Введение в WPF
Особенности платформы WPF
Технология WPF (Windows Presentation Foundation) является часть экосистемы платформы .NET и представляет собой подсистему для построения графических интерфейсов.
Если при создании традиционных приложений на основе WinForms за отрисовку элементов управления и графики отвечали такие части ОС Windows, как User32 и GDI+, то приложения WPF основаны на DirectX . В этом состоит ключевая особенность рендеринга графики в WPF: используя WPF, значительная часть работы по отрисовке графики, как простейших кнопочек, так и сложных 3D-моделей, ложиться на графический процессор на видеокарте, что также позволяет воспользоваться аппаратным ускорением графики.
Одной из важных особенностей является использование языка декларативной разметки интерфейса XAML, основанного на XML: вы можете создавать насыщенный графический интерфейс, используя или декларативное объявление интерфейса, или код на управляемых языках C# и VB.NET, либо совмещать и то, и другое.
Преимущества WPF
Что вам, как разработчику, предлагает WPF?
Использование традиционных языков .NET-платформы — C# и VB.NET для создания логики приложения
Возможность декларативного определения графического интерфейса с помощью специального языка разметки XAML, основанном на xml и представляющем альтернативу программному созданию графики и элементов управления, а также возможность комбинировать XAML и C#/VB.NET
Независимость от разрешения экрана : поскольку в WPF все элементы измеряются в независимых от устройства единицах, приложения на WPF легко масштабируются под разные экраны с разным разрешением.
Новые возможности, которых сложно было достичь в WinForms, например, создание трехмерных моделей, привязка данных, использование таких элементов, как стили, шаблоны, темы и др.
Хорошее взаимодействие с WinForms , благодаря чему, например, в приложениях WPF можно использовать традиционные элементы управления из WinForms.
Богатые возможности по созданию различных приложений: это и мультимедиа, и двухмерная и трехмерная графика, и богатый набор встроенных элементов управления, а также возможность самим создавать новые элементы, создание анимаций, привязка данных, стили, шаблоны, темы и многое другое
Аппаратное ускорение графики — вне зависимости от того, работаете ли вы с 2D или 3D, графикой или текстом, все компоненты приложения транслируются в объекты, понятные Direct3D, и затем визуализируются с помощью процессора на видеокарте, что повышает производительность, делает графику более плавной.
Создание приложений под множество ОС семейства Windows — от Windows XP до Windows 10
В тоже время WPF имеет определенные ограничения. Несмотря на поддержку трехмерной визуализации, для создания приложений с большим количеством трехмерных изображений, прежде всего игр, лучше использовать другие средства — DirectX или специальные фреймворки, такие как Monogame или Unity.
Также стоит учитывать, что по сравнению с приложениями на Windows Forms объем программ на WPF и потребление ими памяти в процессе работы в среднем несколько выше. Но это с лихвой компенсируется более широкими графическими возможностями и провышенной производительностью при отрисовке графики.
Архитектура WPF
Схематически архитектуру WPF можно представить следующим образом:
Как видно на схеме, WPF разбивается на два уровня: managed API и unmanaged API (уровень интеграции с DirectX). Managed API (управляемый API-интерфейс) содержит код, исполняемый под управлением общеязыковой среды выполнения .NET — Common Language Runtime. Этот API описывает основной функционал платформы WPF и состоит из следующих компонентов:
PresentationFramework.dll : содержит все основные реализации компонентов и элементов управления, которые можно использовать при построении графического интерфейса
PresentationCore.dll : содержит все базовые типы для большинства классов из PresentationFramework.dll
WindowsBase.dll : содержит ряд вспомогательных классов, которые применяются в WPF, но могут также использоваться и вне данной платформы
Unmanaged API используется для интеграции вышележащего уровня с DirectX:
milcore.dll : собственно обеспечивает интеграцию компонентов WPF с DirectX. Данный компонент написан на неуправляемом коде (С/С++) для взаимодействия с DirectX.
WindowsCodecs.dll : библиотека, которая предоставляет низкоуровневую поддержку для изображений в WPF
Еще ниже собственно находятся компоненты операционной системы и DirectX, которые произвоят визуализацию компонентов приложения, либо выполняют прочую низкоуровневую обработку. В частности, с помощью низкоуровневого интерфейса Direct3D, который входит в состав DirectX, происходит трансляция
Здесь также на одном уровне находится библиотека user32.dll . И хотя выше говорилось, что WPF не использует эту библиотеку для рендеринга и визуализации, однако для ряда вычислительных задач (не включающих визуализацию) данная библиотека продолжает использоваться.
История развития
WPF является частью экосистемы .NET и развивается вместе с фреймворком .NET и имеет те же версии. Первая версия WPF 3.0 вышла вместе с .NET 3.0 и операционной системой Windows Vista в 2006 году. С тех пор платформа последовательно развивается. Последняя версия WPF 4.6 вышла параллельно с .NET 4.6 в июле 2015 года, ознаменовав девятилетие данной платформы.
Windows Presentation Foundation
Windows Presentation Foundation (WPF [1] ) (произносится — «даб-пи-эф») — система для построения клиентских приложений Windows с визуально привлекательными возможностями взаимодействия с пользователем, графическая (презентационная) подсистема в составе .NET Framework (начиная с версии 3.0), использующая язык XAML [2] .
WPF предустановлена в Windows Vista (.NET Framework 3.0), Windows 7 (.NET Framework 3.5 SP1), Windows 8 (.NET Framework 4.0 и 4.5), Windows 8.1 (.NET Framework 4.5.1). С помощью WPF можно создавать широкий спектр как автономных, так и запускаемых в браузере приложений [3] .
Содержание
Особенности технологии
В основе WPF лежит векторная система визуализации, не зависящая от разрешения устройства вывода и созданная с учётом возможностей современного графического оборудования. WPF предоставляет средства для создания визуального интерфейса, включая язык XAML (eXtensible Application Markup Language), элементы управления, привязку данных, макеты, двухмерную и трёхмерную графику, анимацию, стили, шаблоны, документы, текст, мультимедиа и оформление [3] .
Графической технологией, лежащей в основе WPF, является DirectX, в отличие от Windows Forms, где используется GDI/GDI+ [4] . Производительность WPF выше, чем у GDI+ за счёт использования аппаратного ускорения графики через DirectX.
Также существует урезанная версия CLR, называющаяся WPF/E, она же известна как Silverlight.
Использование разметки XAML
XAML представляет собой язык декларативного описания интерфейса, основанный на XML. Также реализована модель разделения кода и дизайна, позволяющая кооперироваться программисту и дизайнеру. Кроме того, есть встроенная поддержка стилей элементов, а сами элементы легко разделить на элементы управления второго уровня, которые, в свою очередь, разделяются до уровня векторных фигур и свойств/действий. Это позволяет легко задать стиль для любого элемента, например, Button (кнопка).
Средства разработки
Для работы с WPF требуется любой .NET-совместимый язык. В этот список входит множество языков: C#, F#, VB.NET, C++, Ruby, Python, Delphi (Prism), Lua и многие другие. Для полноценной работы может быть использована как Visual Studio, так и Expression Blend. Первая ориентирована на программирование, а вторая — на дизайн и позволяет делать многие вещи, не прибегая к ручному редактированию XAML. Примеры этому — анимация, стилизация, состояния, создание элементов управления и так далее.
Возможности
WPF предоставляет широкий спектр возможностей по созданию интерактивных настольных приложений:
Привязка данных
Это гибкий механизм, который позволяет через расширения разметки XAML связывать различные данные (от значений свойств элементов управления до общедоступных свойств, реализующих поля базы данных через Entity Framework). Привязка данных представлена классом Binding, который в свою очередь унаследован от MarkupExtension, что позволяет использовать привязки не только в коде, но и в разметке:
Помимо основного класса Binding в WPF реализовано еще несколько механизмов привязок:
- MultiBinding — позволяет создавать множественные привязки, указывая несколько элементов
- TemplateBinding — используется в шаблонах для связывания свойства элемента внутри шаблона со свойством элемента, к которому применен шаблон
- PriorityBinding — ранжирует список привязок и выбирает из них свойство (согласно приоритету) к которому будет применена привязка. Если привязка, имеющая наивысший приоритет успешно возвращает значение, то нет необходимости обрабатывать другие привязки в списке.
Стили
Позволяют создавать стилевое оформление элементов и, как правило, используются только в разметке:
Если стиль задается в ресурсах (например в словаре ресурсов), то можно использовать атрибут x:Key для указания уникального ключа. Затем в элементе управления, к которому необходимо применить стиль, нужно использовать расширение разметки StaticResource для связывания с этим стилем. Если использовать этот прием, то стили не будут нагромождать разметку.
Шаблоны элементов управления
Позволяют менять графическое оформление элементов и представлены классом ControlTemplate. В отличие от стилей, можно менять не только графическое представление элемента, но и его структуру. При этом шаблон элемента управления задается через свойство Template.
Простой пример круглой кнопки:
Шаблоны данных
В отличие от шаблонов элементов управления, задаются для определенного контекста данных (который в блочных элементах управления задается через свойство DataContext, а в списковых через ItemsSource). Сам шаблон данных представлен классом DataTemplate. Для обозначения типа данных, к которому необходимо применить шаблон, используется свойство DataType.
Ресурсы
Система ресурсов позволяет объединять шаблоны, стили, кисти, анимацию и многие другие интерактивные элементы, что существенно упрощает работу с ними. Ресурсы задаются в свойстве Resources класса FrameworkElement, от которого унаследованы все элементы управления, панели компоновки и даже класс Application. Это позволяет создавать многоуровневую систему ресурсов:
- ресурсы внутри объекта — действительны только для этого объекта
- ресурсы внутри панели компоновки (например Grid) — позволяет задать границу контекста ресурсов на уровне этой панели
- ресурсы внутри окна Window — если в приложении используется несколько окон, то ресурсы одного окна не будут доступны ресурсам другого окна
- ресурсы приложения — доступны повсеместно (как правило задаются в отдельном словаре ресурсов)
Графика
WPF представляет обширный, масштабируемый и гибкий набор графических возможностей:
- Графика, не зависящая от разрешения и устройства. Основной единицей измерения в графической системе WPF является аппаратно-независимый пиксель, который составляет 1/96 часть дюйма независимо от фактического разрешения экрана.
- Дополнительная поддержка графики и анимации. WPF упрощает программирование графики за счет автоматического управления анимацией. Разработчик не должен заниматься обработкой сцен анимации, циклами отрисовки и билинейной интерполяцией
- Аппаратное ускорение. Графическая система WPF использует преимущества графического оборудования, чтобы уменьшить использование ЦП.
Двухмерная графика
WPF предоставляет библиотеку общих двухмерных фигур, нарисованных с помощью векторов, таких, как прямоугольники и эллипсы, а также графические пути. И в своей функциональности фигуры реализуют многие возможности, которые доступны обычным элементам управления.
Двухмерная графика в WPF включает визуальные эффекты, такие как градиенты, точечные рисунки, чертежи, рисунки с видео, поворот, масштабирование и наклон.
Трехмерная графика
WPF также включает возможности трехмерной отрисовки, интегрированные с двухмерной графикой, что позволяет создавать более яркий и интересный пользовательский интерфейс.
WPF overview
Windows Presentation Foundation (WPF) lets you create desktop client applications for Windows with visually stunning user experiences.
The core of WPF is a resolution-independent and vector-based rendering engine that is built to take advantage of modern graphics hardware. WPF extends the core with a comprehensive set of application-development features that include Extensible Application Markup Language (XAML), controls, data binding, layout, 2D and 3D graphics, animation, styles, templates, documents, media, text, and typography. WPF is part of .NET, so you can build applications that incorporate other elements of the .NET API.
This overview is intended for newcomers and covers the key capabilities and concepts of WPF.
Program with WPF
WPF exists as a subset of .NET types that are (for the most part) located in the System.Windows namespace. If you have previously built applications with .NET using managed technologies like ASP.NET and Windows Forms, the fundamental WPF programming experience should be familiar; you instantiate classes, set properties, call methods, and handle events, using your favorite .NET programming language, such as C# or Visual Basic.
WPF includes additional programming constructs that enhance properties and events: dependency properties and routed events.
Markup and code-behind
WPF lets you develop an application using both markup and code-behind, an experience with which ASP.NET developers should be familiar. You generally use XAML markup to implement the appearance of an application while using managed programming languages (code-behind) to implement its behavior. This separation of appearance and behavior has the following benefits:
Development and maintenance costs are reduced because appearance-specific markup is not tightly coupled with behavior-specific code.
Development is more efficient because designers can implement an application’s appearance simultaneously with developers who are implementing the application’s behavior.
Globalization and localization for WPF applications is simplified.
Markup
XAML is an XML-based markup language that implements an application’s appearance declaratively. You typically use it to create windows, dialog boxes, pages, and user controls, and to fill them with controls, shapes, and graphics.
The following example uses XAML to implement the appearance of a window that contains a single button:
Specifically, this XAML defines a window and a button by using the Window and Button elements, respectively. Each element is configured with attributes, such as the Window element’s Title attribute to specify the window’s title-bar text. At run time, WPF converts the elements and attributes that are defined in markup to instances of WPF classes. For example, the Window element is converted to an instance of the Window class whose Title property is the value of the Title attribute.
The following figure shows the user interface (UI) that is defined by the XAML in the previous example:
Since XAML is XML-based, the UI that you compose with it is assembled in a hierarchy of nested elements known as an element tree. The element tree provides a logical and intuitive way to create and manage UIs.
Code-behind
The main behavior of an application is to implement the functionality that responds to user interactions, including handling events (for example, clicking a menu, tool bar, or button) and calling business logic and data access logic in response. In WPF, this behavior is implemented in code that is associated with markup. This type of code is known as code-behind. The following example shows the updated markup from the previous example and the code-behind:
In this example, the code-behind implements a class that derives from the Window class. The x:Class attribute is used to associate the markup with the code-behind class. InitializeComponent is called from the code-behind class’s constructor to merge the UI that is defined in markup with the code-behind class. ( InitializeComponent is generated for you when your application is built, which is why you don’t need to implement it manually.) The combination of x:Class and InitializeComponent ensure that your implementation is correctly initialized whenever it is created. The code-behind class also implements an event handler for the button’s Click event. When the button is clicked, the event handler shows a message box by calling the System.Windows.MessageBox.Show method.
The following figure shows the result when the button is clicked:
Controls
The user experiences that are delivered by the application model are constructed controls. In WPF, control is an umbrella term that applies to a category of WPF classes that are hosted in either a window or a page, have a user interface, and implement some behavior.
For more information, see Controls.
WPF controls by function
The built-in WPF controls are listed here:
Buttons: Button and RepeatButton.
Data Display: DataGrid, ListView, and TreeView.
Date Display and Selection: Calendar and DatePicker.
Digital Ink: InkCanvas and InkPresenter.