Windows presentation foundation в net

Особенности платформы WPF

Последнее обновление: 26.11.2023

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#, VB.NET и F#, либо совмещать и то, и другое.

Первая версия — WPF 3.0 вышла вместе с .NET Framework 3.0 и операционной системой
Windows Vista в 2006 году. И с тех пор платформа WPF является частью экосистемы .NET и развивается вместе с фреймворком .NET. Например, на сегодняшний день последней версией фреймворка
.NET является .NET 8, и WPF полностью поддерживается этой версией фреймворка.

Преимущества WPF

Что вам, как разработчику, предлагает WPF?

• Использование традиционных языков .NET-платформы — C#, F# 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

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 повышенной производительностью при отрисовке графики.

Кроме того, несмотря на то, что WPF работает поверх кроссплатформенной среды .NET, но в силу природы WPF и зависимости от компонентов Windows, на данный момент
создавать приложения на WPF можно только под ОС Windows.

Архитектура WPF

Схематически архитектуру WPF можно представить следующим образом:

Картинка с сайта: metanit.com

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.

        Года 3 назад, обсуждая Windows Forms с другом, я жаловался на то что неудобно использовать Windows Forms для вывода видео и музыки, а друг о том, что ему неудобно создавать свои контролы, а также формировать тулбары.

        Мы и не думали тогда, что нам так упростят жизнь.
Но у любой технологии есть свои плюсы и минусы. Мы платим за нее своим временем, своими проектами, когда года 1.5 назад я выпустил простейшее приложение для обновления одной игры (такого рода программы зачастую называют «Автопатчеры»), я и не думал о том, что не может быть столько людей, которые будут кричать не о том, что программа имеет плохой дизайн или баги, а то, что ведь нужно скачать 20 мегабайт .Net Framework 2.0.

        Жизнь научила меня изучать теперь сначала рынок, ведь даже самое красивое и правильное приложение может быть не оценено, если пользователю нужно совершать телодвижения, которые могут вызвать у него от сведения руки от нажатий кучи ненужных кнопок в диалогах программ до того, что ему нужно потратить дополнительный пенни для запуска вашей программы.

        Год назад я много слышал о различных технологиях, появившихся в Net Framework 3.0. Я уже начал писать ранее на C#/VB.Net в контексте ASP.Net и почитав отзывы наиболее рьяных архитекторов, решил подождать.

        Спустя полгода, а точнее прошлой весной, я слушал великолепные отзывы о технологии WPF от своего товарища, у него была одна проблема: 80% возможностей он так и не смог раскрыть, т.к. нормальная книга появилась летом (из тех, где подробно и довольно в доступной форме рассказывается о технологии), а до этого можно было почерпнуть информацию только из блогов, в коих, зачастую, многое упускалось из вида…

        Наслушавшись его, и умудрившись опыта, я сначала начал читать книгу, которая обновилась к этому времени, вместе с фреймворком до версии 3.5. Многое ускользало и пока продолжает ускользать от моего понимания, но теперь есть куда копать: западные блоггеры-программисты, раскусив плод WPF, застрочили как из пулемета, да и наши начинают догонять.

Что такое WPF?

        В Windows с версии 3.11 присутствовал компонент вывода на экран GDI, позже его обновили, в Windows XP, если не ошибаюсь, уже используется GDI+.
Проблем от использования GDI+ в приложениях было и будет много, наряду с GDI была подсистема вывода 3D – DirectX, существовавшая с Windows 95. У нее были другие проблемы, но главной проблемы – сильной загрузки процессора для перерисовки моделей у нее не было.

        Видимо решение у Microsoft зрело давно, раз они интегрировали WPF в Vista и Server 2008, которое, как мне кажется, и дало больший толчок для его использования, нежели всяческие семинары и статьи. Это, кстати дает дополнительный плюс, ведь упрощается модель редистрибуция приложений использующих 3 и 3.5 фреймворки.

        Собственно, как я думаю, Вы уже догадались, WPF использует DirectX для вывода приложений на экран пользователя. Но тут и первые грабли, т.к. отображение форм у пользователей будет местами разниться, ведь мы, же не сговорились и не скупили продукцию 3D middle и high видеокарт.

        В WPF, на данный момент существуют 3 уровня, для определения как будет «рендерится» формочка и остальные примитивы на экране.

a) Уровень 0: Нет hardware acceleration (внутреннего ускорения). Примерно DirectX 7.0
b) Уровень 1: Частичная hardware acceleration. Примерно DirectX 8.
c) Уровень 2: Все фичи задействованы. Примерно DirectX 9 и выше.

Как узнать какой у вас уровень или у пользователя?

Int renderingTier = (RenderCapability.Tier >> 16);
if (renderingTier == 0)
{
 // 0 уровень
}

        Однако разработчики не ограничились тем, что использовали другой уровень презентационной модели, а сделали еще много вещей:

a) Новая описательная модель формы и интерфейса в принципе — XAML
b) Новая модель Компоновки: имеется ввиду не компоновщик на уровне компилятора,
а новая модель включения одного в другое. Пример (в textbox вставить checkbox).
c) Новые сопутствующие контролы и методы для печати и медиа.
d) Новая модель привязки данных.
e) Новые возможности в формах.
f) Многое другое, что я еще не узнал.
g) Возможность почти безболезненно перенести проект в Web
(О XBAP Rich Web Application я расскажу, через пару статей).
h) Анимация.

        Да называть все везде формами, наверное, неверно, ведь модель состоит из окон и страниц, страницы можно соответственно подгружать, что в веб-версии, что в обычной, через компонент Frame или через Canvas, например, в WPF/E (SilverLight).

Пример подгрузки страницы:

Frame.Source = new Uri («Page1.xaml», UriKind.Relative);

        В следующей статье я рассмотрю XAML. Вкратце пока скажу, что XAML
(eXtensible Application Markup Language) – это специальный описательный язык для
документов, окон и страниц, чем то, напоминает этакую помесь XML и HTML.

Ну и простой пример окна (только XAML):

1. <Window
2.   xmlns=»http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation»
3.   xmlns:x=»http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml»
4.   Title=»TestingWPF» Width=»310″ Height=»260″
5.   WindowStartupLocation=»CenterScreen»>
6.  
7. <Grid>
8.   <Grid.ColumnDefinitions>
9.     <ColumnDefinition></ColumnDefinition>
10.   </Grid.ColumnDefinitions>
11.  
12.   <Grid.RowDefinitions>
13.     <RowDefinition></RowDefinition>
14.   </Grid.RowDefinitions>
15.  
16.   <TextBlock Grid.Row=»0″ Grid.Column=»0″>Hello World</TextBlock>
17. </Grid>
18. </Window>

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

        Кстати, советую для тестирования разметки и небольших кусочков использовать не Visual Studio, а XamlPadX или XamlHack, или XamlPad.

В заключение, хотелось бы порекомендовать книги по WPF:

1) WPF. Windows Presentation Foundation в .NET 3.5 с примерами на C# 2008 для профессионалов
Автор: Мэтью Мак-Дональд.

Впечатления:

        Написано очень добротно, неточностей перевода мало, рассказано почти обо всем, минус – то, что маленький тираж, и когда она только появилась, пришлось побегать и месяца полтора ждать.

2) WPF. Windows Presentation Foundation в .NET 3.0 для профессионалов.
Автор: тот же.

Впечатления:

        «В целом книга написана очень хорошо, но, похоже, все-таки, местами слишком все подробно расписано и присутствуют неточности перевода» – это со слов человека (который упоминался в повествовании ранее), который ее читал.

Upd.

Блоги

Вот немного блогов, посвящённых WPF:

blogs.msdn.com/adam_nathan/
www.drwpf.com/blog — один из лучших WPF-блоггеров
www.beacosta.com/blog — всё о Data Binding в WPF
marlongrech.wordpress.com/
joshsmithonwpf.wordpress.com/ — один из лучших WPF-блоггеров
work.j832.com/
learnwpf.com/
blog.pixelingene.com/
sachabarber.net/ — один из лучших WPF-блоггеров
blogs.msdn.com/wpfsdk/
windowsclient.net/
www.codeplex.com/wpf/ — новые официальные контролы WPF
wpf.netfx3.com/blogs/presentation_bloggers/

Английские книги

Pro WPF: Windows Presentation Foundation in .NET 3.0 by Matthew MacDonald
Essential Windows Presentation Foundation by Chris Andersen
WPF Unleashed by Adam Nathan

Дополнительные программы, для работы с WPF

Картинка с сайта: habr.com

Kaxaml

(Спасибо хаброюзеру Vladek за помощь в дополнении поста и хаброюзеру XaocCPS за его рецензирование)

Буду рад, если Вы дополните этот список, особенно книгами на английском,
т.к я пока еще их не изучал, но видел, либо сделаете уточнения к статье. Спасибо!

Windows Presentation Foundation (WPF) is a powerful tool for creating desktop applications with .NET. This tutorial aims to provide a comprehensive introduction to WPF, and by the end of it, you should have a good understanding of its basics and how to use it in your projects effectively. If you are looking to hire .NET remote developers who are proficient in WPF, you are also in the right place.

Картинка с сайта: reintech.io

What is WPF?

WPF, or Windows Presentation Foundation, is a graphical subsystem by Microsoft for rendering user interfaces in Windows-based applications. It is a part of the .NET Framework, providing a unified programming model for building line-of-business desktop applications on Windows.

Getting Started with WPF

To start with WPF, you first need to install Visual Studio, if you haven’t already. You can download the latest version of Visual Studio from the official website.

Once Visual Studio is installed, you can create a new WPF Application project. Here’s how to do it:

1. Open Visual Studio.
2. Click on «Create a new project.»
3. In the «Create a new project» window, select «WPF App (.NET Framework)» and then click Next.
4. Name your project, choose a location, and click «Create.»

Understanding the WPF Application Structure

Visual Studio creates several files for you when you create a new WPF application. The most important ones are App.xaml and MainWindow.xaml.

The App.xaml file allows you to set application-wide properties and handle application-wide events. The MainWindow.xaml file, on the other hand, is where you define the user interface for your main window.

Creating a Simple WPF Application

Let’s create a simple WPF application that displays a button. When you click the button, a message box says «Hello, World!»

First, open MainWindow.xaml and add the following XAML code:

    <Window x:Class="WpfApp.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        Title="MainWindow" Height="350" Width="525">
    <Grid>
        <Button Name="btnHello" Content="Click me!" HorizontalAlignment="Center" VerticalAlignment="Center" Click="btnHello_Click" />
    </Grid>
    </Window>
    

Then, open MainWindow.xaml.cs and add the following C# code:

    using System.Windows;

    namespace WpfApp
    {
        public partial class MainWindow : Window
        {
            public MainWindow()
            {
                InitializeComponent();
            }

            private void btnHello_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
            {
                MessageBox.Show("Hello, World!");
            }
        }
    }
    

That’s it! You have now created your first WPF application. If you click the «Click me!» button, you will see a message box saying «Hello, World!»

Conclusion

This tutorial provided a brief introduction to WPF. We discussed what WPF is, and how to get started with it, and we even created a simple WPF application. However, WPF is a very powerful and complex technology, and there’s still much to learn. With patience and practice, you can master it and create stunning desktop applications with .NET.