响应式之像素和viewport

引言

按照pc尺寸做好的网页，在手机端打开,看起来像是pc的缩小版，东西都在只是字太小都看不清了，有什么办法放大呢?

于是去google一下，发现，贴了这么一行代码就轻松解决了：

<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0, user-scalable=0"/>

为什么这行代码能让字看起来和电脑差不多呢？为了搞懂这行代码的意思，又去google，但是立马被一大堆的概念给弄糊涂了。px,pt,dpi,ppi,dip,dpr…… （其实不一定都要懂，懂你需要的就不会糊涂。）

如果你不是前端，也许对上面的代码不感兴趣，那么你很可能对下面的几个奇怪的现象感兴趣：

Q1: 为什么同样大小的字体（比如14px）或者同一个app的icon在不同的移动设备下人眼看起来的大小不一样？
Q2: 电影是不是分辨率越高，在电脑上看就越清晰？
Q3：为什么我用手机拍的同样的照片，在retina屏幕下的电脑更清晰？
Q4: 为什么视觉设计师为移动端设计的稿子是750px大小的？
Q5: 为什么在macbook pro（retina）里面的photoshop中打开同样尺寸的图片，retina中缩小了几乎一倍？

不要晕，听我慢慢说。

基本概念

照例，先从我自己的角度介绍一些基本概念。

一切都要从像素讲起。“像素”（pixel）只存在于数码设备显示领域,。图片、视屏、html中的dom元素的尺寸、iphone的设备分辨率都是可以用像素来度量的。

来一张官方iphoneSE的显示屏介绍图

像素的种类

像素分为物理像素和设备独立像素：

设备像素/物理像素（physical pixel）

和设备独立像素相反，它是“依赖设备的”的像素，表示设备能控制显示的最小单位。

更详细点，如下图所示，一个电子屏是有很多个固定大小的“点”组成的，可以把“点”看成是能发出彩色光的“灯泡”，每个“灯泡”只能发出一种颜色的光。当每个“灯泡”都发白光时，就是一块纯白色的屏幕；同样的，“灯泡”按照一定的规则展示不同的颜色，就可以让电子屏展示一幅图啦。（为了区分，余下的文字中的物理像素都用“灯泡”来表示）

那么人眼能不能看到这些像素点呢？在一些电子设备上，人眼是可以感受到颗粒感的：

但是在像素点小到人眼在正常情况下无法看到的情况下，屏幕是光滑的。retina屏幕就是这样，图2-iphone6手机配置图说的就是每行有1136个（灯泡）。
设备独立像素（DIP - device-independent pixel）

顾名思义，它是独立于设备的用于逻辑上衡量像素的单位。举两个例子：
- css像素
  
  这个前端最熟悉，平常在开发网页时设置字体大小、图片显示大小等等。用来控制元素展示的长宽，根据代码自由定义
- 描述位图尺寸的像素
  
  平时我们在电脑上可以看到的图片信息是这样的：
  
  一张位图图片是由很多个大小相等的纯色的色块构成，在你用“放大镜”放大到够大的时候能很清楚的看得到。在photoshop中创建画布，会首先让你设置画布长多少像素，宽多少像素。这里的像素值等于色块的个数。
  
  下图是某张图片在放大后看到的色块。如果一张图片尺寸是2*2，那么它就是由4个色块组成。这个图片像素指的是图片设计尺寸，不一定是真正显示的尺寸，但是显示尺寸等于设计尺寸时图片是是最清晰的。它指导着屏幕里面的“灯泡”应该展示哪种颜色。

像素的相关词

ppi （Pixels Per Inch）

也叫像素密度，所表示的是每英寸所拥有的像素数量。密度越高，拟真越强。移动设备通常会给出对角线的长度（单位英寸），和长*宽的分辨率，所以根据公式可以算出ppi：

同理，如果只给出了设备长（单位英寸）和长度分辨率（单位像素），也同样可以算出来。
dpi (Dots Per Inch）

这是和ppi容易混淆到一起的概念。指打印设备每英寸印刷出来的点有多少个,同一张图片打印出来和在电脑上看到的清晰度就不一定相同。因为不影响我们理解，有一些博客又喜欢混用，作为只跟电子屏打交道的前端开发，认为各大博客上的dpi=ppi就好。
dpr （device-pixel-ratio: Number of device pixels per CSS Pixel）

dpr可以用window.devicePixelRatio得到，是设备上物理像素和设备独立像素(device-independent pixels (dips))的比例。

公式表示就是：window.devicePixelRatio = 物理像素 / dips

大家通常指的dpr是个固定值： dpr的值表示在理想布局宽度（ideal viewport）里，使用多少个物理像素来渲染一个设备独立像素。

在ios中，dpr通常是1，2，3；但是在android中，ideal viewport会根据浏览器自己的喜好变化，甚至会是小数。现在andorid注重高分辨率，很多都达到3了。

Viewport

终于讲到上面的meta标签，name是viewport。那么什么是viewport？

viewport是视口、视窗的意思，Peter-Paul Koch 大神将其分为layout viewport,visual viewport,ideal viewport三种，三种的单位都是相对像素。在这个meta标签中指的是layout viewport。

ideal viewport 理想视图
- 它不是一个真实存在的视图，而是开发者期望的视图。在这个视图中，文字和图片不管在何种分辨率下（无论是pc还是移动端）在肉眼看起来都可以保持差不多大小。在响应式设计的年代，确实只要保证这一点就够了。
- 不同设备"理想视图"的宽度有不同的大小,安卓的设备种类比较多，只列出一种参考下。
- 一些设备上，ideal viewport宽度可以用screen.width获取；另一些设备上需要screen.width除以window.devicePixelRatio。

剩下的两种视图，我看了很多博客都觉得晕晕的。最后发现用<html></html> 来切入很适合用来理解。

在网页设计里，如果用百分比定义块状元素的尺寸，那么元素的尺寸等于其父元素乘以该百分比。一张网页中所有标签的父元素是<html></html>，那如果html的宽度也用百分比定义，html的父元素又是什么呢？没错，就是“渲染视图”（layout viewport）。

visual viewport 视觉视图
- 从好懂的视图讲起，“视觉视图”的宽度就是指你看到的浏览器或者app的webview中可视区域的宽度。他的值很有用，可以用来推算1个css像素在当前页面等价于多少里面。很简单，把页面分成宽度值那么多份就好。
- 举例：比如视觉视图的宽度为6px；那么2px的字就是这么大。
  
  所以说，为了让手机上的字和电脑上大小差不多，我们希望visual viewport的宽度等于ideal viewport。
- visual viewport宽度可以用window.innerWidth获取
layout viewport 渲染视图
- 是<html></html>的父元素，网页内容在其基础上进行渲染，所以叫“渲染视图”。
- 和visual viewport的关系：
  - 在pc上,dom树中超出的layout viewport的部分（网页中有元素任性的比渲染视图还宽）不会算入visual viewport。
    - 网页缩放倍率为1或者缩小时，layout viewport宽度=visual viewport宽度;。
    - 网页放大时，layout viewport宽度>visual viewport宽度（和手机一样，可参考下图）。
  - 在移动端比较复杂，不同浏览器/设备有不同的表现。
    - 一部分浏览器/设备，dom树中超出的layout viewport的部分不会算入visual viewport。
    - 另一部分浏览器/设备，dom树中超出的layout viewport的部分会算入visual viewport，此时visual viewport宽度 > layout viewport（亲测摩托罗拉的chrome浏览器就是这样）。
    - 在网页设计中，我们不希望有滚动条，通常会保证没有元素超出<html></html>，或者把超出的部分hidden掉，所以暂时可以不用考虑超不超出的问题。
  - 综上，为了让在宽度有限的设备上看到layout viewport的所有内容，我们让layout viewport的宽度等于visual viewport，设置页面缩放比例为1即可.
  - layout viewport宽度可以用document.documentElement.clientWidth获取。

文章开头说的字在手机上变小的情况，是因为手机面世初期，很多网页都是针对pc端设计的.宽度至少在900px以上吧。这样放在手机上因为容器变窄，文字和图片会互相挤压。为了解决这个问题，很多手机浏览器会在默认情况下，设置visual viewport为一个较大的值，比如iphone6和摩托罗拉t40上是980px。这样，pc上的页面基本就可以不变形的展示在手机上，只是字很小。

如今很多网页都是响应式开发，其实已经不需要这个默认值了。

文中开头的代码是常见的移动端开发会加入的代码，但是在pc端是不生效的。最后解释一下meta标签中的每一个属性：

width: 设置layout viewport的宽度。可设置为为一个正整数(单位px)，或字符串"width-device"（等于设备宽度/理想宽度）
initial-scale: 设置页面的初始缩放值，为一个数字，可以带小数。当initial-scale为1时，不管是否设置width，layout viewport宽度=visual viewport宽度=ideal viewport宽度。iphone6上就是375px。
minimum-scale: 允许用户的最小缩放值，为一个数字，可以带小数
maximum-scale: 允许用户的最大缩放值，为一个数字，可以带小数
user-scalable: 是否允许用户进行缩放，值为"no"或"yes", no 代表不允许，yes代表允许

解答问题

Q1: 为什么同样大小的字体（比如14px）或者同一个app的icon在不同的移动设备下人眼看起来的大小不一样？

答：其实这个问题等价于一个css像素在两个设备中分别等价于多少英寸。如果网页是在ideal viewport下，可以推理出一个公式：每个物理像素等于1/PPI()英寸)，在ideal viewport下，DPR表示1个css像素由几个物理像素组成。因此,得到公式：

（1/PPI）* DPR = DPR/PPI

举个例子：iphone6-PPI为326，DPR为2，DPR/PPI约等于0.0061;iphone6S-PPI为401，DPR为3，DPR/PPI约等于0.0075；所以iphone6s上的app和字比iphone6大哦。

通常，设备显示屏越大，一个css像素代表的物理尺寸需要大一点。因为人眼会离大屏幕的比较远，离小屏幕的比较近。虽然物理尺寸不一样，但是人眼感觉起来是差不多大的。
Q2: 电影是不是分辨率越高，在电脑上看就越清晰？

答：不是。每个设备拥有的“灯泡”（设备像素）是固定的。如果电影的分辨率大于设备拥有的“灯泡”，就代表着要用1个“灯泡”来显示多个图像像素。但是一个“灯泡”只能发出一种光，最好是让一个“灯泡”显示一个图像像素。所以以后下电影下适合的分辨率就好啦，否则也是浪费掉了。
Q3：为什么我用手机拍的同样的照片，在retina屏幕下的电脑更清晰？

答：PPI越高，画面越精细。当图片的显示大小小于它实际的分辨率（数码设备发展很快，随随便便一张图就可以很大的分辨率，所以一般都是小于的），4 * 4的照片一般设备只能用2 * 2的“灯泡”来渲染，而retina的设备可以用4*4的来渲染，所以就更清晰啦。同理也可以应用与上面电影的问题，retina可以播放更大分辨率的电影。
Q4: 为什么视觉设计师为移动端设计的稿子是750px大小的？

答：现在移动端的页面会基于宽度为750px的画布进行设计，是根据iphone6的设备分辨率来设计的。虽然iphone6上网页设计出来只有375px大小，但是为了充分利用每一个“灯泡”，画面更精细，需要用750px的画布来设计。
Q5: 为什么在macbook pro（retina）里面的photoshop中打开同样尺寸的图片，retina中缩小了几乎一倍？

答：补充一下，这里的场景是图片都不放大的情况下。

在不放大的情况下，默认photoshop中一个“灯泡”渲染一个图片像素。因为retina屏幕的像素密度更大，在dpr为2的retina屏幕下面，图片就缩小了一倍。看到论坛上的一些解决方案是放大一倍来设计。