CSS 响应式布局

Question

我们期望页面可以根据用户的设备环境，比如系统，分辨率，屏幕尺寸等因素，进行自发式调整，提供更适合当前环境的阅读和操作体验，对已有和未来即将出现的新设备有一定的适应能力。

像素

什么是像素？

像素是图像中最小的单位，一个不可再分割的点，对应到物理设备上（比如计算机屏幕），就是屏幕上的一个光点。我们常说的分辨率就是长和宽上像素点的个数，比如 IPhone X 的分辨率是 1125×2436，代表屏幕横向和纵向分别有 1125 和 2436 个像素点，这里的像素是设备像素（Device Pixels）。

1px ≠1 像素

实际开发中，你可能发现 Iphone X 的设计稿是 375×812，WTF？

这里的 375×812 是 CSS 像素，也叫虚拟像素，逻辑像素。为什么我们不使用设备像素呢？

设备像素对应屏幕上的光点，如今的屏幕分辨率已经达到人眼无法区分单个像素的程度了。试想一下，要在 IPhone X 宽不到 7cm 的屏幕上数出 1125 个像素点，想想就让人头疼。所以我们在实际开发中通常使用 CSS 像素，你眼中的 1px 可能对应多个设备像素，比如上面的 IPhone X，

1 css px = 3 * 3 device px // IPhone X 中，1 个 CSS 像素对应 3*3 的 9 个设备像素点

而上面这个比值 3 就是设备像素比（Device Pixel Ratio，简称 DPR）。

DPR 可以在浏览器中通过 JavaScript 代码获取，

window.devicePixelRatio // IPhone X 中等于 3，IPhone 6/7/8 中等于 2，Web 网页为 1

像素是一个固定单位，一般我们不会使用固定像素来做响应式布局，但是你需要了解他。相反，响应式布局里经常会用到相对单位，比如 EM。

EM

EM 相对于元素自身的 font-size ，

p {
  font-size: 16px;
  padding: 1em; /* 1em = 16px */
}

如果元素没有显式地设置 font-size ，那么 1em 等于多少呢？

这个问题其实跟咱说的 em 没啥关系，这里跟 font-size 的计算规则相关，回顾一下。如果元素没有设置 font-size ，会继承父元素的 font-size ，如果父元素也没有，会沿着 DOM 树一直向上查找，直到根元素 html ，根元素的默认字体大小为 16px。

理解了 EM ， REM 就很简单了。

REM

REM = Root EM ，顾名思义就是相对于根元素的 EM。所以它的计算规则比较简单，

1 rem 就等于根元素 html 的字体大小，

html {
  font-size: 14px;
}

p {
  font-size: 1rem; /* 1rem = 14px */
}

所以，如果我们改变根元素的字体大小，页面上所有使用 rem 的元素都会被重绘。

EM 和 REM 都是相对单位，我们在做响应式布局的时候应该如何选择呢？

根据两者的特性，

• EM 更适合模块化的页面元素，比如 Web Components
• REM 则更加方便，只需要设置 html 的字体大小，所以 REM 的使用更加广泛一些

实际开发中，设计图的单位是 CSS 像素，我们可以借助一些工具将 px 自动转换为 rem ，

下面是一个用 PostCSS 插件在基于 Webpack 构建的项目中自动转换的例子，

var px2rem = require('postcss-px2rem');

module.exports = {
  module: {
    loaders: [
      {
        test: /\.css$/,
        loader: "style-loader!css-loader!postcss-loader"
      }
    ]
  },
  postcss: function() {
    return [px2rem({remUnit: 75})];
  }
}

我们已经有响应式单位了，接下来要怎么让页面支持响应式布局呢？

第一步需要先设置页面的 viewport 。

Viewport

著名的 JavaScript 专家 Peter-Paul Koch 曾发表过三篇有关 viewport 的文章，

• 《A tale of two viewports — part one》
• 《A tale of two viewports — part two》
• 《Meta viewport》

建议先看完上述文章。 viewport 最先由 Apple 引入，用于解决移动端页面的显示问题，通过一个叫 <meta> 的 DOM 标签，允许我们可以定义视口的各种行为，比如宽度，高度，初始缩放比例等，

<!-- 下面的 meta 定义了 viewport 的宽度为屏幕宽度，单位是 CSS 像素，默认不缩放 -->
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">

Peter-Paul Koch 在文章中将移动浏览器的视口分为三种。

layout viewport

为了解决早期 Web 页面在手持设备上的显示问题，Apple 在 IOS Safari 中定义了一个 viewport meta 标签，它可以创建一个虚拟的布局视口（ layout viewport ），这个视口的分辨率接近于 PC 显示器。这样一来，由于两者的宽度趋近，CSS 只需要像在 PC 上那样渲染页面就行，原有的页面结构也基本不会被破坏。

layout viewport 是一个固定的值，由浏览器厂商设定，

• IOS 和 Android 基本都是 980px
• 黑莓（BlackBerry）和 IE10 是 1024px

可以通过 document 获取布局视口的宽度和高度，

var layoutViewportWidth = document.documentElement.clientWidth
var layoutViewportHeight = document.documentElement.clientHeight

visual viewport

视觉视口（visual viewport）可以简单理解为 手持设备物理屏幕的可视区域 。也就是你的手机屏幕，所以不同设备的视觉视口可能不同，有了 visual viewport ，我们就可以实现网页的拖拽和缩放了，为什么？

因为有了一个承载布局视口的容器 。

试想一下，假如我们现在有一台 IPhone 6（375×627），它会在宽为 375px 的 visual viewport 上，创建一个宽为 980px 的 layout viewport ，于是用户可以在 visual viewport 中拖动或缩放网页来获得更好的浏览体验。

视觉视口可以通过 window 获取，

var visualViewportWidth = window.innerWidth
var visualViewportHeight = window.innerHeight

idea viewport

我们前面一直在讨论 Web 页面在移动浏览器上的适配问题，但是如果网页本来就是为移动端设计的，这个时候布局视口（layout viewport）反而不太适用了，所以我们还需要另一种布局视口，它的宽度和视觉视口相同，用户不需要缩放和拖动网页就能获得良好的浏览体验，这就是理想视口（idea viewport）。

我们可以通过 meta 设置将布局视口转换为理想视口，

<meta name="viewport" content="width=device-width">

meta

视口可以通过 <meta> 进行设置， viewport 元标签的取值有 6 种，

• width，正整数 | device-width，视口宽度，单位是 CSS 像素，如果等于 device-width，则为理想视口的宽度
• height，正整数 | device-width，视口宽度，单位是 CSS 像素，如果等于 device-height，则为理想视口的高度
• initial-scale，0-10，初始缩放比例，允许小数点
• minimum-scale，0-10，最小缩放比例，必须小于等于 maximum-scale
• maximum-scale，0-10，最大缩放比例，必须大于等于 minimum-scale
• user-scalable，yes/no，是否允许用户缩放页面，默认是 yes

了解了视口之后，让我们回到响应式布局，与视口相关的几个单位有： vw，vh，百分比 。

vw，vh，百分比

浏览器对于 vw 和 vh 的支持相对较晚，在 Android 4.4 以下的浏览器中可能没办法使用，下面是来自 Can I use 完整的兼容性统计数据，新生特性往往逃不过兼容性的大坑，但是这并不妨碍我们了解它。

响应式设计里， vw 和 vh 常被用于布局，因为它们是相对于视口的，

• vw，viewport width，视口宽度，所以 1vw = 1% 视口宽度
• vh，viewport height，视口高度，所以 1vh = 1% 视口高度

以 IPhone X 为例，vw 和 CSS 像素的换算如下，

<!-- 假设我们设置视口为完美视口，这时视口宽度就等于设备宽度，CSS 像素为 375px -->
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">

<style>
  p {
    width: 10vw; /* 10vw = 1% * 10 * 375px = 37.5px */
  }
</style>

我们说百分比也可以用来设置元素的宽高，它和 vw ， vh 的区别是什么？

这里只需要记住一点， 百分比是相对于父元素的宽度和高度计算的。

到这里，相信你已经掌握了响应式布局里常用的所有单位。接下来，我们介绍弹性盒和栅格，它们都不是单位，而是一种新的布局方案。

弹性盒

W3C 在 2009 年提出了弹性盒，截止目前浏览器对 FlexBox 的支持已经相对完善，下面是 Can I use FlexBox 完整的兼容性情况，关于弹性盒模型推荐阅读这篇文章 A Complete Guide to Flexbox。

假设你已经阅读完并了解了弹性盒模型，响应式布局中我们需要关注 FlexBox 里的两个角色： 容器和子元素 。

container

指定 display 属性为 flex ，就可以将一个元素设置为 FlexBox 容器，我们可以通过定义它的属性，决定子元素的排列方式，属性可选值有 6 种：

• flex-direction :主轴方向，也就是子元素排列的方向
• flex-wrap :子元素能否换行展示及换行方式
• flex-flow :flex-direction 和 flex-wrap 的简写形式
• justify-content :子元素在主轴上的对齐方式
• align-items :子元素在垂直于主轴的交叉轴上的排列方式
• align-content ，子元素在多条轴线上的对齐方式

items

子元素也支持 6 个属性可选值：

• order :子元素在主轴上的排列顺序
• flex-grow ，子元素的放大比例，默认 0
• flex-shrink ，子元素的缩小比例，默认 1
• flex-basis ，分配剩余空间时，子元素的默认大小，默认 auto
• flex :flex-grow，flex-shrink，flex-basis 的简写
• align-self ，覆盖容器的 align-items 属性

弹性盒模型布局非常灵活，属性值也足够应对大部分复杂的场景，但 FlexBox 基于轴线，只能解决一维场景下的布局，作为补充，W3C 在后续提出了网格布局（CSS Grid Layout），网格将容器再度划分为 “行” 和 “列”，产生单元格，项目（子元素）可以在单元格内组合定位，所以网格可以看作二维布局。

网格

关于网格布局推荐阅读这篇文章 A Complete Guide to Grid。

上述文章非常详细地介绍了网格的一些基本概念（比如容器和项目，行和列，单元格和网格线等），使用姿势，注意事项等。作为新兴的布局方案，使用时你需要考虑兼容性是否满足，不过在标准之外，我们可能也正通过其他的一些姿势在使用网格。如果你关注时下一些比较热门的 UI 库，比如 Ant Desgin，Material UI，Element Plus 等，它们以栅格系统的方式实现了对网格部分特性的支持。

UI 库对 Grid 的实现中，通常会使用到媒体查询，这也是响应式布局的核心技术。

媒体查询

媒体查询（Media Query）是 CSS3 规范中的一部分，媒体查询提供了简单的判断方法，允许开发者根据不同的设备特征应用不同的样式。响应式布局中，常用的设备特征有，

• min-width :数值，视口宽度大于 min-width 时应用样式
• max-width :数值，视口宽度小于 max-width 时应用样式
• orientation : portrait | landscape ，当前设备的方向

选择 min-width 和 max-width 取值的过程，称为 设备断点选择 ，它可能取决于产品设计本身，下面是 百度 Web 生态团队 总结的一套比较具有代表性的设备断点，

/* 很小的设备（手机等，小于 600px） */
@media only screen and (max-width: 600px) { }

/* 比较小的设备（竖屏的平板，屏幕较大的手机等, 大于 600px） */
@media only screen and (min-width: 600px) { }

/* 中型大小设备（横屏的平板, 大于 768px） */
@media only screen and (min-width: 768px) { }

/* 大型设备（电脑, 大于 992px） */
@media only screen and (min-width: 992px) { }

/* 超大型设备（大尺寸电脑屏幕, 大于 1200px） */
@media only screen and (min-width: 1200px) { }

如果你需要对细分屏幕大小进行适配，ResponsiveDesign 站点上的这篇文章 Media queries for common device breakpoints 可能会有所帮助。

响应式文字和图片

相信你已经掌握了响应式布局的所有知识，接下来我们介绍一些最佳实践。

文字

大多数用户阅读都是从左到右，如果一行文字太长，阅读下一行时容易出错，或者用户只会读一行文字的前半部分，而略读后半部分。在上世纪就有研究表明，一行 45 ~ 90 个英文字符是最好的，对于汉字来说，一行文字合理的数量应该是 22 ~ 45 个字符。

此外，字体大小对阅读体验同样重要，基本字体一般不小于 16px ，行高大于 1.2em 。

p {
  font-size: 16px;
  line-height: 1.2em; /* 1.2em = 19.2px */
}

图片

《高性能网站建设指南》的作者 Steve Souders 曾在 2013 年的一篇 博客 中提到：

我的大部分性能优化工作都集中在 JavaScript 和 CSS 上，从早期的 Move Scripts to the Bottom 和 Put Stylesheets at the Top 规则。为了强调这些规则的重要性，我甚至说过，“JS 和 CSS 是页面上最重要的部分”。几个月后，我意识到这是错误的。图片才是页面上最重要的部分。

图片几乎占了网页流量消耗的 60%，雅虎军规和 Google 都将图片优化作为网页优化不可或缺的环节，除了图片性能优化外， 响应式图片 无疑带来更好的用户体验。

下面是一些响应式图片的最佳实践，

1.确保图片内容不会超出 viewport

试想一下，如果图片固定大小且超出理想视口的宽度，会发生什么？

内容会溢出视口外，导致出现横向滚动条对不对，这在移动端是非常不好的浏览体验，因为用户往往更习惯上下滚动，而不是左右滚动，所以我们需要确保图片内容不要超出 viewport ，可以通过设置元素的最大宽度进行限制，

img {
  max-width: 100%;
}

类似的，相同的规则也应该用于一些其他的嵌入式元素，比如 embed，object，video 等。

2. 图片质量支持响应式

这是一种支持优雅降级的方案，现代浏览器已经支持了 srcset 和 sizes 属性，对于兼容性不好的浏览器，会继续使用默认 src 属性中的图片，所以我们可以放心大胆的使用。

• srcset 支持定义几组图片和对应的尺寸
• sizes 支持一组媒体查询条件

<!-- 响应式图片 -->
<img
  srcset="example-320w.jpg 320w,
          example-480w.jpg 480w,
          example-800w.jpg 800w"
  sizes="(max-width: 320px) 280px,
         (max-width: 480px) 440px,
         800px"
  src="example-800w.jpg" alt="An example image">

如果我们书写了上面代码中的图片，浏览器会根据下面的顺序加载图片，

1. 获取设备视口宽度
2. 从上到下找到第一个为真的媒体查询
3. 获取该条件对应的图片尺寸
4. 加载 srcset 中最接近这个尺寸的图片并显示

除了上述方式外，我们也可以使用 HTML5 标准中的 picture 标签实现类似的效果，

<picture>
  <source media="(max-width: 799px)" srcset="example-480w-portrait.jpg">
  <source media="(min-width: 800px)" srcset="example-800w.jpg">
  <img src="example-800w.jpg" alt="An example img">
</picture>

小结

我们从响应式布局的设计角度出发，介绍了响应式的设计理念，前置知识（像素，DPR，视口等），相对单位（em，rem，百分比，vw，vh 等），布局方案（FlexBox，Gird）以及媒体查询等技术，其中不乏很多前辈们的最佳实践，作为开发者我们应该用这些经验，以更好地优化不同尺寸大小设备的用户体验。