$ ，那它每英寸约含有326个物理像素点。

2.5 DPI

DPI(Dot Per Inch)：即每英寸包括的点数。

这里的点是一个抽象的单位，它可以是屏幕像素点、图片像素点也可以是打印机的墨点。

平时你可能会看到使用DPI来描述图片和屏幕，这时的DPI应该和PPI是等价的，DPI最常用的是用于描述打印机，表示打印机每英寸可以打印的点数。

一张图片在屏幕上显示时，它的像素点数是规则排列的，每个像素点都有特定的位置和颜色。

当使用打印机进行打印时，打印机可能不会规则的将这些点打印出来，而是使用一个个打印点来呈现这张图像，这些打印点之间会有一定的空隙，这就是DPI所描述的：打印点的密度。

在上面的图像中我们可以清晰的看到，打印机是如何使用墨点来打印一张图像。

所以，打印机的DPI越高，打印图像的精细程度就越高，同时这也会消耗更多的墨点和时间。

三、设备独立像素

实际上，上面我们描述的像素都是物理像素，即设备上真实的物理单元。

下面我们来看看设备独立像素究竟是如何产生的：

智能手机发展非常之快，在几年之前，我们还用着分辨率非常低的手机，比如下面左侧的白色手机，它的分辨率是320x480，我们可以在上面浏览正常的文字、图片等等。

但是，随着科技的发展，低分辨率的手机已经不能满足我们的需求了。很快，更高分辨率的屏幕诞生了，比如下面的黑色手机，它的分辨率是640x940，正好是白色手机的两倍。

理论上来讲，在白色手机上相同大小的图片和文字，在黑色手机上会被缩放一倍，因为它的分辨率提高了一倍。这样，岂不是后面出现更高分辨率的手机，页面元素会变得越来越小吗？

然而，事实并不是这样的，我们现在使用的智能手机，不管分辨率多高，他们所展示的界面比例都是基本类似的。乔布斯在iPhone4的发布会上首次提出了Retina Display(视网膜屏幕)的概念，它正是解决了上面的问题，这也使它成为一款跨时代的手机。

在iPhone4使用的视网膜屏幕中，把2x2个像素当1个像素使用，这样让屏幕看起来更精致，但是元素的大小却不会改变。

如果黑色手机使用了视网膜屏幕的技术，那么显示结果应该是下面的情况，比如列表的宽度为300个像素，那么在一条水平线上，白色手机会用300个物理像素去渲染它，而黑色手机实际上会用600个物理像素去渲染它。

我们必须用一种单位来同时告诉不同分辨率的手机，它们在界面上显示元素的大小是多少，这个单位就是设备独立像素(Device Independent Pixels)简称DIP或DP。上面我们说，列表的宽度为300个像素，实际上我们可以说：列表的宽度为300个设备独立像素。

打开chrome的开发者工具，我们可以模拟各个手机型号的显示情况，每种型号上面会显示一个尺寸，比如iPhone X显示的尺寸是375x812，实际iPhone X的分辨率会比这高很多，这里显示的就是设备独立像素。

3.1 设备像素比

设备像素比device pixel ratio简称dpr，即物理像素和设备独立像素的比值。

在web中，浏览器为我们提供了window.devicePixelRatio来帮助我们获取dpr。

在css中，可以使用媒体查询min-device-pixel-ratio，区分dpr：

@media (-webkit-min-device-pixel-ratio: 2), (min-device-pixel-ratio: 2) {
}

在React Native中，我们也可以使用PixelRatio.get()来获取DPR。

当然，上面的规则也有例外，iPhone 6、7、8 Plus的实际物理像素是1080 x 1920，在开发者工具中我们可以看到：它的设备独立像素是414 x 736，设备像素比为3，设备独立像素和设备像素比的乘积并不等于1080 x 1920，而是等于1242 x 2208。

实际上，手机会自动把1242 x 2208个像素点塞进1080 * 1920个物理像素点来渲染，我们不用关心这个过程，而1242 x 2208被称为屏幕的设计像素。我们开发过程中也是以这个设计像素为准。

实际上，从苹果提出视网膜屏幕开始，才出现设备像素比这个概念，因为在这之前，移动设备都是直接使用物理像素来进行展示。

紧接着，Android同样使用了其他的技术方案来实现DPR大于1的屏幕，不过原理是类似的。由于Android屏幕尺寸非常多、分辨率高低跨度非常大，不像苹果只有它自己的几款固定设备、尺寸。所以，为了保证各种设备的显示效果，Android按照设备的像素密度将设备分成了几个区间：

当然，所有的Android设备不一定严格按照上面的分辨率，每个类型可能对应几种不同分辨率，所以，每个Android手机都能根据给定的区间范围，确定自己的DPR，从而拥有类似的显示。当然，仅仅是类似，由于各个设备的尺寸、分辨率上的差异，设备独立像素也不会完全相等，所以各种Android设备仍然不能做到在展示上完全相等。

3.2 移动端开发

在iOS、Android和React Native开发中样式单位其实都使用的是设备独立像素。

iOS的尺寸单位为pt，Android的尺寸单位为dp，React Native中没有指定明确的单位，它们其实都是设备独立像素dp。

在使用React Native开发App时，UI给我们的原型图一般是基于iphone6的像素给定的。

为了适配所有机型，我们在写样式时需要把物理像素转换为设备独立像素：例如：如果给定一个元素的高度为200px(这里的px指物理像素，非CSS像素)，iphone6的设备像素比为2，我们给定的height应为200px/2=100dp。

当然，最好的是，你可以和设计沟通好，所有的UI图都按照设备独立像素来出。

我们还可以在代码(React Native)中进行px和dp的转换：

import { PixelRatio } from "react-native";

const dpr = PixelRatio.get();

/**
 * px转换为dp
 */
export function pxConvertTodp(px) {
  return px / dpr;
}

/**
 * dp转换为px
 */
export function dpConvertTopx(dp) {
  return PixelRatio.getPixelSizeForLayoutSize(dp);
}

3.3 WEB 端开发

在写CSS时，我们用到最多的单位是px，即CSS像素，当页面缩放比例为100%时，一个CSS像素等于一个设备独立像素。

但是CSS像素是很容易被改变的，当用户对浏览器进行了放大，CSS像素会被放大，这时一个CSS像素会跨越更多的物理像素。

页面的缩放系数 = CSS像素 / 设备独立像素。

3.4 关于屏幕

这里多说两句Retina屏幕，因为我在很多文章中看到对Retina屏幕的误解。

Retina屏幕只是苹果提出的一个营销术语：

在普通的使用距离下，人的肉眼无法分辨单个的像素点。

为什么强调普通的使用距离下呢？我们来看一下它的计算公式：

$a=2arctan(h/2d)$

a代表人眼视角，h代表像素间距，d代表肉眼与屏幕的距离，符合以上条件的屏幕可以使肉眼看不见单个物理像素点。

它不能单纯的表达分辨率和PPI，只能一种表达视觉效果。

让多个物理像素渲染一个独立像素只是Retina屏幕为了达到效果而使用的一种技术。而不是所有DPR > 1的屏幕就是Retina屏幕。

比如：给你一块超大尺寸的屏幕，即使它的PPI很高，DPR也很高，在近距离你也能看清它的像素点，这就不算Retina屏幕。

我们经常见到用K和P这个单位来形容屏幕：

P代表的就是屏幕纵向的像素个数，1080P即纵向有1080个像素，分辨率为1920X1080的屏幕就属于1080P屏幕。

我们平时所说的高清屏其实就是屏幕的物理分辨率达到或超过1920X1080的屏幕。

K代表屏幕横向有几个1024个像素，一般来讲横向像素超过2048就属于2K屏，横向像素超过4096就属于4K屏。

四、视口

视口(viewport)代表当前可见的计算机图形区域。在Web浏览器术语中，通常与浏览器窗口相同，但不包括浏览器的UI，菜单栏等——即指你正在浏览的文档的那一部分。

一般我们所说的视口共包括三种：布局视口、视觉视口和理想视口，它们在屏幕适配中起着非常重要的作用。

4.1 布局视口

布局视口(layout viewport)：当我们以百分比来指定一个元素的大小时，它的计算值是由这个元素的包含块计算而来的。当这个元素是最顶级的元素时，它就是基于布局视口来计算的。

所以，布局视口是网页布局的基准窗口，在PC浏览器上，布局视口就等于当前浏览器的窗口大小（不包括borders 、margins、滚动条）。

在移动端，布局视口被赋予一个默认值，大部分为980px，这保证PC的网页可以在手机浏览器上呈现，但是非常小，用户可以手动对网页进行放大。

我们可以通过调用document.documentElement.clientWidth / clientHeight来获取布局视口大小。

4.2 视觉视口

视觉视口(visual viewport)：用户通过屏幕真实看到的区域。

视觉视口默认等于当前浏览器的窗口大小（包括滚动条宽度）。

当用户对浏览器进行缩放时，不会改变布局视口的大小，所以页面布局是不变的，但是缩放会改变视觉视口的大小。

例如：用户将浏览器窗口放大了200%，这时浏览器窗口中的CSS像素会随着视觉视口的放大而放大，这时一个CSS像素会跨越更多的物理像素。

所以，布局视口会限制你的CSS布局而视觉视口决定用户具体能看到什么。

我们可以通过调用window.innerWidth / innerHeight来获取视觉视口大小。

4.3 理想视口

布局视口在移动端展示的效果并不是一个理想的效果，所以理想视口(ideal viewport)就诞生了：网站页面在移动端展示的理想大小。

如上图，我们在描述设备独立像素时曾使用过这张图，在浏览器调试移动端时页面上给定的像素大小就是理想视口大小，它的单位正是设备独立像素。

上面在介绍CSS像素时曾经提到页面的缩放系数 = CSS像素 / 设备独立像素，实际上说页面的缩放系数 = 理想视口宽度 / 视觉视口宽度更为准确。

所以，当页面缩放比例为100%时，CSS像素 = 设备独立像素，理想视口 = 视觉视口。

我们可以通过调用screen.width / height来获取理想视口大小。

4.4 Meta viewport

<meta> 元素表示那些不能由其它HTML元相关元素之一表示的任何元数据信息，它可以告诉浏览器如何解析页面。

我们可以借助<meta>元素的viewport来帮助我们设置视口、缩放等，从而让移动端得到更好的展示效果。

<meta
  name="viewport"
  content="width=device-width; initial-scale=1; maximum-scale=1; minimum-scale=1; user-scalable=no;"
/>

上面是viewport的一个配置，我们来看看它们的具体含义：

`Value`	可能值	描述
`width`	正整数或`device-width`	以`pixels`（像素）为单位，定义布局视口的宽度。
`height`	正整数或`device-height`	以`pixels`（像素）为单位，定义布局视口的高度。
`initial-scale`	`0.0 - 10.0`	定义页面初始缩放比率。
`minimum-scale`	`0.0 - 10.0`	定义缩放的最小值；必须小于或等于`maximum-scale`的值。
`maximum-scale`	`0.0 - 10.0`	定义缩放的最大值；必须大于或等于`minimum-scale`的值。
`user-scalable`	一个布尔值（`yes`或者`no`）	如果设置为 `no`，用户将不能放大或缩小网页。默认值为 yes。

4.5 移动端适配

为了在移动端让页面获得更好的显示效果，我们必须让布局视口、视觉视口都尽可能等于理想视口。

device-width就等于理想视口的宽度，所以设置width=device-width就相当于让布局视口等于理想视口。

由于initial-scale = 理想视口宽度 / 视觉视口宽度，所以我们设置initial-scale=1;就相当于让视觉视口等于理想视口。

这时，1 个CSS像素就等于 1 个设备独立像素，而且我们也是基于理想视口来进行布局的，所以呈现出来的页面布局在各种设备上都能大致相似。

4.6 缩放

上面提到width可以决定布局视口的宽度，实际上它并不是布局视口的唯一决定性因素，设置initial-scale也有肯能影响到布局视口，因为布局视口宽度取的是width和视觉视口宽度的最大值。

例如：若手机的理想视口宽度为400px，设置width=device-width，initial-scale=2，此时视觉视口宽度 = 理想视口宽度 / initial-scale即200px，布局视口取两者最大值即device-width 400px。

若设置width=device-width，initial-scale=0.5，此时视觉视口宽度 = 理想视口宽度 / initial-scale即800px，布局视口取两者最大值即800px。

4.7 获取浏览器大小

浏览器为我们提供的获取窗口大小的API有很多，下面我们再来对比一下：

window.innerHeight：获取浏览器视觉视口高度（包括垂直滚动条）。
window.outerHeight：获取浏览器窗口外部的高度。表示整个浏览器窗口的高度，包括侧边栏、窗口镶边和调正窗口大小的边框。
window.screen.Height：获取获屏幕取理想视口高度，这个数值是固定的，设备的分辨率/设备像素比
window.screen.availHeight：浏览器窗口可用的高度。
document.documentElement.clientHeight：获取浏览器布局视口高度，包括内边距，但不包括垂直滚动条、边框和外边距。
document.documentElement.offsetHeight：包括内边距、滚动条、边框和外边距。
document.documentElement.scrollHeight：在不使用滚动条的情况下适合视口中的所有内容所需的最小宽度。测量方式与clientHeight相同：它包含元素的内边距，但不包括边框，外边距或垂直滚动条。

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