CSS 数学函数之 calc

CSS函数
在 CSS 中，其实存在各种各样的函数。具体分为：

• Transform functions
• Math functions
• Filter functions
• Color functions
• Image functions
• Counter functions
• Font functions
• Shape functions
• Reference functions
• CSS grid functions

这里具体介绍其中的 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，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 {
    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，将上述样式赋给某个元素被 hover 的时候，得到如下效果：

当然，这个 BUG 目前已经被修复了，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，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：

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>

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，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，可以戳这里：CodePen Demo — Calc & CSS Variable Demo
点击查看【codepen】

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 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-delay: calc(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-delay: calc(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 {
    width: 400px;
    height: 400px;
    background-image: calc(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 {
    content: calc(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 {
    content: var(--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
    content: calc("My " + "counter");
}
.el::before {
    // 更不支持字符串乘法
    content: calc("String Repeat 3 times" * 3);
}

参考资料

Transform functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#transform_functions
Math functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#math_functions
Filter functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#filter_functions
Color functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#color_functions
Image functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#image_functions
Counter functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#counter_functions
Font functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#font_functions
Shape functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#shape_functions
Reference functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#reference_functions
CSS grid functions: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/CSS/CSS_Functions#css_grid_functions
CSS Values and Units Module Level 4: https://drafts.csswg.org/css-values/#math
CSS: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/CSS
CodePen Demo — Calc & CSS Variable Demo: https://codepen.io/Fcant/pen/qBpQzLx