现代 CSS 解决方案:CSS 数学函数 (上)

简介: 现代 CSS 解决方案:CSS 数学函数

在 CSS 中,其实存在各种各样的函数。具体分为:



本文,将具体介绍其中的 CSS 数学函数(Math functions)中,已经被浏览器大规模支持的 4 个:


  • calc()
  • min()
  • max()
  • clamp()


为什么说是被浏览器大规模支持的?因为除了这 4 个目前已经得到大规模支持的数学函数外,其实规范 CSS Values and Units Module Level 4 已经定义了诸如三角函数相关 sin()、cos()、tan() 等,指数函数相关 pow()、sqrt() 等等数学函数,只是目前都处于实验室阶段,还没有浏览器支持它们,需要给时间一点时间。


Calc()



calc() 此 CSS 函数允许在声明 CSS 属性值时执行一些计算。


语法类似于


{
    width: calc(100% - 80px);
}


一些需要注意的点:

  • + 和 - 运算符的两边必须要有空白字符。比如,calc(50% -8px) 会被解析成为一个无效的表达式,必须写成calc(8px + -50%)
  • * 和 / 这两个运算符前后不需要空白字符,但如果考虑到统一性,仍然推荐加上空白符
  • 用 0 作除数会使 HTML 解析器抛出异常
  • 涉及自动布局和固定布局的表格中的表列、表列组、表行、表行组和表单元格的宽度和高度百分比的数学表达式,auto 可视为已指定。
  • calc() 函数支持嵌套,但支持的方式是:把被嵌套的 calc() 函数全当成普通的括号。(所以,函数内直接用括号就好了。)
  • calc() 支持与 CSS 变量混合使用


看一个最常见的例子,页面结构如下:


<div class="g-container">
    <div class="g-content">Content</div>
    <div class="g-footer">Footer</div>
</div>


页面的 g-footer 高为 80px,我们希望不管页面多长,g-content 部分都可以占满剩余空间,像是这样:


3ddacd4b794940779bce7956c4be0d99_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png


这种布局使用 flex 的弹性布局可以轻松实现,当然,也可以使用 calc() 实现:


.g-container {
    height: 100vh;
}
.g-content {
    height: calc(100vh - 80px);
}
.g-footer {
    height: 80px;
}


下面罗列一些 Calc() 的进阶技巧。


Calc 中的加减法与乘除法的差异


注意,calc() 中的加减法与乘除法的差异:

{
    font-size: calc(1rem + 10px);
    width: calc(100px + 10%);
}


可以看到,加减法两边的操作数都是需要单位的,而乘除法,需要一个无单位数,仅仅表示一个倍率:


{
    width: calc(100% / 7);
    animation-delay: calc(1s * 3);
}

Calc 的嵌套


calc() 函数是可以嵌套使用的,像是这样:


{
  width: calc(100vw - calc(100% - 64px));
}

此时,内部的 calc() 函数可以退化写成一个括号即可 (),所以上述代码等价于:

{
  width: calc(100vw - (100% - 64px));
}

也就是嵌套内的 calc(),calc 几个函数字符可以省略。


Calc 内不同单位的混合运算


calc() 支持不同单位的混合运算,对于长度,只要是属于长度相关的单位都可以进行混合运算,包含这些:


  • px
  • %
  • em
  • rem
  • in
  • mm
  • cm
  • pt
  • pc
  • ex
  • ch
  • vh
  • vw
  • vmin
  • vmax


这里有一个有意思的点,运算肯定是消耗性能的,早年间,有这样一段 CSS 代码,可以直接让 Chrome 浏览器崩溃 Crash:

<div></div>

CSS 样式如下:


div {
  --initial-level-0: calc(1vh + 1% + 1px + 1em + 1vw + 1cm);
  --level-1: calc(var(--initial-level-0) + var(--initial-level-0));
  --level-2: calc(var(--level-1) + var(--level-1));
  --level-3: calc(var(--level-2) + var(--level-2));
  --level-4: calc(var(--level-3) + var(--level-3));
  --level-5: calc(var(--level-4) + var(--level-4));
  --level-6: calc(var(--level-5) + var(--level-5));
  --level-7: calc(var(--level-6) + var(--level-6));
  --level-8: calc(var(--level-7) + var(--level-7));
  --level-9: calc(var(--level-8) + var(--level-8));
  --level-10: calc(var(--level-9) + var(--level-9));
  --level-11: calc(var(--level-10) + var(--level-10));
  --level-12: calc(var(--level-11) + var(--level-11));
  --level-13: calc(var(--level-12) + var(--level-12));
  --level-14: calc(var(--level-13) + var(--level-13));
  --level-15: calc(var(--level-14) + var(--level-14));
  --level-16: calc(var(--level-15) + var(--level-15));
  --level-17: calc(var(--level-16) + var(--level-16));
  --level-18: calc(var(--level-17) + var(--level-17));
  --level-19: calc(var(--level-18) + var(--level-18));
  --level-20: calc(var(--level-19) + var(--level-19));
  --level-21: calc(var(--level-20) + var(--level-20));
  --level-22: calc(var(--level-21) + var(--level-21));
  --level-23: calc(var(--level-22) + var(--level-22));
  --level-24: calc(var(--level-23) + var(--level-23));
  --level-25: calc(var(--level-24) + var(--level-24));
  --level-26: calc(var(--level-25) + var(--level-25));
  --level-27: calc(var(--level-26) + var(--level-26));
  --level-28: calc(var(--level-27) + var(--level-27));
  --level-29: calc(var(--level-28) + var(--level-28));
  --level-30: calc(var(--level-29) + var(--level-29));
  --level-final: calc(var(--level-30) + 1px);
    border-width: var(--level-final);                                 
    border-style: solid;
}

可以看到,从 --level-1 到 --level-30,每次的运算量都是成倍的增长,最终到 --level-final 变量,展开将有 2^30 = 1073741824 个 --initial-level-0 表达式的内容。

并且,每个 --initial-level-0 表达式的内容 -- calc(1vh + 1% + 1px + 1em + 1vw + 1cm),在浏览器解析的时候,也已经足够复杂。


混合在一起,就导致了浏览器的 BOOM(Chrome 70之前的版本),为了能看到效果,我们将上述样式赋给某个元素被 hover 的时候,得到如下效果:

b6b9df03aff04842b72655ae6daffc25_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.gif



当然,这个 BUG 目前已经被修复了,我们也可以通过这个小 DEMO 了解到,一是 calc 是可以进行不同单位的混合运算的,另外一个就是注意具体使用的时候如果计算量巨大,可能会导致性能上较大的消耗。


当然,不要将长度单位和非长度单位混合使用,像是这样:


{
    animation-delay: calc(1s + 1px);
}


Calc 搭配 CSS 自定义变量使用


calc() 函数非常重要的一个特性就是能够搭配 CSS 自定义以及 CSS @property 变量一起使用。

最简单的一个 DEMO:


:root {
    --width: 10px;
}
div {
    width: calc(var(--width));
}


当然,这样看上去,根本看不出这样的写法的作用,好像没有什么意义。实际应用场景中,会比上述的 DEMO 要稍微复杂一些。


假设我们要实现这样一个 loading 动画效果,一开始只有 3 个球:

5960956ff9d14474b68e55ce533394e7_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.gif


可能的写法是这样,我们给 3 个球都添加同一个旋转动画,然后分别控制他们的 animation-delay


<div class="g-container">
    <div class="g-item"></div>
    <div class="g-item"></div>
    <div class="g-item"></div>
</div>
.item:nth-child(1) {
    animation: rotate 3s infinite linear;
}
.item:nth-child(2) {
    animation: rotate 3s infinite -1s linear;
}
.item:nth-child(3) {
    animation: rotate 3s infinite -2s linear;
}


如果有一天,这个动画需要扩展成 5 个球的话,像是这样:

f12729f0510d4b268ecf2ccdfd1fd3fa_tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.gif


我们就不得已,得去既添加 HTML,又修改 CSS。而如果借助 Calc 和 CSS 变量,这个场景就可以稍微简化一下。


假设只有 3 个球:


<div class="g-container">
    <div class="g-item" style="--delay: 0"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2"></div>
</div>

我们通过 HTML 的 Style 标签,传入 --delay 变量,在 CSS 中直接使用它们:


.g-item {
    animation: rotate 3s infinite linear;
    animation-delay: calc(var(--delay) * -1s);
}
@keyframes rotate {
    to {
        transform: rotate(360deg);
    }
}

而当动画修改成 5 个球时,我们就不需要修改 CSS,直接修改 HTML 即可,像是这样:


<div class="g-container">
    <div class="g-item" style="--delay: 0"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 0.6"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.2"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.8"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2.4"></div>
</div>

核心的 CSS 还是这一句,不需要做任何修改:


{
    animation-delay: calc(var(--delay) * -1s);
}


完整的 DEMO,你可以戳这里:CodePen Demo -- Calc & CSS Variable Demo

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