第19章  WPF基础
WPF（Windows Presentation Foundation，视窗展示[呈现/表示]基础）是Windows的新一代图形子系统，它为开发人员提供了统一的编程模型，可用于构建合并了UI、媒体和文档的丰富Windows智能客户端用户体验。
本书只介绍WPF编程的一些基本内容。本章讨论WPF的概述、XAML和程序的创建，下一章讲解WPF的控件、布局、框架、绘图、对话框等编程基础。更多WPF的内容和细节，读者可自己阅读相关图书和资料。
19.1 WPF概述
Windows的图形子系统，经历了从GDI到GDI+再到WPF的发展过程。GDI是从Windows 1.0（1985年11月）就有的传统图形子系统，GDI+是随Windows XP（2001年10月）引入的新式图形子系统，而WPF则是随Windows Vista和.NET框架3.0（2006年11月）推出的全新Windows图形子系统，它统一了桌面和浏览器等客户端应用程序的图形界面，基于DirectX、.NET框架和XAML，是Windows的下一代GUI显示系统。
XAML（eXtensible Application Markup Language，可扩展应用程序标记语言），是一种基于XML的用户界面标记语言，用于定义UI元素、数据绑定、事件和其他特性。WPF强调声明式描述，使用XAML是WPF的重要新特性，XAML（从而脚本语言JavaScript）可用于界面设计，这使得界面设计和界面编程可分离开来。
WPF是（3.0以上版本的）.NET框架的组成部分，是为托管代码而设计的。.NET框架3.0建立在.NET 框架2.0之上，WPF是NET框架3.0引进的四个新组件中最主要的一个，参见图19-1。
WPF开发平台构建于一个已过扩展的核心编程系统上，可支持一组广泛的应用程序开发功能，包括应用程序模型本身、资源、控件、图形、布局、数据绑定、文档以及安全性。
为了支持某些更强大的WPF功能并简化编程体验，WPF包括了更多编程构造，这些编程构造增强了属性和事件——依赖项属性和传递事件。
19.1.1 构成
WPF主要由MIL（Media Integration Layer，媒体集成层）、编解码器、展示核心和展示框
架四部分构成，参见图19-2。
图19-1  WPF与.NET框架
图19-2  WPF架构图
图中的实线边框部分是WPF的主要部件，其中的MIL和编解码器合称为milcore（MIL核心，对应的DLL为milcore.dll）是用本地代码编写的非托管组件，目的是实现与DirectX的紧密集成。WPF中的所有显示是通过DirectX引擎完成的，可实现高效的硬件和软件呈现。WPF还要求对内存和执行进行精确控制。而MIL中的组合引擎受性能影响关系大，所以才需要放弃CLR的许多优点来提高性能。WPF的另外两个组件——展示核心（对应的程序集为PresentationCore.dll）和展示框架（对应的程序集为PresentationFramework.dll）则是用托管代码编写的（对应的程序集DLL默认安装时都位于目录C:\Program Files\Reference Assemblies\Microsoft\Framework\v3.0\中）。WPF主要编程模型是通过托管代码公开的。在WPF的早期设计阶段，曾有过大量关于如何界定系统的托管组件和非托管组件的争论。CLR提供一系列的功能，可以令开发效率更高并且更加可靠（包括内存管理、错误处理和通用类型系统等），但这是需要付出代价的。
图中的短划线边框部分是.NET传统的图形界面，其基础是对平面GDI+的托管封装，用户界面则是Windows窗体，它们都离不开底层的GDI。
图中的其余模块都是Windows的部件。其中，点划线边框部分为Windows的传统三大部件——核心（Kernel）、用户界面（User）和图形（GDI），三个长划线边框中：GDI+是从Windows XP起引入的部件、DirectX和CLR则是从Windows Vista起引入的系统标准部件（在之前的Windows版本中DirectX和CLR只是操作系统的外加模块）。
WPF的帮助文档在MSDN中的位置为“目录\.NET开发\.NET Framework SDK\.NET Framework 3.5\Windows Presentation Foundation\”。
19.1.2 优点
WPF具有如下优点：
1．新型界面与开发工具——Windows的用户界面（基于GDI），从3.0到XP一直没有什么本质的变化。传统的窗口、菜单、对话框和控件等界面元素，样式单调死板，远远不能满足现代化客户体验的需求。但是，传统的GUI开发工具众多，包括C/C++/Win32 API、MFC和VB等。.NET程序（基于GDI+）的基本用户界面是（与传统的Windows GUI类似的）Windows窗体（Form），主要开发工具是C# 与VB。Windows Vista和.NET框架3.0引
入的WPF是全新的用户界面（与MFC功能包的类似），支持样式、模板、皮肤和主题等，还支持矢量图形、3D动画、流媒体播放等。而且WPF可以给每个界面元素完全不同的外观。WPF的开发工具既有传统的C# 和VB，又有新加的XAML和JavaScript等。
2．广泛整合——在传统的Windows和老版本的.NET平台上创建界面丰富友好的（多媒体）应用程序，除标准的2D图形和窗口/控件之外，还需要用到不同的开发接口和技术。而.NET框架3.0引入的WPF，通过统一的编程模型和紧密整合，可以将各种媒体类型的数据组合在一起展现，参见表19-1。
表19-1  传统.NET框架与WPF功能
功能
.NET 框架2.0
.NET框架 3.0
带控件的窗口
Windows窗体
WPF
2D图形
GDI+
3D图形
DirectX
视频
Windows媒体播放器API
PDF文档
自己编程操作
flex软件
3．统一客户端——网络的客户端，有传统的C/S（Client/Server，客户/服务器）和现代的B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）两种类型。前者为与操作系统平台相关的桌面应用程序，虽界面美观、反应迅速、且交互性强，但是难于开发（需针对不同运行平台开发不同版本）、部署和升级，安装、运行和维护的成本都高，一般称为胖客户（fat client）；后者为在（与操作系统平台无关的）Web浏览器内运行的应用程序，其界面、交互性和反应速度正在获得不断改善，而且易于开发（不需针对不同运行平台开发不同版本）、部署和升级，安装、运行和维护的成本都低，一般称为瘦客户（thin client）。使用传统的开发平台和工具，是不能编写可同时在这两种客户端都能运行的应用程序的，即使二者在功能和界面上是完全相同的，也是如此。由于分开编写这两种程序所用的平台、工具、语言、接口、类库和控件等都相差巨大，即使要从其中的一种移植到另一种，工作也是十分艰巨的。而WPF统一了这两种客户端的界面编程，使用WPF编写的一个程序，在分别设置和编译后，可同时在这两种客户端上运行，而且界面完全相同。
4．与分辨率无关——由于客户端的用户设备千差万别，从2英寸的手机、到24英寸的计算机显示器、再到65英寸的平板电视，大小和分辨率差别都很大。传统的GUI（包括XP及以前版本的Windows操作系统）一般都采用图像作为界面元素（如鼠标光标、图标、各种控
件中的图案等），为了适应于多种分辨率的需要，不得不创建和维护多个分辨率的版本，不然就会在高分辨率的显示设备上出现明显的马赛克现象。而建立在DirectX之上的WPF，采用了基于矢量图形的用户界面元素，能适应不同分辨率的显示设备。
5．硬件加速——传统的Windows图形子系统（GDI/GDI+），是基于功能简单的老式显卡的，未能利用日新月异、发展神速的2D/3D图形加速卡（GPU）的强大功能。而WPF是基于（DirectX的主要部件）Direct3D创建的，WPF应用程序中的所有2D/3D图形和文字等内容，都会被转换成3D三角形、材质和其他Direct3D对象，并由硬件负责绘制和渲染。所以WPF支持3D界面，并可充分利用显卡的硬件加速功能。由于WPF主要是为Vista及以后版本的Windows设计的，在早期的版本中使用WPF会存在一些功能上的限制，例如3D对象没有抗锯齿功能、非矩形和透明窗口不支持硬件加速等。另外，Vista中有一个利于WPF应用程序的重大改进，它有一个会对GPU资源进行虚拟化和安排的新驱动模型，可解决在多个使用GPU的应用程序同时运行时可能出现的资源争夺问题。
6．声明式编程——Windows API一直使用自己的声明式资源脚本语言，来定义菜单和对话框的布局（见MFC项目的*.rc文件）。老式的.NET程序（如Windows窗体）虽然没有内建
对声明式用户界面定义的支持，但是却是利用声明式定制属性和基于XML的配置和资源文件。但是WPF通过引入XAML，将声明式编程带入一个新的阶段。WPF和XAML的结合，十分类似于使用HTML来定义一个网页型用户界面，但是前者有着更惊人的表达能力，甚至超越了用户界面的范畴。WPF可以将XAML作为一种文档格式、一个2D图形和一种3D模型的表示。WPF的基于XAML的声明式界面编程，可以将用户界面的设计和用户界面的编程彻底分离，有利于专业人员的分工合作，也有利于程序员将注意力集中在逻辑算法和程序功能上。

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