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现代 CSS 解决方案:CSS 数学函数之 calc

SbCo iCSS前端趣闻 2023-06-12

在 CSS 中,其实存在各种各样的函数。具体分为:

  • Transform functions[1]
  • Math functions[2]
  • Filter functions[3]
  • Color functions[4]
  • Image functions[5]
  • Counter functions[6]
  • Font functions[7]
  • Shape functions[8]
  • Reference functions[9]
  • CSS grid functions[10]

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[11] 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[12] 函数允许在声明 CSS 属性值时执行一些计算。

语法类似于

{
    widthcalc(100% - 80px);
}

一些需要注意的点:

  • +- 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%)
  • */ 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:

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 {
    height100vh;
}
.g-content {
    heightcalc(100vh - 80px);
}
.g-footer {
    height80px;
}

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-sizecalc(1rem + 10px);
    widthcalc(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:

{
    widthcalc(100% / 7);
    animation-delaycalc(1s * 3);
}

Calc 的嵌套

calc() 函数是可以嵌套使用的,像是这样:

{
  widthcalc(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:

{
  widthcalc(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-0calc(1vh + 1% + 1px + 1em + 1vw + 1cm);

  --level-1calc(var(--initial-level-0) + var(--initial-level-0));
  --level-2calc(var(--level-1) + var(--level-1));
  --level-3calc(var(--level-2) + var(--level-2));
  --level-4calc(var(--level-3) + var(--level-3));
  --level-5calc(var(--level-4) + var(--level-4));
  --level-6calc(var(--level-5) + var(--level-5));
  --level-7calc(var(--level-6) + var(--level-6));
  --level-8calc(var(--level-7) + var(--level-7));
  --level-9calc(var(--level-8) + var(--level-8));
  --level-10calc(var(--level-9) + var(--level-9));
  --level-11calc(var(--level-10) + var(--level-10));
  --level-12calc(var(--level-11) + var(--level-11));
  --level-13calc(var(--level-12) + var(--level-12));
  --level-14calc(var(--level-13) + var(--level-13));
  --level-15calc(var(--level-14) + var(--level-14));
  --level-16calc(var(--level-15) + var(--level-15));
  --level-17calc(var(--level-16) + var(--level-16));
  --level-18calc(var(--level-17) + var(--level-17));
  --level-19calc(var(--level-18) + var(--level-18));
  --level-20calc(var(--level-19) + var(--level-19));
  --level-21calc(var(--level-20) + var(--level-20));
  --level-22calc(var(--level-21) + var(--level-21));
  --level-23calc(var(--level-22) + var(--level-22));
  --level-24calc(var(--level-23) + var(--level-23));
  --level-25calc(var(--level-24) + var(--level-24));
  --level-26calc(var(--level-25) + var(--level-25));
  --level-27calc(var(--level-26) + var(--level-26));
  --level-28calc(var(--level-27) + var(--level-27));
  --level-29calc(var(--level-28) + var(--level-28));
  --level-30calc(var(--level-29) + var(--level-29));

  --level-finalcalc(var(--level-30) + 1px);

    border-widthvar(--level-final);                                 
    border-style: solid;
}

可以看到,从 --level-1 --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--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:

css-crash

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-delaycalc(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 {
    --width10px;
}
div {
    widthcalc(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:

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:

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-delaycalc(var(--delay) * -1s);
}
@keyframes rotate {
    to {
        transformrotate(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-itemstyle="--delay: 0"></div>
    <div class="g-itemstyle="--delay: 0.6"></div>
    <div class="g-itemstyle="--delay: 1.2"></div>
    <div class="g-itemstyle="--delay: 1.8"></div>
    <div class="g-itemstyle="--delay: 2.4"></div>
</div>

核心的 CSS 还是这一句,不需要做任何修改:

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

完整的 DEMO,你可以戳这里:CodePen Demo -- Calc & CSS Variable Demo[13]

calc 搭配自定义变量时候的默认值

还是上述的 Loading 动画效果,如果我的 HTML 标签中,有一个标签忘记填充 --delay 的值了,那会发生什么?

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"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 1.8"></div>
    <div class="g-item" style="--delay: 2.4"></div>
</div>
{
    animation-delaycalc(var(--delay) * -1s);
}

由于 HTML 标签没有传入 --delay 的值,并且在 CSS 中向上查找也没找到对应的值,此时,animation-delay: calc(var(--delay) * -1s) 这一句其实是无效的,相当于 animation-delay: 0,效果也就是少了个球的效果:

所以,基于这种情况,可以利用 CSS 自定义变量 var() 的 fallback 机制:

{
    // (--delay, 1) 中的 1 是个容错机制
    animation-delaycalc(var(--delay, 1) * -1s);
}

此时,如果没有读取到任何 --delay 值,就会使用默认的 1 与 -1s 进行运算。

Calc 字符串拼接

很多人在使用 CSS 的时候,会尝试字符串的拼接,像是这样:

<div style="--url: 'bsBD1I.png'"></div>
:root {
    --urlA'url(https://s1.ax1x.com/2022/03/07/';
    --urlB')';
}
div {
    width400px;
    height400px;
    background-imagecalc(var(--urlA) + var(--url) + var(--urlB));
}

这里想利用 calc(var(--urlA) + var(--url) + var(--urlB)) 拼出完整的在 background-image 中可使用的 URL url(https://s1.ax1x.com/2022/03/07/bsBD1I.png)

然而,这是不被允许的(无法实现的)。calc 的没有字符串拼接的能力

唯一可能完成字符串拼接的是在元素的伪元素的  content 属性中。但是也不是利用 calc。

来看这样一个例子,这是错误的:

:root {
    --stringA'123';
    --stringB'456';
    --stringC'789';
}

div::before {
    contentcalc(var(--stringA) + var(--stringB) + var(--stringC));
}

此时,不需要 calc,直接使用自定义变量相加即可。

因此,正确的写法:

:root {
    --stringA'123';
    --stringB'456';
    --stringC'789';
}
div::before {
    contentvar(--stringA) + var(--stringB) + var(--stringC);
}

此时,内容可以正常展示:

再强调一下,calc 的没有字符串拼接的能力,如下的使用方式都是无法被识别的错误语法:

.el::before {
  // 不支持字符串拼接
  contentcalc("My " + "counter");
}
.el::before {
  // 更不支持字符串乘法
  contentcalc("String Repeat 3 times" * 3);
}

最后

本文是现代 CSS 解决方案系列文章的第二篇,首发公众号,希望通过一些更易理解的语言、更直观的 DEMO,讲述在如今如何更好的使用 CSS 去提升我们网站的体验,去提高我们的技巧。

好了,本文到此结束,希望对你有所帮助:)

如果还有什么疑问或者建议,可以多多交流,原创文章,文笔有限,才疏学浅,文中若有不正之处,万望告知。


参考资料
[1]

Transform functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#transform_functions

[2]

Math functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#math_functions

[3]

Filter functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#filter_functions

[4]

Color functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#color_functions

[5]

Image functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#image_functions

[6]

Counter functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#counter_functions

[7]

Font functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#font_functions

[8]

Shape functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#shape_functions

[9]

Reference functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#reference_functions

[10]

CSS grid functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#css_grid_functions

[11]

CSS Values and Units Module Level 4: https://drafts.csswg.org/css-values/#math

[12]

CSS: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/CSS

[13]

CodePen Demo -- Calc & CSS Variable Demo: https://codepen.io/Chokcoco/pen/OJzarJL


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