OpenType字体文件结构解析

OpenType 字体文件是 Microsoft 和 Adobe 基于 TrueType 字体，推出的一种通用字体文件格式，用于应用程序呈现文字。OpenType 字体文件应使用扩展名 .OTF、.TTF、.OTC 或 .TTC。（扩展名可以是大写或小写。）扩展名 .OTC 和 .TTC 只能用于字体集合文件。

OpenType 是 TrueType 的扩展，所以 OpenType 是兼容 TureType 的，对于目前的操作系统来说都是支持 OpenType 字体的。

OpenType 字体使用非常广泛，任何可以显示文字的系统都有它的身影。像客户端开发最常见的就是页面文字展示，各种平台都有对应的实现方案。在 Android 中 Typeface 内就包含了 OpenType 的支持。

Typeface

Android的字体加载是在应用启动时来触发的，在Typeface的静态代码块中加载。不同的系统版本实现略有不同，例如高版本系统已经将部分逻辑通过JNI来加载以优化应用启动速度。

其中系统字体文件的加载还在Java中实现:

java 复制代码

FontConfig config = SystemFonts.getSystemPreinstalledFontConfig();

通过解析 /system/etc/fonts.xml 内声明的字体文件名来加载字体文件，字体文件在路径下 /system/fonts/ 存储，这些在 SystemFonts 内都有声明。

xml 复制代码

<familyset version="23">
    <!-- first font is default -->
    <family name="sans-serif">
        <font weight="100" style="normal">Roboto-Regular.ttf
          <axis tag="ital" stylevalue="0" />
          <axis tag="wdth" stylevalue="100" />
          <axis tag="wght" stylevalue="100" />
        </font>
        <!-- 省略 -->
    </family>
    <!-- 省略 -->
</familyset>

解析完这些字体路径关系，再通过 Typeface.nativeCreateWeightAlias JNI方法来初始化 Typeface 对象。

由于字体绘制有一定的复杂性，Android系统已经为我们封装了一套上层API来调用，不仅优化了性能也减少了程序复杂度。

kotlin 复制代码

private val paint = Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG).apply {
    typeface = Typeface.createFromFile("custom.ttf")
}

override fun draw(canvas: Canvas) {
    cancas.drawText("text", 0, 0, paint)
}

OpenType 字体结构

如果想要一探究竟,可以查看 Microsoft 对 OpenType 介绍的文档，或者直接查看Android Typeface 的 C 实现，这里通过文档来简单介绍一下。

Microsoft, The OpenType Font File
Apple, TrueType Font Tables

OpenType 字体文件是一串含表格格式的数据，字形轮廓等信息是存储在特定的表格中，操作系统可以快速通过字符来快速定位到需要的字形数据来渲染。每个字体文件答大体可以分为三部分:

文件头 (Header)
描述表目录 (Table Directory)
描述表 (Tables)

所有 OpenType 字体都使用 Motorola 风格的字节顺序（Big Endian，大端模式）。什么是大端模式，这里是一种计算机存储数据的方式，没错还有对应的小端模式。

大端模式，是指数据的高位字节保存在内存高位地址中，而数据的低位字节保存在内存低位地址中；
小端模式，是指数据的高位字节保存在低位地址中，而数据的低位字节保存在高位地址中。

简单来讲就是大端模式是顺序存储，小端模式是倒序存储。例如：

java 复制代码

int value = 0x12345678;
// value对应的二进制数组为
byte[] buf = new byte[]{0x12, 0x34, 0x56, 0x78};
// 对buf进行存储或传输

地址值	大端模式	小端模式
addr0	0x12	0x78
addr1	0x34	0x56
addr2	0x56	0x34
addr3	0x78	0x12

而 OpenType 使用的是大端模式也就是按序存储的，我们不用处理字节转换问题。

文件头

其中文件头会存储在文件开头，我们可以通过前几个字节快速确定一个文件是不是 OpenType 字体文件。

类型	字段名	描述
uint32	sfntVersion	0x00010000 or 0x4F54544F ('OTTO')
uint16	numTables	字体表数量
uint16	searchRange	描述表快速查找范围
uint16	entrySelector	描述表入口选择
uint16	rangeShift	范围调整
tableRecord	tableRecords[numTables]	按序存储的每个描述表的信息，字节长度为 tableRecord单位长度 * munTables

sfntVersion 就是 OpenType 字体文件特有的信息，包含 TrueType 轮廓的 OpenType 字体应使用 0x00010000 ，包含 CFF 数据的 OpenType 字体应使用 0x4F54544F。如果不符合这两个值都不是 OpenType 字体文件 (.TTF 和 .OTF)。

但是 OpenType 字体集除外（.OTC 和 .TTC），字体集使用 ttcf 标识表明是字体集文件。

tableRecord 是描述表结构，下面会介绍

文件头除 tableRecord 以外，共5个字段，共占用 12 个字节。

描述表目录（tableRecord）

类型	字段名	描述
uint8 * 4	tableTag	当前描述表的标识，可以直接按照Unicode来解析为4个长度的字符串表明
uint32	checksum	当前表的校验位
uint32	offset	当前表的数据距字体文件开头的偏移量
uint32	length	当前表的长度

tableRecord 共4个字段，单个长度 16 个字节。

描述表

一个正常的字体文件，至少要包含下列这些表结构才可能：

描述表明	描述
cmap	字符代码到文字序号的映射表 (Character to glyph mapping)
head	文件头信息 (Font header)
hhea	水平度量头信息 (Horizontal header)
hmtx	水平度量信息 (Horizontal metrics)
maxp	最大值描述 (Maximum profile)
name	名字表 (Naming table)
OS/2	OS/2和Windows度量信息 (OS/2 and Windows specific metrics)
post	打印机控制 (PostScript information)

更多表介绍

字体结构总览

大体来说一个 OpenType 字体的结构就是：

text 复制代码

 ----------------------------- Header -------------------------------
| sfntVersion | numTables | searchRange | entrySelector | rangeShift |
 -------------------------- Table Records ---------------------------
|         (tableTag | checksum | offset | length) * numTables        |
 ------------------------------ Tables ------------------------------
| Table1 Content | Table2 Content | Table3 Content | ...             |
 --------------------------------------------------------------------

其中 Header 和 Table Records 被称为 Table Directory，下面TTC介绍时会引用
所有表必须以四字节边界开始，表之间的任何剩余空间必须用零填充

可以看出，OpenType 字体存储的顺序类似于一本书的结构：有文件标识头，有描述表目录，有描述表内容。

TTC 字体集结构

TTC 字体集是多个字体的集合，一般包含多个字形，例如：将普通字体、斜体和粗体封装在一起，组成一个TTC集合，这个文件的后缀为 .TTC 或 .OTC。

上面讲到我们可以通过前4个字节确定一个文件是不是 OpenType 字体，字体集使用 ttcf 标识表明是字体集文件，转换为16进制也就是 0x74746366 。

所以它的结构如下: