《程序员》07年3期文章试读：WPF精粹

WPF精粹文/蔡学镛Windows Vista已经于2007年1月30正式发行零售版本，安装Vista的计算机将会大量出现。在Vista时代，身为编程员，就一定要具备Vista桌面应用开发的能力。而开发Vista桌面应用，最重要的就是要会WPF。本系列文章整理WPF技术的精华，以连载的方式，介绍如何使用WPF编写微软Windows平台。什么是WPF？WPF是Windows Presenta

《新程序员》编辑部

8893人浏览 · 2007-03-21 13:23:00

《新程序员》编辑部 · 2007-03-21 13:23:00 发布

WPF精粹

文/蔡学镛

Windows Vista已经于2007年1月30正式发行零售版本，安装Vista的计算机将会大量出现。在Vista时代，身为编程员，就一定要具备Vista桌面应用开发的能力。而开发Vista桌面应用，最重要的就是要会WPF。本系列文章整理WPF技术的精华，以连载的方式，介绍如何使用WPF编写微软Windows平台。

什么是WPF？
WPF是Windows Presentation Foundation的缩写。WPF是一套API，利用WPF所开发出来程序可以是：
一般独立执行的Windows应用，也称为client应用。
或者是分布式（distributed）应用的前端——现在有一个更时髦的名称Rich Internet Application（RIA）。

虽然WPF是编写Windows平台的应用，但WPF应用绝对不同于以往的Windows应用：外在，WPF应用具有崭新的外观和新的图形效果（包含动画和3D）；内在，WPF应用具有新的控件设计哲学和新的API。
WPF应用只能在.NET Framework 3.0的环境中执行，计算机上必须安装：
Windows Vista（自带.NET Framework 3.0）或者
Windows XP/SP2或者
加装.NET Framework 3.0的Windows 2003。

如果你是编程员，你的环境除了具备上述的要求之外，还必须配备：
Visual Studio 2005 Professional Edition（商业软件）
.NET Framework 3.0 and Windows SDK（免费）
Visual Studio Extensions for WCF, WPF（免费）
上列的免费软件都可以从微软的MSDN网站下载，除此之外，Visual C#已推出 Express Edition，也可以免费下载。你可能想要使用免费的Visual C# Express Edition取代Professional Edition，但是Visual Studio Extensions for WCF, WPF只能搭配Professional Edition的Visual Studio 2005。由于Visual Studio 2005（以及Visual C# 2005 Express Edition）内附的.NET Framework SDK是2.0版，所以必须额外安装.NET Framework 3.0，并搭配Visual Studio Extensions for WCF, WPF。估计微软将在2007年底推出新版的Visual Studio，届时只要直接安装Visual Studio就行了，不用像现在这么辛苦，拼拼凑凑地四处下载和安装软件。

如果你无法取得Visual Studio 2005 Professional Edition，也不想安装巨大的Windows SDK（这东西大得吓人，需要1.15GB），那么直接利用免费的VisualC# Express Edition和免费的.NET Framework 3.0即可，一样可以写WPF程序，只是会有两个缺点：
在Visual C#中没有WPF的template，你必须手动写每一行程序，且手动加入相关DLL的参考。（本文稍后介绍如何加入DLL参考。）
不能使用XAML。

Windows开发技术的历史
Windows已经有22年的历史，这22年来，微软官方主力推行的编程语言与API有四个分水岭：
1985～1991年：C搭配Windows API。目前我们已很少用C和Windows API写程序了，但还是有必要熟悉这样的技术，因为有些特殊的时候会用到。
1992～2001年：C++搭配MFC链接库（这段时间也是Visual Basic最风光的时候）。在历史上MFC是最多人用的Windows编程方法。我很高兴MFC这么糟糕的技术终于淡出历史了！
2002～2006年：C#搭配Windows Form。这段期间IT技术的焦点是在Web上，所以虽然大家都在用.NET，但真正的主角是ASP.NET，而不是Windows Forms。Windows Forms还没等熬出头，WPF就出现了。Windows Forms注定会是历史中“最少人使用的微软开发技术”。Windows Forms其实是不错的技术，但好技术（Windows Forms）的下场是没人用，差技术（MFC）的下场是大家都在用。我只能说，Windows Forms生不逢时。
2007～今：C#搭配WPF。你可能觉得很奇怪，微软为何释出两个作用相似，却不同且不相容的.NET API。其实，Windows Forms在设计上比较偏向于传统的应用（类似Java Swing），没有考虑到Web/Markup的需求，所以后来微软才会设计全新的WPF。

Windows Form VS WPF VS Apollo
由于Windows Forms已经发展多年，所以控件（control）和标准对话框（dialog box）都比WPF更好，但是未来WPF却很有发展潜力。特别是：

如果你需要做很多客制化控件和绘图，WPF会比Windows Forms更适合。WPF和Windows Forms在开发时，虽然都可以进行“视觉”和“逻辑”的切割，但是Windows Forms的视觉部分是使用Partial Class，但WPF的视觉部分却是XML（XAML）。XML格式适合不懂编程的美工人员进行处理，微软也会在今年（2007）推出相关的设计工具（Expression）。
WPF意图利用简化版本WPF/E走进各种装置，包括浏览器和手机。目前Windows Forms虽然可以用在Windows Mobile 5上，但是不能用在浏览器内。而WPF/E可以用在Windows Mobile 6上和各种浏览器内。

Adobe Apollo和WPF是类似的技术。如果你要开发跨平台的应用，当然选择Adobe Apollo（另一个选择是Java Swing，但是在F3语言正式释出之前，我不认为Java是一个好选择），如果你要开发Windows平台专属的应用，当然要选择WPF，因为：
开发应用时，偶而需要呼叫OS的DLL，但Apollo 1.0不允许我们这么做（基于安全的理由）。
如果你确定你的应用不需要跨平台，那么采用操作系统所支持的开发方式，往往可以带来其它的边际效益。例如：用WPF开发Vista应用，可以让应用轻易地兼容于Power Shell；用Cocoa开发MacOS X应用，可以让应用轻易地兼容于AppleScript。

C# VS XAML
一般的WPF应用，都会同时包含：
程序代码（本系列文章使用C#）：主要是处理逻辑的部分。
XAML（一种XML语言）：主要是处理视觉的部分。XAML的英文发音为zammel。
结合XAML和C#程序代码各自的优点，可以帮助我们建立更大型、更复杂的应用。你可以参考我上一期（2007年2月）的Apollo文章，C#其实就类似ActionScript，而XAML则类似于MXML。任何WPF程序都可以只用C#，不用XAML就开发出来。而只有少部分简单的程序可以只用XAML，完全不使用C#就开发出来。从这个角度来看，C#程序代码才是重点，而XAML只是让我们编程更方便。XAML所叙述的一切，编译时会被转成程序代码。因此，如果你真的想要好好掌握WPF的技术，那么在学习阶段，应该将心思先放在程序代码的部分。每个WPF编程员都应该要对于WPF的程序代码部分建立稳固的根基。

XAML的档案一般是用交互式工具（例如Expression）和编程工具（例如Visual Studio）所产生出来的，我们自然也应该善用这样的工具，毕竟XML本来就是给机器读的。但尽管如此，每个编程员还是有必要具备亲自动手编写XAML的能力。

WPF名称空间
开发WPF应用时，请特别注意下面的名称空间（namespace）：
System.Windows：这个名称空间包含了所有基本的WPF类别、结构（struct）、界面（interface）、delegate、以及列举（enum），其中包含了Application与Window类别。WPF的开发应用，一般来说，一开始需要建立Application对象与Window对象。
System.Windows：它的WPF名称空间开头都是System.Windows，例如System.Windows.Controls、System.Windows.Input、System.Windows.Media。
System.Windows.Forms：虽然此名称空间是在System.Windows之下，但是它不属于WPF，而是最基本的Windows Forms名称空间。
其它的Windows Forms名称空间相当分散，包括System.Windows.Forms、System.Drawing、System.ComponentModel。
System.Windows.Forms.Integration：这个名称空间的类别是用来帮助Windows Forms和WPF程序代码之间做整合之用的。

一个简单的WPF应用
Application和Window可以说是最基本的WPF类别，两者皆属于System.Windows名称空间。顾名思义，Application用来代表整个应用，而Window用来代表一个窗口。
在一个应用中，只能建立一个Application对象，对于应用的其它地方来说，此Application对象的作用就如同固定船的锚一般。你在屏幕上是看不见Application对象的，但是可以看得见Window对象。
Window对象出现在屏幕上，就是正常的Windows操作系统的窗口，具有标题列。标题列的系统选单icon是在左边，而最小化、最大化、和关闭窗口的icon是在右边。此窗口具有一个可以调整窗口大小的边框，窗口中间很大的面积被一个client area（客户区）所占据。
基本上，建立最简单的WPF应用就是：
1. 建立窗口
2. 显示窗口
3. 让窗口进入讯息循环（message loop）（透过Application的协助）

其实传统的C/Windows API、C++/MFC、C#/Windows Form也都是这样的步骤。根据上面的三个步骤，编写出下面的WPF程序代码。这个程序代码相当简单，没用到继承：

using System;
using System.Windows;
namespace WPFTest
{
     class Hello
     {
         // 程序进入点
     [STAThread]
     public static void Main()
     {
         // 1. 建立窗口
     Window win = new Window();
     // 设定窗口标题
     win.Title = "Hello";
     // 2. 显示窗口
     win.Show();
     // 建立Application对象
     Application app = new Application();
     // 3. 让窗口进入讯息循环
     app.Run();
     }
     }
}

Main()是程序进入点，至于Main()放在哪个类别中，则无所谓。Main的前面都必须具有[STAThread] attribute，否则编译会失败。[STAThread]是用来指定，初始应用执行绪的执行绪模型是single-threaded apartment。STA是前朝COM时代的技术余孽，不太需要搞懂它，[STAThread]大致上的意思是：我们的应用不会使用源自于“执行期环境”的多执行绪。

在Hello程序中，Main建立一个Window类别的对象，这个类别用来建立标准应用窗口。Title property是会显示在窗口标题列的文字，而Show方法会将窗口显示在屏幕上。
这里最重要的步骤是：呼叫Application对象的Run方法。在传统Windows编程的思维中，这么做的目的是要建立一个讯息循环，让应用可以接收使用者键盘或鼠标的输入。如果此程序是在Tablet PC上执行，此应用也会接收到来自触控笔（stylus）的输入。Run方法一旦被呼叫，就不会返回，直到窗口被关闭为止。然后，Main方法结束，随后Windows操作系统会做一些清除的工作。
Run()有另外一个版本，接收一个Window对象当参数。Run()会检查Window是否已经显示出来，如果尚未显示，Run()会呼叫Window对象的Show()。然后才进入讯息循环，所以这两行程序：

win.Show();
app.Run();

可以简化如下：

app.Run(win);
使用Visual C#

如果你使用Visual Studio 2005 Professional Edition且你有安装WPF extension，那么你可以采取下面的步骤来建立此Hello程序：
1. 从“File”选单，选取“New Project”。在“New Project”对话框中，选取Visual C#、Windows Presentation Foundation和Empty Project，并将项目命名为Hello，然后按下“OK”。
2. 在右边的“Solution Explorer”中，“References”区域必须包含PresentationCore、PresentationFramework、System、以及WindowsBase。如果在此“References”区域中，没有出现这些DLL，请手动将它们加上去，只要用鼠标右键点选“References”，然后选取“Add Reference”就可以了（或者，从“Project”选单中，选取“Add Reference”）。在这个“Add Reference”对话框中，点选“.NET” tab，然后选取必要的DLL，最后按下“OK”。
3. 在“Solution Explorer”中，用鼠标右键点选Hello的项目名称，然后从“Add”选单中选取“New Item”（或者，从“Project”选单中，选取“Add New Item”）。在“Add New Item”对话盒中，选取“Code File”，键入文件名称“Hello.cs”，最后按下“OK”。
4. 将前面的程序代码，键入Hello.cs档案中。
5. 从“Debug”选单，选取“Start Without Debugging”（或者，直接按下Ctrl+F5），就可以编译并执行此程序。

如果你使用Visual C# 2005 Express Edition，步骤和上面差不多，但要特别注意步骤2。你一定要手动将下面的DLL加入：
PresentationCore.dll（版本3.0.x.x）
PresentationFramework.dll（版本3.0.x.x）
System.dll（版本2.0.x.x）
WindowsBase.dll（版本3.0.x.x）
这些DLL位于GAC（C:/WINDOWS/assembly/）的深层目录中。由于你无法将GAC的DLL加入Visual C#的项目（这是因为shfusion的遮蔽效果，造成Visual C#无法看见GAC内的档案结构），所以你必须先透过“DOS窗口”（命令提示字符窗口），利用dir、cd、copy等指令，将这些档案找出来（这需要花一点时间），复制到某个目录中（例如C:/Assembly/），然后再利用下面的方式将它们加入项目中当参考（references）：
1. 在右边的“Solution Explorer”中，用鼠标右键点选“References”，然后选取“Add Reference”；
2. 翻到“Browse”页，找到PresentationCore……等档案的目录，选取这几个档案，然后按下OK。
今后如果需要用到其它.NET 3.0的API，也都可以用上述的方式将它们的DLL加入参考。
关闭与开启Console窗口
在Hello的例子中，你会发现执行时同时会出现一个console窗口，这是因为编译旗标设定的关系，你可以在项目的property中，调整此旗标。做法如下：
1.用鼠标点选右边的项目名称，并从选单中选取“Properties”（另一个作法是，从“Project”选单中选取“Properties”）。
2. 现在你可以检查看看项目的各种设定，也可以改变设定。特别注意，“Output Type”被设定为“Console Application”，显然这样的设定，并不会阻碍console程序更进一步地建立GUI窗口。
3. 将“Output Type”设定为“Windows Application”，这个程序将会和以前一样可以顺利执行，而这次不会再出现console窗口了。

在开发阶段，console窗口有时候是我们的好朋友，因为：
我们可以利用它来显示一些文字信息，以便debug。
如果程序的bug太多，甚至一开始就出问题，而无法将GUI窗口显示出来，或者进入无穷循环，这个时候，只要在console窗口中键入Ctrl+C，就可以轻易地将程序终结。