改进了字体回退

Katie Hempenius

摘要

本文将深入探讨字体回退以及 size-adjust、ascent-override、descent-override 和 line-gap-override API。借助这些 API，您可以使用本地字体创建与 Web 字体的尺寸大致或完全匹配的后备字体。这可以减少或消除由字体切换导致的布局偏移。

如果您不想阅读本文，可以使用以下工具立即开始使用这些 API：

框架工具：

• @next/font：从 Next 13 开始，next/font 会自动使用字体指标替换值和 size-adjust 来提供匹配的字体回退。
• @nuxtjs/fontaine：从 Nuxt 3 开始，您可以使用 nuxt/fontaine 自动生成匹配的字体回退，并将其插入 Nuxt 应用使用的样式表。

非框架工具：

• Fontaine：Fontaine 是一个库，可自动生成和插入使用字体测量值替换项的字体后备选项。
• 此代码库包含由 Google Fonts 托管的所有字体的字体指标替换值。您可以将这些值复制并粘贴到样式表中。

背景

回退字体是在主字体尚未加载或缺少渲染网页内容所需的字形时使用的字体。例如，以下 CSS 指示应将 sans-serif 字体系列用作 "Roboto" 的字体回退。

font-family: "Roboto" , sans-serif;

后备字体可用于更快地呈现文本（即，通过使用 font-display: swap）。因此，网页内容更便于阅读且实用，但从以往来看，这是以布局不稳定的代价的：当将后备字体换成网页字体时，通常会发生布局偏移。不过，下面介绍的新 API 可以创建与其 Web 字体对应项占用相同空间的后备字体，从而减少或消除此问题。

改进了字体回退

有两种可能的方法可以生成“改进的”字体回退。更简单的方法仅使用字体指标替换项 API。更复杂（但更强大）的方法同时使用了字体指标替换项 API 和 size-adjust。本文介绍了这两种方法。

字体指标替换项的运作方式

简介

字体指标替换项提供了一种替换字体的上行、下行和行距的方法：

• 上升测量的是字体的字形延伸到基线以上的最远距离。
• 下降用于衡量字体的字形延伸到基准线下方的最远距离。
• 行间距也称为“前导”，用于衡量连续文字行之间的距离。

字体指标替换项可用于替换后备字体的上行高度、下行高度和行距，以匹配 Web 字体的上行高度、下行高度和行距。因此，网页字体和调整后的后备字体将始终具有相同的垂直尺寸。

字体测量值替换项在样式表中使用，如下所示：

body {
    font-family: Poppins, "fallback for poppins";
}

@font-face {
    font-family: "fallback for poppins";
    src: local("Times New Roman");
    ascent-override: 105%;
    descent-override: 35%;
    line-gap-override: 10%;
}

本文开头列出的工具可生成正确的字体指标替换值。不过，您也可以自行计算这些值。

计算字体指标替换值

以下等式可用于为给定 Web 字体生成字体指标替换项。字体指标替换项的值应写为百分比（例如 105%），而不是小数。

ascent-override = ascent/unitsPerEm
descent-override = descent/unitsPerEm
line-gap-override = line-gap/unitsPerEm

注意：每 em 单位 (UPM)是指设计字体时使用的网格大小。虽然还有其他网格大小，但 1000（1000x1000 网格）或 2048（2048x2048 网格）是目前最受欢迎的网格大小。了解 UPM 非常重要，因为这有助于您正确看待其他指标。例如，900 的上升高度的含义会因字体的 UPM 是 1000 还是 2048 而有很大不同。

例如，以下是 Poppins 字体的字体指标替换项：

/*
Poppins font metrics:
ascent = 1050
descent = 350
line-gap = 100
UPM: 1000
*/

ascent-override: 105%;  /* = 1050/1000 */
descent-override: 35%;  /* = 350/1000 */
line-gap-override: 10%; /* = 100/1000 */

ascent、descent、line-gap 和 unitsPerEm 的值均来自 Web 字体的元数据。本文的下一部分将介绍如何获取这些值。

读取字体表

字体的元数据（具体而言，是其字体表）包含计算其字体指标替换项所需的所有信息。

使用 FontForge 查看字体元数据

以下是一些可用于读取字体的元数据的工具：

• fontkit 是专为 Node.js 构建的字体引擎。此代码段展示了如何使用 Fontkit 来计算字体指标替换值。
• Capsize 是一个字体大小和布局库。Capsize 提供了一个 API，用于获取有关各种字体指标的信息。
• fontdrop.info 是一个网站，允许您通过浏览器查看字体表格和其他字体相关信息。
• Font Forge 是一款热门的桌面字体编辑器。如需查看 ascent、descent 和 line-gap：打开 Font Info 对话框，选择 OS/2 菜单，然后选择 Metrics 标签页。如需查看 UPM：打开 Font Info 对话框，然后选择 General 菜单。

注意：某些与字体相关的 JavaScript 库会通过将字形绘制到画布并测量结果来近似计算上行、下行和行距。不过，与直接从字体表中读取字体指标相比，这种方法的准确性较低。

了解字体表

您可能会注意到，“上升”等概念由多个指标引用，例如，有 hheaAscent、typoAscent 和 winAscent 指标。这是因为不同操作系统采用了不同的字体渲染方法：OSX 设备上的程序通常使用 hhea* 字体指标，而 Windows 设备上的程序通常使用 typo*（也称为 sTypo*）或 win* 字体指标。

注意：更具体地说，Windows 设备上的程序通常遵循以下惯例：如果字体已设置 USE_TYPO_METRICS，则使用 typo* 指标；如果未设置，则使用 win* 指标。USE_TYPO_METRICS 是一个布尔值参数，引入它的初衷是让广告设计人员在使用 typo* 和 win* 指标之间进行偏好设置。

系统会根据字体、浏览器和操作系统，使用 hhea、typo 或 win 指标来呈现字体。

	Mac	Windows
Chromium	使用“hhea”表中的指标。	如果已设置“USE_TYPO_METRICS”，则使用“typo”表中的指标，否则使用“win”表中的指标。
Firefox	如果设置了“USE_TYPO_METRICS”，则使用“typo”表中的指标，否则使用“hhea”表中的指标。	如果已设置“USE_TYPO_METRICS”，则使用“typo”表中的指标；否则，使用“win”表中的指标。
Safari	使用“hhea”表中的指标。	如果已设置“USE_TYPO_METRICS”，则使用“typo”表中的指标，否则使用“win”表中的指标。

如需详细了解字体指标在不同操作系统上的运作方式，请参阅这篇有关垂直指标的文章。

跨设备兼容性

对于绝大多数字体（例如，Google Fonts 托管的大约 90% 的字体），可以在不了解用户的操作系统的情况下安全地使用字体指标替换值：换言之，对于这些字体，无论使用 hhea、typo 还是 win 指标，ascent-override、descent-override 和 linegap-override 的值都完全相同。此代码库提供了有关此规则适用和不适用的字体的相关信息。

如果您使用的字体需要为 OSX 和 Windows 设备使用单独的一组字体测量值替换项，则只有在您能够根据用户的操作系统来调整样式表的情况下，才建议使用字体测量值替换项和 size-adjust。

注意：本部分介绍了如何确定某个字体在 OSX 和 Windows 设备上是否使用相同的字体测量值替换项。 首先，确定字体是否已启用 USE_TYPO_METRICS。

• 如果启用 USE_TYPO_METRICS，系统会使用 hhea 指标（在 OSX 设备上）和 typo 指标（在 Windows 设备上）来呈现字体。
• 如需在 OSX 上计算正常行高，请使用以下等式：(hheaAscent + hheaDescent + hheaLineGap)/unitsPerEm。
• 如需在 Windows 上计算正常行高，请使用以下等式：(typoAscent + typoDescent + typoLineGap)/unitsPerEm。
• 如果 OSX 和 Windows 上的行高相同，您可以为这两种操作系统使用相同的字体测量替换项。
• 如果未启用 USE_TYPO_METRICS，系统会使用 hhea 指标（在 OSX 设备上）和 win 指标（在 Windows 设备上）来呈现字体。
• 如要在 OSX 上计算正常行高，请使用以下等式：(hheaAscent + hheaDescent + hheaLineGap)/unitsPerEm。
• 如需在 Windows 上计算正常行高，请使用以下等式：(winAscent + winDescent)/unitsPerEm。（注意：不存在 winLineGap）。
• 如果以下两个条件均为真，您可以在 OSX 和 Windows 上使用相同的字体指标替换项：a) hheaLineGap == 0；b) OSX 和 Windows 上的行高相同。

使用字体测量值替换项

由于字体指标替换项是使用网页字体（而非后备字体）的元数据中的测量值计算得出的，因此无论使用哪种字体作为后备字体，这些替换项都不会改变。例如：

body {
  font-family: "Poppins", "fallback for Poppins", "another fallback for Poppins";
}

@font-face {
  font-family: "fallback for Poppins";
  src: local("Arial");
  ascent-override: 105%;
  descent-override: 35%;
  line-gap-override: 10%;
}

@font-face {
  font-family: "another fallback for Poppins";
  src: local("Roboto");
  ascent-override: 105%;
  descent-override: 35%;
  line-gap-override: 10%;
}

size-adjust 的运作方式

简介

size-adjust CSS 描述符会按比例缩放字体字形的宽度和高度。例如，size-adjust: 200% 会将字体字形放大到原始大小的两倍；size-adjust: 50% 会将字体字形缩小到原始大小的一半。

size-adjust 本身在改进字体后备选项方面应用有限：在大多数情况下，后备字体需要略微缩窄或展宽（而不是按比例缩放），才能与 Web 字体匹配。不过，将 size-adjust 与字体指标替换项结合使用，可以让任意两种字体在水平和垂直方向上都匹配。

size-adjust 在样式表中的用法如下：

@font-face {
  font-family: "fallback for poppins";
  src: local("Arial");
  size-adjust: 60.85099821%;
  ascent-override: 164.3358416%;
  descent-override: 57.51754455%;
  line-gap-override: 16.43358416%;
}

由于 size-adjust 的计算方式（将在下一部分中介绍），size-adjust 的值（以及相应的字体指标替换值）会因所使用的后备字体而发生变化：

body {
  font-family: "Poppins", "fallback for Poppins", "another fallback for Poppins";
}

@font-face {
  font-family: poppins-fallback;
  src: local("Arial");
  size-adjust: 60.85099821%;
  ascent-override: 164.3358416%;
  descent-override: 57.51754455%;
  line-gap-override: 16.43358416%;
}

@font-face {
  font-family: poppins-fallback-android;
  src: local("Roboto");
  size-adjust: 55.5193474%:
  ascent-override: 180.1173909%;
  descent-override: 63.04108683%;
  line-gap-override: 18.01173909%;
}

注意：字体指标替换项和 size-adjust 均使用百分比进行声明，但这些百分比的定义方式不同：例如，size-adjust: 10% 会将字体缩放到原始大小的 1/10；而 ascent-override: 10% 不一定会将字体减小，而是改变字体比例（即，起伏的大小等于 UPM 的 10%）。

计算大小调整和字体指标替换值

以下是计算 size-adjust 和字体指标替换项的等式：

size-adjust = avgCharacterWidth of web font / avgCharacterWidth of fallback font
ascent-override = web font ascent / (web font UPM * size-adjust)
descent-override = web font descent / (web font UPM * size-adjust)
line-gap-override = web font line-gap / (web font UPM * size-adjust)

大多数输入（即上行、下行和行距）都可以直接从 Web 字体的元数据中读取。不过，avgCharacterWidth 需要近似估算。

近似平均字符宽度

一般来说，平均字符宽度只能近似计算，但在某些情况下，可以精确计算字符宽度：例如，使用等宽字体时或已事先知道文本字符串的内容时。

注意：字体可以是等宽字体或固定宽度字体：在等宽字体中，所有字符占据相同的水平空间；在固定宽度字体中，字符的宽度不同。monospaced 字体通常用于 IDE，但在 Web 上，它们通常不如等宽字体常见。

注意：为简单起见，本文将字体的“宽度”称为“宽度”。虽然这种术语本身并不错误，但“前进”“前进宽度”或“水平前进”是排版领域通常使用的术语。

计算 avgCharacterWidth 的一种简单方法是取所有 [a-z\s] 字符的平均宽度。

Roboto 字形宽度

不过，对所有字符进行均等加权可能会降低常用字母（例如 e）的宽度，并使不常用字母（例如 z）的宽度超支。

一种更复杂但准确性更高的方法是考虑字母频率，并改为计算 [a-z\s] 字符的频率加权平均宽度。这篇文章非常有助于了解英语文本的字母出现频率和平均字词长度。

英语字母出现频率

注意：本文介绍了如何计算将用于英语文本的字体回退的 avgCharacterWidth，但这些概念同样适用于其他语言和字符集。我们非常希望了解您在使用此方法处理非英语内容时的体验。

注意：近似估算 avgCharacterWidth 的另一种可能方法是使用 xAvgCharWidth。xAvgCharWidth 是字体的 OS/2 表中存在的预填充值。但请注意，此指标不一定始终正确，例如，在向字体添加字形或从中移除字形时，许多字体子集设置工具都不会更新 xAvgCharWidth。此外，即使 xAvgCharWidth 计算正确，计算 xAvgcharWidth 的方法也多年来发生了变化：xAvgCharWidth 的值可能会因字体使用的 OS/2 表格版本而异。

选择方法

本文讨论的两种方法各有利弊：

• 如果您刚开始优化字体后备方案，不妨单独使用字体指标替换项。虽然这是两种方法中较为简单的一种，但它通常功能强大，可以显著减少与字体相关的布局偏移的幅度。

• 另一方面，如果您希望提高精确度，并且愿意多做一些工作和测试，则可以考虑采用 size-adjust 方法。如果实现得当，此方法可以有效消除与字体相关的布局偏移。

注意：您可能想知道为什么不能直接设置固定的 line-height，而要使用字体测量值替换项或 size-adjust。虽然 line-height 有时可成功地减少或消除与字体相关的布局偏移，但建议不要这样做。字体指标替换项和 size-adjust 解决了网页字体/后备字体不匹配背后的根本问题 - line-height 无法解决（line-height 设置了 CSS 行框的高度）。此外，您可能会发现，使用 line-height 来实现此目的比您最初预想的更容易造成混淆。本文简要介绍了使用 line-height 时需要注意的事项。

选择后备字体

本文中介绍的技术依赖于使用字体指标替换项和 size-adjust 来转换广泛可用的本地字体，而不是尝试查找与网页字体非常相似的本地字体。选择本地字体时，请务必注意，很少有字体在本地广泛使用，并且没有任何一种字体适用于所有设备。

Arial 是 Sans Serif 字体的推荐回退字体，Times New Roman 是 Serif 字体的推荐回退字体。不过，这两种字体都不适用于 Android（Android 上唯一的系统字体是 Roboto）。

以下示例使用了三种后备字体来确保广泛覆盖设备：针对 Windows/Mac 设备的后备字体、针对 Android 设备的后备字体，以及使用通用字体系列的后备字体。

body {
  font-family: "Poppins", poppins-fallback, poppins-fallback-android, sans-serif;
}

/*
Poppins font metrics:
- ascent = 1050
- descent = 350
- line-gap = 100
- UPM: 1000
AvgCharWidth:
- Poppins: 538.0103768
- Arial: 884.1438804
- Roboto: 969.0502537
*/

@font-face {
  font-family: poppins-fallback;
  src: local("Arial");
  size-adjust: 60.85099821%;
  ascent-override: 164.3358416%;
  descent-override: 57.51754455%;
  line-gap-override: 16.43358416%;
}

@font-face {
  font-family: poppins-fallback-android;
  src: local("Roboto");
  size-adjust: 55.5193474%:
  ascent-override: 180.1173909%;
  descent-override: 63.04108683%;
  line-gap-override: 18.01173909%;
}

注意：还有其他本地字体可以用作后备字体，但这样做需要了解用户的操作系统。例如，"Calibri"、"Lucinda Sans" 和 "Impact" 都是在 Windows 上广泛使用的字体，但在其他操作系统上不受支持。

征求反馈

如果您对使用字体指标替换项和 size-adjust 的体验有任何反馈，欢迎与我们联系。