细读 CSS | 层叠上下文

简介: 细读 CSS | 层叠上下文

正文


一、概念


在 HTML 页面中,我们通常会使用 marginfloatoffset 等 CSS 属性控制元素在 X 轴和 Y 轴页面中的位置,另外会使用 z-indextransform 来控制元素在 Z 轴的排列顺序。


因此,我们可以得知 HTML 页面其实是一个三维的结构。


了解以下这几个词:


  • 层叠上下文(Stacking Context)

层叠上下文是一个比较抽象的概念。当一个元素拥有了一个“三维”的表现,即在 Z 轴上有一定的顺序,那么我们称该元素有一个层叠上下文。

  • 层叠等级(Stacking Level)

有了层叠上下文之后,需要一个叫做层叠等级(层叠水平)的家伙来决定同一个层叠上下文中元素在 Z 轴上的显示顺序。

  • 层叠顺序(Stacking Order)

层叠顺序是一种用于描述层叠等级的特定规则。

如何区分?

层叠上下文和层叠等级是概念,而层叠顺序是规则。通俗地讲,前两者就像是公司和领导,负责画饼和制定计划,而后者则是打工人,负责具体实施(就是搬砖)。


二、重点


本文术语约定


本文中所提到的“层叠元素”和“定位元素”均按以下描述进行约定,有特殊说明除外。

  • 层叠元素:指含有层叠上下文的元素(主要用于区别不含层叠上下文的普通元素)。
  • 定位元素:指含有 position 属性,且其值不为 static 的元素。


注意点


  • 普通元素的层叠等级优先由层叠上下文决定。
  • 层叠顺序的比较,只有在同一层叠上下文中进行对比才有意义。
  • 所有元素(普通元素、层叠元素)都存在层叠等级。请不要将层叠等级和 CSS 中的 z-index 属性混为一谈,尽管 z-index 在某些情况下会影响到层叠等级。


层叠上下文的特性


层叠元素有以下特性:

  • 层叠元素的层叠等级要比普通元素高。
  • 层叠上下文可以阻断元素的混合模式。
  • 层叠上下文可嵌套,内部层叠上下文及其所有子元素均受限于外部的层叠上下文。
  • 每个层叠上下文和兄弟元素独立,也就是当进行层叠变化或渲染的时候,只需要考虑后代元素即可。
  • 每个层叠上下文是自成体系的,当元素发生层叠的时候,整个元素都被认为是在父层叠上下文的层叠顺序中。


创建层叠上下文


以下几种方式,都会创建层叠上下文:


  • 根层叠上下文
    页面的根元素 <html> 自带一个层叠上下文。我们知道,绝对定位元素通过 top/right/bottom/left 来定位时,若没有其他定位元素限制,会相对浏览器窗口定位。其中缘由,就是因为有根层叠上下文的原因。
  • 定位元素层叠上下文(传统)
    当元素的 position 不为 staticz-index 不为 auto 时,该元素就会创建层叠上下文(但有些特例,下文会提到)。
  • CSS3层叠上下文(新时代)在 CSS3 中新增了很多新属性,有一些会创建层叠上下文。
  1. z-index 值不为 autoflex 项(父元素 display:flex|inline-flex);
  2. 元素的 opacity 值不为 1
  3. 元素的 transform 值不为 none
  4. 元素 mix-blend-mode 值不为 normal
  5. 元素的 filter 值不为 none
  6. 元素的 isolation 值为 isolate
  7. will-change 指定的属性值为上面任意一个;
  8. 元素的 -webkit-overflow-scrolling 设为 touch

特例说明

  1. 在远古神兽 IE5/6/7 浏览器下,z-index: auto 会创建层叠上下文。至于这是 Bug 还是微软故意为之,就不去考究了,反正也接触不到这些远古神兽了。在现代浏览器(包括 IE8 及以上)中,z-index: auto 都不会创建层叠上下文
  2. 在过去 position: relative | absolute | fixed 都需要配合 z-index(数值)才会创建新的层叠上下文。但是不知道什么时候起,Chrome、Firefox、Safari、Edge 等浏览器,position: fixed | sticky 元素天然层叠上下文,无需 z-index 为数值。(2022.01 亲测)


层叠上下文与层叠顺序


一旦普通元素具有了层叠上下文,其层叠顺序就会变高。

分为两种情况:

  1. 如果层叠元素不依赖 z-index,那么其层叠顺序看成与 z-index: auto 一致的 z-index: 0 级别。
  2. 如果层叠元素依赖 z-index,那么其层叠顺序由 z-index 决定。

0000000.webp.jpg


*张鑫旭大佬原图出处,请看这里

Q:为什么定位元素会层叠在普通元素的上面?

当一个元素成为了定位元素,z-index 会自动生效,取其默认值 auto。根据层叠顺序图,我们可以看到 z-index: auto 的层叠顺序比 blockfloatinline/inline-block 都要高。


层叠准则


当元素发生层叠时,其覆盖关系遵循以下两个准则:

  1. 谁大谁上:在同一层叠上下文中,层叠等级较大的会覆盖较小的。
  2. 后来居上:在同一层叠上下文中,若层叠等级(顺序)相同时,在 DOM 文档流中处于后面的元素会覆盖前面的元素。

请注意,上面两条准则的前提都是“处于同一层叠上下文中”,那是因为在不同层叠上下文的比较是没有意义的。

接下来,介绍一些常见的层叠上下文、层叠顺序的案例,帮助进一步理解。


三、position 与 z-index


它们取值如下:

position: static(default) | relative | absolute | fixed | sticky

z-index: auto(default) | <integer> | inherit


position 不为 static 时,z-index 才会生效


其中 z-index 属性值如下:


Value Description
auto 将层叠水平设为 0,且不会创建新的层叠上下文(默认值)。
inherit 将层叠水平设为与父元素相同,且不会创建新的层叠上下文。
<integer> 将层叠水平设为对应(正负)整数,并创建新的层叠上下文。

*其实还有一些全局值(如 initialunset),但不重要,故忽略。

请注意,在 CSS3 里当父元素设为 display: flex | inline-flex,子元素使用 z-index 时,也会使得子元素创建新的层叠上下文(请注意:创建新的层叠上下文是子元素,而不是父元素哦)。

换句话说,z-index 不再是定位元素独享,它还可以与 flex 搞在一起做点什么。

基础示例一 👉 源码及演示


000000.webp.jpg


基础示例二 👉 源码及演示


00000.webp.jpg


以上两个示例都很基础,不多说了...


小结


  • positionstatic 时,toprightbottomleftz-index 属性均无效。
  • z-index 生效时,层叠顺序表现为:-integer < auto/0 < +integer
  • 层叠顺序而言,z-index: autoz-index: 0 表现是一致,都是 0 级别。但两者在层叠上下文领域有着根本性的差异,前者不会创建新的层叠上下文,而后者会创建新的层叠上下文。
  • 即使不显式设置 z-index,定位元素的层叠顺序也会比普通元素高。


验证 z-index: auto 和 z-index: 0 的层叠顺序是相同的


👉 源码及演示


0000.webp.jpg

从结果上看,可以知道:

  • 层叠顺序 z-index: -1 < z-index: auto | z-index: 0 < z-index: 1,且 z-index: autoz-index: 0 层叠顺序均为 0 级别。
  • z-index: autoz-index: 0 的定位元素同时存在,发生层叠时,在 DOM 流中处于后面的元素会覆盖前面的元素(同一层叠上下文中)。

请记住:处于同一层叠上下文中,遵循谁大谁上、后来居上的准则。


验证 z-index: auto 不会创建层叠上下文


👉 源码及演示


000.webp.jpg


图中示例的区别在于 inner 盒子外层的 outer 盒子,一个设为 z-index: auto,另一个设为 z-index: 0

假设 z-index: auto 会使得元素本身创建新的层叠上下文,那么 inner1inner2 对应的参照物分别是 outer1outer2,此时 inner1 中的 z-index 值,其实是没有意义的,无论它的值是正数、负数、还是 0auto,它总会显示在 outer1 上面(inner2 同理)。同时,由于 outer1outer2 的层叠顺序是一致的,outer2 在 DOM 流后面,属于“后来居上”,因此 outer2 会覆盖 outer1

倘若假设成立,蓝色块应覆盖在绿色块上面(效果应如示例二相同),可事实并非如此。因此,我们可以得出结论:z-index: auto 并不会创建新的层叠上下文。

给你们看看远古神兽 IE5/6/7 浏览器下,z-index: auto 创建层叠上下文的效果。


00.webp.jpg


Internet Explorer 7

因此,较为严谨的说法是:在现代浏览器(包括 IE8 及以上浏览器)中,z-index: auto 不会创建层叠上下文。


关于 z-index 负值时而有效,时而无效的问题


👉 源码及演示


0.webp.jpg


究其原因,其实很简单,前面也提到过。比较层叠顺序时,应在同一层叠上文中进行对比,否则是无意义的

在示例一,red 盒子和 green 盒子处于同一层叠上下文(即根层叠上下文)中,且 z-index: -1 层叠顺序较低,所以可以看到 red 盒子覆盖了 green 盒子。

在示例二,由于 red 盒子的 z-index: 0 是使得其本身创建了新的层叠上下文,所以 green 永远不会穿越 red 盒子。此时,即使 green 盒子的 z-index-9999 也总会显示在 red 盒子上层。

在示例三中,red 盒子内多了一个 blue 盒子,并设为 z-index: 1。由于 blue 盒子和 green 盒子同属于 red 盒子创建的层叠上下文,因而,此时 z-index 就有了比较的意义了。所以,我们可以看到 green 盒子处于 blue 盒子下方,且不会穿过 red 盒子。

再看另外一个示例 👉 源码及演示


1.webp.jpg


它的原因是一样的,因为除了 z-index 会创建层叠上下文之外,CSS3 中的 transform 也会创建新的层叠上下文哦!

以上两个都是常见的 z-index “失效”的场景,根本原因还是,有的小伙伴不知道 transform 也会创建层叠上下文。

当遇到 z-index 失效时,Check List 如下:

  • 检查当前元素是否为定位元素,或其父级元素是否有 display: flex | inline-flex
  • 检查它们是否处于同一层叠上下文;
  • 若前面条件都确认无疑,那说明有一些你不知道的 CSS 属性会创建层叠上下文(此时应去翻阅文档);
  • 否则,就是这垃圾浏览器没有遵循标准,偷偷地创建了新的层叠上下文(这种情况应该几乎不会出现,毕竟微软都放弃 IE 转投 Chromium 了)。


关于 position: fixed | sticky 自带层叠上下文


👉 源码及演示


2.webp.jpg


于 2022.01 亲测,Chrome 97、Safari 15.2、Firefox 97、Microsoft Edge 97 浏览器下面,表现均如上图。由于 position: fixed | sticky 自带层叠上下文,因此图中示例三、示例四蓝色块会覆盖绿色块。


四、transform


在 CSS3 中有几个与动画相关的属性:transformtransitionanimation 分别对应变换、过渡、动画。虽意义相近,但具体角色不一。它们的取值如下:

.selector {
  transform: transform-function | none;
  transition: property duration timing-function delay;
  animation: name duration timing-function delay iteration-count direction fill-mode play-state;
}


本文重点并非谈谈它们的区别,我们接着看 transform。与之相关的 CSS 属性有这些:

.selector {
  /* 设置元素变形方式,如旋转、缩放、倾斜、平移等 */
  transform: transform-function | none;
  /* 更改一个元素变形的原点 */
  transform-origin: <length> | <percentage> | center | left | right | top | bottom;
 /* 定义与 transform、transform-origin 这两个属性有关联的布局框 */
  transform-box: content-box | border-box | fill-box | stroke-box | view-box;
 /* 设置元素的子元素是位于平面中,还是 3D 空间中 */
  transform-style: flat | preserve-3d;
}


它还有兼容性属性:

.selector {
  -webkit-transform: transform-function | none;
  -moz-transform: transform-function | none;
  -ms-transform: transform-function | none;
  -o-transform: transform-function | none;
  transform: transform-function | none;
}


其中 transform-function 的变换函数有以下这些:

  • 透视:perspective()查看示例
  • 矩阵:matrix()matrix3d()查看示例
  • 倾斜:skew()skewX()skewY()查看示例
  • 缩放:scale()scaleX()scaleY()scaleZ()scale3d()查看示例
  • 旋转:rotate()rotateX()rotateY()rotateZ()rotate3d()查看示例
  • 平移:translate()translateX()translateY()translateZ()translate3d()查看示例

我们知道,只要 transform 不为 none 时,它也会创建层叠上下文。还有 translateZ()perspective() 两个变换函数,可以实现 z-index 类似的效果。translateZ(tz) 就是 translate3d(0, 0, tz) 简写形式。


transform-style 与 translateZ


从字面上看,我们可以很容易知道,translateZ 的变换是属于 3D 空间的。

先看个简单示例


12.webp.jpg


为什么红色块的 translateZ 值更大,但却不是在更上面呢?

原因很简单,就是因为 transform-style 的默认值是 flat,即处于 2D 平面中。如果选择平面,元素的子元素将不会有 3D 的遮挡关系。

它的取值有:

transform-style: flat | preserve-3d

只要将其添加一个 transform-style: preserve-3d 的父元素,就能得到预期结果:红色覆盖在绿色上面。preserve-3d 使得该元素的子元素应位于 3D 空间中。


3.webp.jpg


再看示例 👉 源码及演示


4.webp.jpg


以上示例多组对比,其实还是为了说明:在不同层叠上下文中比较层叠高低是没有意义的。


Transform 和 z-index 同时使用,会产生什么问题呢?


看示例  👉 源码及演示


5.webp.jpg

我们来看下 iPhone 微信浏览器下,表现如何:


6.webp.jpg


微信浏览器 iOS 版

看到差异了吗?


原因是,苹果旗下的 Safari 浏览器在使用 3D 变换时,会忽略 z-index 的作用。

详情戳这里:Safari 3D transform 变换 z-index 层级渲染异常的研究


个人建议


  • 尽量不要同时使用 translateZ()z-index,iOS 与 Android 下表现有差异;
  • 在涉及 3D 变换时,应采用 transform-style: preserve-3dtransform: translateZ()transform: perspective 的方案,而不是 z-index


未完待续...


References


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