未来的GDI：WPF技术纵览

现在，Windows Presentation Foundation(WPF)这个名词已经不再新鲜，至少对很多关注前沿技术的开始人员而是这样的。Windows Vista已经正式发布，新的开发平台.NET Framework 3.0也开始逐步进入到人们的视野之中，并得到了更多的焦点。

　　作为下一代的图形系统，WPF所带来的新概念、新的技术也相当的庞大、复杂。现在，在.NET相关领域的开发中，用户界面主要由Windows Forms或者Web Forms实现。虽然Windows Forms已经出现了很多年，也提供了快速、高效的功能。但是，Windows Forms开发的UI界面相对比较单调，而且经过.NET Framework封装后的开发库在自定义和各种底层功能上缺少真正的支持。下面，我们将看看WPF是如何提供一种快速、高效、而且更加震撼的用户界面开发技术的。

　　WPF与Win32、WinForms

　　GDI是当今Window桌面应用程序的主流图形库，GDI图形系统已经形成了很多年。它提供了2D图形和文本功能，以及受限的图像处理功能。虽然在一些图形卡上支持部分GDI的加速，但是与当今主流的Direct3D加速相比还是很弱小。GDI+开始出现是在2001年，它引入了2D图形的反走样，浮点数坐标，渐变以及单个象素的Alpha支持，还支持多种图像格式。但是，GDI+没有任何的加速功能(全部是用软件实现)。

　　熟悉Windows XP和Windows Forms技术的朋友可能都知道，在Windows Forms中支持也支持一种高级的合成，支持半透明的表单，但是，在Windows Forms中的半透明等技术是伪装实现。比如，显式半透明窗口时，父窗口的背景是通过子窗口实现的。

　　在WPF中，引入一种新的图形合成引擎。可以提供更高丰富的图形显式合成，而且不会有任何的窗口闪烁问题。这种新的显式提交引擎与传统的Win32、Windows Forms相比主要有两个优点：

• 　　所有的每个窗口元素都可以任意的交替重叠。
• 　　所有的合成操作都是Direct3D中的离屏表面(Off-screen Surface)中实现的。

　　在这种新的方式中，元素的背景变得不再是必须的。比如，我们希望在窗口中显式一个文字字符串，通常，在Win32或者Windows Forms中显式的效果如同一个静态文本标签一样：它具有系统默认的控件背景色。而在WPF中，文本字符串会直接画到目标位置，而不管目标区域的背景颜色。

　　在Windows Vista中，GDI和GDI+仍然支持，但是基本上没有任何功能性的改进。对GDI和GDI+的改进主要集中在安全性和客户相关问题上。在Windows Vista中，GDI、GDI+和WPF并行存在，WPF的所有提交都不依赖于GDI和GDI+，而是Direct3D。并且所有的Primitive都是通过Direct3D的本地接口实现的。WPF系统中Milcore组件，它以非托管代码的形式封装了与Direct3D交互的所有功能。由于WPF的大部分代码都是以托管代码的形式存在的，所以WPF中有很多托管、非托管的交互。当然，在一些图形卡不支持WPF所需要的功能时，WPF也提供了稍微低效的软件实现来支持在某些PC上运行WPF应用程序。

　　在WPF的实现中，每个画图对象都对应于一个离屏表面。显式窗口时不是直接地在屏幕显式区域进行的，而是利用显式卡提供的额外的离屏表面内存中。当画图操作在离屏表面中完成了之后，合成提交引擎再把每个需要显式离屏表面合成为一个单独的可显式表面。这种显式方式不再需要我们用传统的双缓冲绘图来避免窗口闪烁，这项功能已经有WPF默认实现了。

　　同时，离屏表面的使用也可以更加方便的利用显式卡GPU(图形处理单元，Graphics Processing Unit)来实现放索、旋转、变换等等。这也就意味着这些普通的3D功能也能很方便的在WPF中实现了。

　　关于离屏表面需要注意一点：不要错误的理解为WPF一定需要使用现代的图形显式卡(具有丰富功能的3D显式卡)。的确，在将来实现真正的3D用户界面是可能的。但是，WPF做了很大的努力来充分的利用GPU，把3D的元素抽象、封装后，让人们用类似2D的编程来实现3D的功能。

　　当前版本的WPF中，对一些Win32功能还没有很好的支持，比如WMF/EMF文件，单个象素宽度的线条等等。对于这些需求还需要使用GDI/GDI+来实现。

　　XAML标记语言

　　笔者非常赞同Charles Petzold先生的一个观点：WPF提供了两套编程API。一套用于普通的编码访问(比如C#、VB.NET等其他支持的.NET的语言;而另一套就是基于XML的，称为XAML(Extensible Application Markup Language)。

　　XAML可以帮助我们很好地实现用户界面代码和应用程序逻辑代码的分离。在.NET Framework 3.0和Windows Vista中，XAML与WPF一起构建所有的UI。由于XAML是基于XML的，所以每个XAML代码都肯定是一个完整的XML文件。XAML继承了XML所有的定义和规则。XAML与其他XML扩展不同之处就是他所表示的意义。每个XAML元素是一个.NET CLR类。基于XML的声明式编程语言使得我们非常容易扩展和操作XAML。利用XAML与WPF的这种关系，界面设计人员可以单独的设计绚丽的用户界面。我们可以把程序逻辑写在单独的文件，编译后，两者可以完美地结合实现应用程序的功能。下面是一个非常简单的XAML示例：

<Page xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml" Title="FirstXAML" Height="200" Width="300" > <Canvas> <Button Background="Blue"/> </Canvas> </Page>

　　从这个例子中，我们可以很容易发现三项XML提供的功能：名称空间、属性和子元素。代码中首先

　　映射了WPF的默认名称空间。在Canvas元素之中我们定义了一个Button元素，并将其背景色设置为蓝色(Blue)。事实上，利用子元素特性，我们还可以这样设置Button的背景色：

<Button> <Button.Background>Blue</Button.Background> </Button>

　　XAML文件最后编译为BAML(Binary Application Markup Language)文件。通常，BAML文件比XAML更小，编译后的BAML加载速度更快。这些BAML文件被以资源的形式嵌入到程序集(Assembly)当中。同时生成相应的代码(文件名称是FileName.g.cs或者FileName.g.vb)，这些代码根据XAML元素分别生成命名的 Attribute字段。以及调用BAML的构造函数。

　　WPF中的新概念

　　WPF中引入了非常多的概念、新的编程方法来提高编程的效率。为了方便用户的编码和访问，WPF引入了一个新的属性系统。在这个系统中，由两个非常重要的概念：Attached属性和Dependency属性。

　　Attached属性

　　对于Attached属性，最直接的理解就是在某个类中定义的属性可以用于其他任何适当的地方。两个类可以没有任何的关系。请看下面的例子：

<DockPanel> <Button x:Name="BtnName" DockPanel.Dock="Left"/> </DockPanel>

　　这段代码实现的功能就是把名称为BtnName的Button元素停靠在它的父元素的左边。在窗口进行布局处理时，DockPanel读出它的值，由于DockPanel.DockProperty是一个Attached属性，所以Button类不必知道DockPanel的工作原理。这种技术也真正体现了软件开发中的组件合成和重用的思想。

　　与这段XAML代码对应的C#代码调用是这样的：

　　DockPanel.SetDock( BtnName, Dock.Left );　Dependency属性

　　属性提供的功能比Attached属性更加丰富。在我们的应用程序开发中，最显著的三项功能是：

• 　　1) 属性值的变化通知功能。
• 　　2) 属性值的继承特征。
• 　　3) 属性值支持多个提供对象(数据源)。

　　Dependency属性最大的特点就是内建的变化通知功能。提供Dependency属性功能主要是为了直接在XAML标记语言提供丰富的功能。WPF的友好设计的关键就是大量的使用属性。如果没有Dependency属性，我们将不得不编写大量的代码。

　　在任何时候，只要Dependency属性的值发生了变化，WPF可以自动地根据属性的元数据触发不同的行为。Dependency属性的这种内建变化通知所提供的最值得注意的就是属性触发器(Property Trigger)，它使我们不需要编写任何的程序代码就能在属性变化时执行自定义行为。下面是一个简单的属性触发器的例子：

<Trigger Property="IsMouseOver" Value="True">        <Setter Property="Foreground" Value="Blue"/> </Trigger>

　　它的功能就是在属性值IsMouseOver变为True的时，将属性Foreground的值设置为Blue。而且，它会在IsMouseOver变为False时自动将Foreground的值设置为原来的值。就是这样简单的三行代码完成了我们曾经需要多个函数、变量才能实现的功能。

　　属性值的继承将更加易于理解。我们在父元素中定义的某些元素的属性，同时将影响子元素对应的属性值。

<Window xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml" FontStyle="Italic"> <Button>Hello<Button/> </Window>

　　这里我们把Window的FontStyle属性设置为Italic，那么它将影响所有适用于这个属性的子元素。也就是说Button显示的文本也将是Italic风格的。

　　Visual对象

　　WPF根据代码创建的元素层次结构，把它们对应为一种树型结构。视觉树(Visual Tree)定义了元素对象的提交(Rendering)行为。视觉树中的每个结点都是一个Visual对象。由于UIElement是从Visual派生，因此所有的UIElement都是一个Visual对象。

　　每个Visual对象都实现了IVisual接口，这个接口封装的一些比较通用，而用户不关心的功能。在多数时候，我们不需要自己实现这个接口。下面简单列举了在Visual对象拥有的基本功能：

• 　　变换(Transform)Visual对象的每个子元素。
• 　　支持透明(Opacity)属性。
• 　　支持裁剪(Clip)功能。
• 　　支持内容(Content)模板。
• 　　提供点击测试(Hit Testing)服务。
• 　　提供坐标变换服务。
• 　　提供边界框(Bounding Box)服务。

　　然后，每个Visual派生对象根据类型的不同，扩展了不同的功能。比如ContainerVisual表示Visual对象的集合。这样把每个元素的通用行为进行抽象、封装之后，提供了非常方便的元素定义和操作方法。

　　现在，你应该能体验到WPF给我们的开发所带来的方便之处。它不但利用Direct3D实现了非常绚丽的用户界面效果。而且提供开发框架非常的易于使用、扩展。因此，我们有理由相信WPF技术一定会很快的取代Windows Forms。并随着Windows Vista操作系统的推广，它的应用也一定会根据广泛。