Flutter 从 0 到 1

长话短说 我发现 Flutter 的 widget 和 tween 的强大之处，在使用 Dart 开发 Android/iOS 应用程序的图表动画过程中。

2018 年 8 月 7 日更新，适配 Dart 2 语法。GitHub repo在 2018 年 10 月 17 日添加。下面的描述每步都是一个单独提交。

迁移到新的开发栈可以让您了解自己对技术的优先级。在我的清单中排在前三位的是：

强大的概念通过提供简单的，相关的构造方法，逻辑或数据，从而有效地处理复杂度。
清晰的代码让我们可以清晰地表达概念，不被语言陷阱、过多的引用或者辅助细节所干扰。。
快速迭代是实验和学习的关键 - 软件开发团队以学习为生：需求到底是什么，以及如何通过最优的代码实现它。

Flutter 是用 Dart 实现，可以用一套代码同时构建 Android 和 iOS 应用的新平台。由于我们的需求涉及到一个相当复杂的 UI，包括动画图表，所以只构建一次的想法似乎非常有吸引力。我的任务包括使用 Flutter 的 CLI 工具，一些预先构建的 Widgets 及其 2D 渲染引擎。除了编写大量 Dart 代码来构建模型和动画图表外。我将在下面分享一些重点概念，并为您自己评估 Flutter/Dart 技术栈提供一个参考。

一个简单的动画条形图，在开发过程中从 iOS 模拟器获取

这是 Flutter 及其 “widgets” 和 “tween” 概念介绍的两部分中的第一部分。我将通过使用它们实现显示动画（如上图所示的图表）来说明这些概念的强大之处。完整的代码示例将给你 Dart 代码能清晰表达问题的印象。我将包含足够的细节，您应该能够在自己的笔记本电脑（以及模拟器或设备）上进行操作，并体验 Flutter 开发周期的长度。

首先，安装 Flutter，完成之后在终端运行。

1	$ flutter doctor

检查设置：

$ flutter doctor
Doctor summary (to see all details, run flutter doctor -v):
[✓] Flutter
    (Channel beta, v0.5.1, on Mac OS X 10.13.6 17G65, locale en-US)
[✓] Android toolchain - develop for Android devices
    (Android SDK 28.0.0)
[✓] iOS toolchain - develop for iOS devices (Xcode 9.4)
[✓] Android Studio (version 3.1)
[✓] IntelliJ IDEA Community Edition (version 2018.2.1)
[✓] Connected devices (1 available)

• No issues found!

以上复选框都满足了，您将可以创建一个 Flutter 应用程序了。我们命名它为 charts：

1	$ flutter create charts

目录结构：

charts
  android
  ios
  lib
    main.dart

大约生成 60 个文件，组成一个可以安装在 Android 和 iOS 上的完整示例程序。我们将在 main.dart 和它的同级文件中完成所有编码，而不需要触及任何其他文件或目录。

您应该验证是否可以启动示例程序。启动模拟器或插入设备，然后在 charts 目录下，执行

1	$ flutter run

您应该在模拟器或设备上看到一个简单的计数应用程序。它默认使用 MD 风格的 widgets，但这是可选的。作为 Flutter 架构的最顶层，这些 widgets 是完全可替换的。

让我们首先用下面的代码替换 main.dart 的内容，作为玩转图表动画的简单起点。

import 'dart:math';

import 'package:flutter/material.dart';

void main() {
  runApp(MaterialApp(home: ChartPage()));
}

class ChartPage extends StatefulWidget {
  @override
  ChartPageState createState() => ChartPageState();
}

class ChartPageState extends State<ChartPage> {
  final random = Random();
  int dataSet;

  void changeData() {
    setState(() {
      dataSet = random.nextInt(100);
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      body: Center(
        child: Text('Data set: $dataSet'),
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.refresh),
        onPressed: changeData,
      ),
    );
  }
}

保存更改，然后重新启动应用程序。您可以通过按 “R” 从终端执行此操作。这种“完全重启”操作会重置应用程序状态，然后重建 UI。对于在代码更改后，现有应用程序状态仍然有效的情况，可以按 “r” 执行“热重载”，这只会重建 UI。IntelliJ IDEA 安装 Flutter 插件，它提供了集成 Dart 编辑器相同的功能：

屏幕截图来自 IntelliJ IDEA，带有旧版本的 Flutter 插件，显示右上角的重新加载和重启按钮。如果已在 IDE 中启动应用程序，则启用这些按钮。较新版本的插件会在保存时进行热重载。

重新启动后，应用程序会显示一个居中的文本标签，上面写着 “Data set：null” 和一个浮动操作按钮来刷新数据。

要了解热重载和完全重启之间的区别，请尝试以下操作：按几次浮动操作按钮后，记下当前数据集编号，然后将代码中的 Icons.refresh 改为 Icons.add，保存并执行热重载。观察按钮已经改变，但程序的状态仍然保留; 我们仍然在文本上显示获取的随机数。现在撤消 Icon 更改，保存并完全重新启动。应用程序状态已重置，文本标签显示最初状态 “Data set：null”。

我们简单的应用程序显示了 Flutter Widget 两个核心方面：

用户界面由不可变的 widgets 树定义，它是通过调用构造函数（你可以在其中配置 widgets）和 build 方法构建的（其中 widget 可以决定子树的外观）。我们的应用程序生成的树结构如下所示，每个 widget 的主要内容都在括号中。正如您所看到的，虽然 widget 概念非常广泛，但每个具体 widget 类型通常都具有非常集中的职责。

MaterialApp                    (navigation)
  ChartPage                    (state management)
    Scaffold                   (layout)
      Center                   (layout)
        Text                   (text)
      FloatingActionButton     (user interaction)
        Icon                   (graphics)

使用不可变 widget 的不可变树定义用户界面，更改该界面的唯一方法是重建 widget 树。当下一帧到期时，Flutter 会处理这个问题。我们所要做的就是告诉 Flutter 一个子树所依赖的状态已经改变了。这种状态依赖子树的根必须是StatefulWidget。像任何 widget 一样，StatefulWidget 是不可变的，但是它的子树是由 State 对象构建的。Flutter 在树重建期间保留 “State” 对象，并在构建期间将每个对象附加到新树中的各自 widget 上。然后，他们决定 widget 的子树是如何构建的。在我们的应用程序中，ChartPage 是一个 StatefulWidget，ChartPageState 作为它的 State。每当用户按下按钮时，我们执行一些代码来改变 ChartPageState。我们用 setState 界定变化，以便 Flutter 可以进行内部处理并安排widget树进行重建。当发生这种情况时，ChartPageState 将构建一个稍微不同的子树，该子树以新的 ChartPage 实例为根。

不可变 widget 和状态相关子树是 Flutter，为了解决UI异步响应事件，如按钮按下，计时器滴答或传入数据这样复杂的状态管理，而提供的主要工具。从我的桌面应用开发经验来看，我会说这种复杂性是非常真实的。评估 Flutter 的优势，应该是读者去实践它：尝试一些非平凡的事情。

我们的图表应用程序将在 widget 结构方面保持简单，但我们会做一些自定义视图动画。第一步是用非常简单的图表替换每个数据集的文本表示。由于数据集当前只涉及区间 “0..100” 中的单个数字，因此图表将是带有单个条形的条形图，其高度由该数字决定。我们将使用初始值 “50” 来避免 “null” 高度：

import 'dart:math';

import 'package:flutter/material.dart';

void main() {
  runApp(MaterialApp(home: ChartPage()));
}

class ChartPage extends StatefulWidget {
  @override
  ChartPageState createState() => ChartPageState();
}

class ChartPageState extends State<ChartPage> {
  final random = Random();
  int dataSet = 50;

  void changeData() {
    setState(() {
      dataSet = random.nextInt(100);
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      body: Center(
        child: CustomPaint(
          size: Size(200.0, 100.0),
          painter: BarChartPainter(dataSet.toDouble()),
        ),
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.refresh),
        onPressed: changeData,
      ),
    );
  }
}

class BarChartPainter extends CustomPainter {
  static const barWidth = 10.0;

  BarChartPainter(this.barHeight);

  final double barHeight;

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    final paint = Paint()
      ..color = Colors.blue[400]
      ..style = PaintingStyle.fill;
    canvas.drawRect(
      Rect.fromLTWH(
        (size.width - barWidth) / 2.0,
        size.height - barHeight,
        barWidth,
        barHeight,
      ),
      paint,
    );
  }

  @override
  bool shouldRepaint(BarChartPainter old) => barHeight != old.barHeight;
}

CustomPaint 是一个widget，它将绘画委托给 CustomPainter，执行后只画出一个条形图。

下一步是添加动画。每当数据集发生变化时，我们都希望条图形平滑而不是突然地改变高度。Flutter 有一个用于编排动画的AnimationController 类，通过注册一个监听器，我们被告知动画值(从 0 到 1 的 double 值)何时发生变化。每当发生这种情况时，我们可以像以前一样调用 setState 并更新 ChartPageState。

出于解释的原因，我们首先做一个简单的事例：

import 'dart:math';
import 'dart:ui' show lerpDouble;

import 'package:flutter/animation.dart';
import 'package:flutter/material.dart';

void main() {
  runApp(MaterialApp(home: ChartPage()));
}

class ChartPage extends StatefulWidget {
  @override
  ChartPageState createState() => ChartPageState();
}

class ChartPageState extends State<ChartPage> with TickerProviderStateMixin {
  final random = Random();
  int dataSet = 50;
  AnimationController animation;
  double startHeight;   // Strike one.
  double currentHeight; // Strike two.
  double endHeight;     // Strike three. Refactor.

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    animation = AnimationController(
      duration: const Duration(milliseconds: 300),
      vsync: this,
    )..addListener(() {
        setState(() {
          currentHeight = lerpDouble( // Strike one.
            startHeight,
            endHeight,
            animation.value,
          );
        });
      });
    startHeight = 0.0;                // Strike two.
    currentHeight = 0.0;
    endHeight = dataSet.toDouble();
    animation.forward();
  }

  @override
  void dispose() {
    animation.dispose();
    super.dispose();
  }

  void changeData() {
    setState(() {
      startHeight = currentHeight;    // Strike three. Refactor.
      dataSet = random.nextInt(100);
      endHeight = dataSet.toDouble();
      animation.forward(from: 0.0);
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      body: Center(
        child: CustomPaint(
          size: Size(200.0, 100.0),
          painter: BarChartPainter(currentHeight),
        ),
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.refresh),
        onPressed: changeData,
      ),
    );
  }
}

class BarChartPainter extends CustomPainter {
  static const barWidth = 10.0;

  BarChartPainter(this.barHeight);

  final double barHeight;

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    final paint = Paint()
      ..color = Colors.blue[400]
      ..style = PaintingStyle.fill;
    canvas.drawRect(
      Rect.fromLTWH(
        (size.width - barWidth) / 2.0,
        size.height - barHeight,
        barWidth,
        barHeight,
      ),
      paint,
    );
  }

  @override
  bool shouldRepaint(BarChartPainter old) => barHeight != old.barHeight;
}

复杂性已经让人头疼，尽管我们的数据集只是一个数字！设置动画控件所需的代码是一个次要问题，因为当我们获得更多图表数据时，它不会产生分支。真正的问题是变量 startHeight，currentHeight 和 endHeight，它们反映了对数据集和动画值所做的更改，并在三个不同的地方进行了更新。

我们需要一个概念来处理这个烂摊子。

tweens，虽然远非Flutter独有，但它们是构造动画代码的一个非常简单的概念。他们的主要贡献是用函数试方法取代上面的命令式方法。tween 是一个值。它描述了空间中的两个点之间的路径，如条形图一样，动画值从 0 到 1 运行。

Tweens 是通用的，并且可以在 Dart 中表示为 “Tween ” 类型的对象：

abstract class Tween<T> {
  final T begin;
  final T end;
  
  Tween(this.begin, this.end);
  
  T lerp(double t);
}

专业术语 lerp 来自计算机图形学领域，是 linear interpolation（作为名词）和 linearly interpolate（作为动词）的缩写。参数 t 是动画值，tween 应该从 begin（当 t 为零时）到 end（当 t 为 1 时）。

Flutter SDK 的 [Tween <T>](https://docs.flutter.io/flutter/animation/Tween-class.html) 类与上面相似，但它支持 begin 和 end 突变。我不完全确定为什么会做出这样的选择，但是在 SDK 动画支持方面可能有很好的理由，这里我还没深入探索。在下面，我将使用 FlutterTween <T>，假装它是不可变的。

我们可以使用 “Tween” 来代替代码中的条形图高度 barHeight：

import 'dart:math';

import 'package:flutter/animation.dart';
import 'package:flutter/material.dart';

void main() {
  runApp(MaterialApp(home: ChartPage()));
}

class ChartPage extends StatefulWidget {
  @override
  ChartPageState createState() => ChartPageState();
}

class ChartPageState extends State<ChartPage> with TickerProviderStateMixin {
  final random = Random();
  int dataSet = 50;
  AnimationController animation;
  Tween<double> tween;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    animation = AnimationController(
      duration: const Duration(milliseconds: 300),
      vsync: this,
    );
    tween = Tween<double>(begin: 0.0, end: dataSet.toDouble());
    animation.forward();
  }

  @override
  void dispose() {
    animation.dispose();
    super.dispose();
  }

  void changeData() {
    setState(() {
      dataSet = random.nextInt(100);
      tween = Tween<double>(
        begin: tween.evaluate(animation),
        end: dataSet.toDouble(),
      );
      animation.forward(from: 0.0);
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      body: Center(
        child: CustomPaint(
          size: Size(200.0, 100.0),
          painter: BarChartPainter(tween.animate(animation)),
        ),
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.refresh),
        onPressed: changeData,
      ),
    );
  }
}

class BarChartPainter extends CustomPainter {
  static const barWidth = 10.0;

  BarChartPainter(Animation<double> animation)
      : animation = animation,
        super(repaint: animation);

  final Animation<double> animation;

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    final barHeight = animation.value;
    final paint = Paint()
      ..color = Colors.blue[400]
      ..style = PaintingStyle.fill;
    canvas.drawRect(
      Rect.fromLTWH(
        (size.width - barWidth) / 2.0,
        size.height - barHeight,
        barWidth,
        barHeight,
      ),
      paint,
    );
  }

  @override
  bool shouldRepaint(BarChartPainter old) => false;
}

我们使用 Tween 将条形图高度动画端点打包在一个值中。它与 AnimationController 和 CustomPainter 灵活的交换，避免了动画期间的 widgets 树重建。Flutter 基础架构现在标记 CustomPaint 用于在每个动画刻度处重绘，而不是标记整个 ChartPage 子树用于重建，重新布局和重绘。这些都是明确的改进。但 tween 概念还有更多内容; 它提供 structure 来组织我们的想法和代码，但我们不用特意关注这些。Tween 动画描述，

动画值从0到1运动时，通过遍历空间路径中所有 _T_ 的路径进行动画。用 _Tween <T> _ 对路径建模。

在上面的代码中，T 是一个 double，但我们不想动画是 double，我们想要制作条形图的动画！嗯，好的，现在是单独条形图，但概念很强，如果我们有需要，可以扩展它。

（你可能想知道，为什么我们不进一步讨论这个问题，并且坚持数据集动画化，而不是将其表示为条形图。这是因为数据集与条形图不同，条形图是图形对象。通常不会占据平滑路径存在的空间。条形图的数据集通常涉及映射到离散数据类的数字数据。但如果没有条形图的空间表示，则涉及不同类别的两个数据集之间没有合理的平滑路径概念。）

回到我们的代码，我们需要一个 Bar 类型和一个 BarTween 来为它设置动画。让我们将与 bar 相关的类提取到 main.dart 旁边的 bar.dart 文件中：

import 'dart:ui' show lerpDouble;

import 'package:flutter/animation.dart';
import 'package:flutter/material.dart';

class Bar {
  Bar(this.height);

  final double height;

  static Bar lerp(Bar begin, Bar end, double t) {
    return Bar(lerpDouble(begin.height, end.height, t));
  }
}

class BarTween extends Tween<Bar> {
  BarTween(Bar begin, Bar end) : super(begin: begin, end: end);

  @override
  Bar lerp(double t) => Bar.lerp(begin, end, t);
}

class BarChartPainter extends CustomPainter {
  static const barWidth = 10.0;

  BarChartPainter(Animation<Bar> animation)
      : animation = animation,
        super(repaint: animation);

  final Animation<Bar> animation;

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    final bar = animation.value;
    final paint = Paint()
      ..color = Colors.blue[400]
      ..style = PaintingStyle.fill;
    canvas.drawRect(
      Rect.fromLTWH(
        (size.width - barWidth) / 2.0,
        size.height - bar.height,
        barWidth,
        bar.height,
      ),
      paint,
    );
  }

  @override
  bool shouldRepaint(BarChartPainter old) => false;
}

我在遵循一个 Flutter SDK 约定，在 Bar 类的静态方法中定义 BarTween.lerp。这适用于简单类型，如 “Bar”，“Color”，“Rect” 等等，但我们需要重新考虑更多涉及图表类型的方法。Dart SDK 中没有 double.lerp，所以我们使用 dart：ui 包中的 lerpDouble 函数来达到同样的效果。

我们的应用程序现在可以用 Bar 重新表达，如下面的代码所示；我借此机会调用 dataSet。

import 'dart:math';

import 'package:flutter/animation.dart';
import 'package:flutter/material.dart';

import 'bar.dart';

void main() {
  runApp(MaterialApp(home: ChartPage()));
}

class ChartPage extends StatefulWidget {
  @override
  ChartPageState createState() => ChartPageState();
}

class ChartPageState extends State<ChartPage> with TickerProviderStateMixin {
  final random = Random();
  AnimationController animation;
  BarTween tween;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    animation = AnimationController(
      duration: const Duration(milliseconds: 300),
      vsync: this,
    );
    tween = BarTween(Bar(0.0), Bar(50.0));
    animation.forward();
  }

  @override
  void dispose() {
    animation.dispose();
    super.dispose();
  }

  void changeData() {
    setState(() {
      tween = BarTween(
        tween.evaluate(animation),
        Bar(random.nextDouble() * 100.0),
      );
      animation.forward(from: 0.0);
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      body: Center(
        child: CustomPaint(
          size: Size(200.0, 100.0),
          painter: BarChartPainter(tween.animate(animation)),
        ),
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.refresh),
        onPressed: changeData,
      ),
    );
  }
}

新版本更长，额外的代码被添加。这些代码将会出现，当我们在第二部分中解决增加的图表复杂性时。我们的要求涉及彩条，多条，部分数据，堆叠条，分组条，堆叠和分组条，…所有这些都是动画的。敬请关注。

我们将在第二部分中对其中一个动画进行预览。

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