摘要

程序的本质是“数据+算法”——用户输入原始数据，算法处理原始数据并得到结果数据。程序可以使用LED阵列、格式字符串、图形化用户界面（Graphic User Interface，GUI）将结果数据显示给用户，其中图形化用户界面最方便、直观。
在Windows上实现图形化的界面有多种方法，每种方法又拥有自己的一套开发理念和工具并组成一种方法论，常见的有：

控件概述

程序的本质是“数据+算法”——用户输入原始数据，算法处理原始数据并得到结果数据。程序可以使用LED阵列、格式字符串、图形化用户界面（Graphic User Interface，GUI）将结果数据显示给用户，其中图形化用户界面最方便、直观。
在Windows上实现图形化的界面有多种方法，每种方法又拥有自己的一套开发理念和工具并组成一种方法论，常见的有：

• Windows APl（Win APl）：调用Windows底层绘图函数，使用C语言，最原始也最基础。
• Microsoft Foundation Class（MFC）：使用C++语法将原始的Win32API函数封装成控件类。
• Visual Component Library（VCL）：Delphi和C++Builder使用的与MFC相近的控件类库。
• Visual Basic+ActiveX控件（VB6）：使用组件化的思想把WinAPI封装成UI控件，以期多语言共用。
• Java Swing/AWT：Java SDK中用于跨平台开发GUI程序的控件类库。
• Windows Form：.NET平台上进行GUl开发的老牌劲旅，完全组件化但需要.NET运行时支持。
• Windows Presentation Foundation（WPF）：后起之秀，使用全新的数据驱动UI的理念。

可以把上述这些方法论分为四代：

• WinAPI时代：函数调用+Windows消息处理。
• 封装时代：使用面向对象理念把WinAPI封装成类；由来自UI的消息驱动程序处理数据。
• 组件化时代：使用面向组件理念在类的基础上封装成组件；消息被封装成事件，变成事件驱动。
• WPF时代：在组件化的基础上，使用专门的UI设计语言并引入由数据驱动UI的理念。

注：目前流行使用前端的方式实现GUI，如Electron、NanUI等。

WPF中是数据驱动UI，数据是核心、是主动的；UI从属于数据并表达数据、是被动的。WPF把那些能够展示数据、响应用户操作的UI元素称为控件（Control），控件所展示的数据称之为控件的“数据内容”，控件在响应用户的操作后会执行自己的一些方法或以事件（Event）的形式通知应用程序称之为控件的“行为”或“算法内容”。

WPF中的控件是个非常抽象的概念——Control是数据和行为的载体，而无需具有固定的形象，如只要是用来显示一个bool类型值并允许用户通过单击来切换true/false/null的UI元素就是一个CheckBox（关注抽象的数据和行为而不是控件具体的形象）。

日常工作中打交道最多的控件无外乎6类，即：

• 布局控件：可以容纳多个控件或嵌套其他布局控件，用于在UI上组织和排列控件，如Grid、StackPanel、DockPanel 等控件（共同的父类是Panel）。
• 内容控件：只能容纳一个其他控件或布局控件作为它的内容，如Window、Button等控件（经常需要借助布局控件来规划其内容，共同父类是ContentControl）。
• 带标题内容控件：相当于一个内容控件，但可以加一个标题（Header），标题部分亦可容纳一个控件或布局，GroupBox、Tabltem等是这类控件的典型代表（共同父类是HeaderedContentControl）。
• 条目控件：可以显示一列数据，一般情况下这列数据的类型相同，此类控件包括ListBox、ComboBox等（共同基类是ltemsControl，在显示集合类型数据方面功能非常强大）。
• 带标题条目控件：相当于一个条目控件加上一个标题显示区，Tree Viewltem、Menultem都属于此类控件（往往用于显示层级关系数据，结点显示在其Header区域，子级结点则显示在其条目控件区域，共同基类是HeaderedltemsControl）。
• 特殊内容控件：这类控件相对比较独立，比如TextBox容纳的是字符串、TextBlock可以容纳可自由控制格式的文本、Image容纳图片类型数据。

6类控件的派生关系如下图所示：

WPF是构建在.NET Framework上的一个子系统，它也是一个用于开发应用程序的框架（Framework），FrameworkElement的Framework指的就是WPF Framework。而FrameworkElement类在UIElement类的基础上添加了很多专门用于WPF开发的API（比如SetBinding方法），所以从这个类开始才算是进入WPF开发柜架。

WPF的内容模型

根据是否可以装载内容、能够装载什么样的内容，WPF的UI元素可以分为如下类型：

名称	注释
ContentControl	单一内容控件
HeaderedContentControl	带标题的单一内容控件
ltemsControl	以条目集合为内容的控件
HeaderedltemsControl	带标题的以条目集合为内容的控件
Decorator	控件装饰元素
Panel	面板类元素
Adorner	文字点缀元素
Flow Text	流式文本元素
TextBox	文本输入框
TextBlock	静态文字
Shape	图形元素

控件的内容可以直接是数据，也可以是控件。当控件的内容还是控件的时候就形成了控件的嵌套（UI布局时尤为常见），被嵌套的控件称为子级控件，所以WPF的UI会形成一个树形结构。

• 逻辑树（Logical Tree）：不考虑控件内部的组成结构，只观察由控件组成的“树”。
• 可视元素树（Visual Tree）：WPF控件往往是由更基本的控件构成的（控件本身就是一棵树），连控件本身的树也考虑在内，比逻辑树更“繁茂”的树。

控件是内存中的对象，控件的内容也是内存中的对象。控件通过自己的某个属性引用着作为其内容的对象，这个属性称为内容属性（Content Property）。“内容属性”是个统称，具体到每种控件上，内容属性都有自己确切的名字——Content、Child、Items或Children。

控件的内容属性与XAML标签的内容存在一定的对应关系，XAML标签的内容区域专门映射了控件的内容属性，下面从语法和常理来解释一下：

• 严格按照语法来说，控件有内容属性，在XAML里就应该能够使用Atribute=Value 或者属性标签的形式来为内容赋值，如：

<Button Content="OK"/>  <!--或--> <Button>   <Button.Content>     <sys:String>OK</sys:String>   </Button.Content> </Button> 

• 按照常理来说，控件对应到XAML文档里就是标签，控件的内容就应该是标签的内容、子级控件就应该是标签的子级元素（简称标签的元素），标签的内容是夹在起始标签和结束标签间的代码，上面的代码可以写成：

<Button>   <sys:String>OK</sys:String> </Button> 

各类内容模型详解

把符合某类内容模型的UI元素称为一个族，每个族用它们共同基类来命名。

ContentControl族

本族元素的特点如下：

• 均派生自ContentControl类。
• 它们都是控件（Control）。
• 内容属性的名称为Content。
• 只能由单一元素充当其内容。

“只能由单一元素充当其内容”以Button为例，Buton只能接受一个元素作为它的Content，需要一个带图标、文字的Button时要先用一个可以包含多个元素的布局控件把图片和文字包装起来，再把这个布局控件作为Buton的内容（控件的内容也可以是控件）。

ContentControl族包含的控件：Button、ButtonBase、CheckBox、ComboBoxItem、ContentControl、Frame、GridViewColumnHeader、GropItem、Label、ListBoxItem、ListViewItem、NavigationWindow、RadioButton、RepeatButton、ScrollViewer、StatusBarItem、ToggleButton、ToolTip、UserControl、Window。

HeaderedContentControl族

本族元素的特点如下：

• 它们都派生自HeaderedContentControl类，HeaderedContentControl是ContentControl类的派生类。
• 它们都是控件，用于显示带标题的数据。
• 除了用于显示主体内容的区域外，控件还具有一个显示标题（Header）的区域。
• 内容属性为Content和Header。
• 无论是Content 还是Header都只能容纳一个元素作为其内容。

HeaderedContentControl族包含的控件：Expender、GroupBox、HeaderedContentControl、TabItem。
下面演示一个以图标为Header、以文字为主体内容的GroupBox，代码如下：

<!--GroupBox.Content标签可以省略--> <GroupBox Margin="10" BorderBrush="SlateBlue">     <GroupBox.Header>         <Image Source="img.jpg" Width="20" Height="20"></Image>     </GroupBox.Header>     <GroupBox.Content>         <TextBlock TextWrapping="WrapWithOverflow" Margin="10" Text="测试内容"></TextBlock>     </GroupBox.Content> </GroupBox> 

ItemsControl族

本族元素的特点如下：

• 均派生自ItemsControl类。
• 它们都是控件，用于显示列表化的数据。
• 内容属性为Items或ItemsSource。
• 每种ItemsControl都对应有自己的条目容器（Item Container）。

本族的包含的控件：Menue、MenuBase、ContextMenu、ComboBox、ItemsControl、ListBox、ListViewe、TabControl、TreeView、Selector、StatusBar,对应的Item Container如下：

ItemsControl名称	对应的Item container
ComboBox	ComboBoxItem
ContextMenu	MenuItem
ListBox	ListBoxItem
ListView	ListViewItem
Menu	MenuItem
StatusBar	StatusBarItem
TabControl	TabItem
TreeView	TreeViewItem

下面列出属于ItemsControl族元素和其对应的Item Container有ComboBox——ComboBoxItem，ContextMenu——MenuItem，ListBox——ListBoxItem，ListView——ListViewItem，Menu——MenuItem，StatusBar——StatusBarItem，TabControl——TabItem，TreeView——TreeViewItem.

ListBox：在XAML中添加数据

ListBox除了可以显示中规中矩的字符串条目还能够显示更多的元素，如CheckBox、RadioButton、TextBox等，例如下面这段代码：

<!--ListBoxItem标签已省略--> <ListBox x:Name="listbox" Margin="5">     <CheckBox x:Name="chb1" Content="选择1"/>     <CheckBox x:Name="chb2" Content="选择2"/>     <CheckBox x:Name="chb3" Content="选择3"/>     <CheckBox x:Name="chb4" Content="选择4"/>     <Button x:Name="btn1" Content="按钮1"/>     <Button x:Name="btn2" Content="按钮2"/>     <Button x:Name="btn3" Content="按钮3"/> </ListBox> 

表面看上去是ListBox直接包含了一些CheckBox和Buton，实际上这些CheckBox和Buton的父级容器是ListBoxItem。为按钮添加如下的事件代码查看父容器：

private void btn1_Click(object sender, RoutedEventArgs e) {                 Button btn = (sender) as Button;     DependencyObject level1 = VisualTreeHelper.GetParent(btn);     DependencyObject level2 = VisualTreeHelper.GetParent(level1);     DependencyObject level3 = VisualTreeHelper.GetParent(level2);      StringBuilder sbr = new StringBuilder();     sbr.AppendLine("level1:"+level1.GetType().ToString());     sbr.AppendLine("level2:" + level2.GetType().ToString());     sbr.AppendLine("level3:" + level3.GetType().ToString());                MessageBox.Show(sbr.ToString());     }  

ListBox：在代码中添加数据

除非列表里的元素自始至终都是固定的才使用这种直接把UI元素作为ItemsControl内容的方法，如日期等。大多数情况下，UI上的列表会用于显示动态的后台数据，此时交给ltemsControl的就是程序逻辑中的数据了。在代码中为ListBox添加数据的代码如下：

<Grid>     <ListBox x:Name="listbox" Margin="5"/> </Grid> 

List<Employee> empList = new List<Employee>() {     new Employee(){Id = 1, Name ="Tim", Age = 30},     new Employee(){Id = 2, Name="Tom",Age=26},     new Employee(){Id = 3,Name="Guo",Age=26},     new Employee(){Id = 4,Name="Yan",Age=25},     new Employee(){Id = 5,Name="Owen",Age=30},     new Employee(){Id=6,Name="Victor",Age=30 } };  this.listbox.DisplayMemberPath = "Name";  this.listbox.SelectedValuePath = "Id";  this.listbox.ItemsSource= empList;  //Employee类 public class Employee {     public int Id { get; set; }     public string Name { get; set; }     public int Age { get; set; } } 

• DisplayMemberPath：这个属性告诉ListBox显示每条数据的哪个属性，ListBox会去调用这个属性值的ToString（）方法，把得到的字符串放入一个TextBlock（最简单的文本控件），然后再按前面说的办法把TextBlock包装进一个ListBoxItem里。
• SelectedValuePath：这个属性将与其SelectedValue属性配合使用，当调用SelectedValue属性时ListBox先找到选中的Item所对应的数据对象，然后把SelectedValuePath的值当作数据对象的属性名称并把这个属性的值取出来。

DisplayMemberPath 和Selected ValuePath 是两个相当简化的属性。DisplayMemberPath只能显示简单的字符串，想用更加复杂的形式显示数据需要使用DataTemplate；SelectedValuePath也只能返回单一的值，如果想进行一些复杂的操作可直接使用ListBox的SelectedItem和SelectedItems属性，这两个属性返回的是数据集合中的对象。

HeaderedItemsControl族

本族控件*除了具有ItemsControl的特性外，还具显示标题的能力**。本族元素的特点如下：

• 均派生自HeaderedItemsControl类。
• 它们都是控件，用于显示列表化的数据，同时可以显示一个标题。
• 内容属性为Items、ItemsSource和Header。

本族控件只有3个：MenuItem、TreeViewItem、ToolBar。

Decorator族

本族中的元素是在UI上起装饰效果的，本族元素的特点如下：

• 均派生自Decorator类。
• 起UI装饰作用。
• 内容属性为Child。
• 只能由单一元素充当内容。

本族元素有：ButtonChrome、ClassicBorderDecorator、ListBoxChrome、SystemDropShadowChrome、Border、InkPresenter、BulletDecorator、Viewbox、AdornerDecorator。

可以使用Border元素为一些组织在一起的内容加个边框，使用ViewBox元素让组织在一起的内容能够自由缩放。

TextBlock和TextBox

两个控件最主要的功能是显示文本：

• TextBlock只能显示文本，不能编辑，又称静态文本，可以使用丰富的印刷级的格式控制标记显示专业的排版效果。由于需要操纵格式它的内容属性是Inlines（印刷中的“行”），同时也保留一个名为Text的属性（当简单地显示一个字符串时可以使用）
• TextBox则允许用户编辑其中的内容，由于不需要太多的格式显示它的内容是简单的字符串，内容属性为Text。

TextBlock属于比较底层的控件，因此它的性能要比Label好一些。如果需求只是纯文本的显示，并且不提供Access key的支持，那么TextBlock是个不错的选择。

Shape族元素

Shape族元素（只是简单的视觉元素，不是控件）是专门用来在UI上绘制图形的一类元素，本族元素的特点如下：

• 均派生自Shape类。
• 用于2D图形绘制。
• 无内容属性。
• 使用Fill属性设置填充，使用Stroke属性设置边线。

注：该族控件一般较少使用，用于自定义控件外观。

Panel族元素

所有用于UI布局的元素都属于这一族，本族元素的特点如下：

• 均派生自Panel抽象类。
• 主要功能是控制UI布局。
• 内容属性为Children
• 内容可以是多个元素，Panel元素将控制它们的布局。

ItemsControl和Panel元素内容都可以是多个元素，但ItemsControl强调以列表的形式来展现数据而Panel则强调对包含的元素进行布局，所以ItemsControl的内容属性是Items和ItemsSource而Panel的内容属性名为Children。

本族元素有：Canvas、DockPanel、Grid、TabPanel、ToolBarOverflowPanel、StackPanel、ToolBarPanel、UniformGrid、VirtualizingPanel|VirtualizingStackPanel、WrapPanel。

UI布局（Layout）

WPF的布局是依靠各种布局元素实现的。

布局元素

WPF中的布局元素有如下几个：

• Grid：网格，可以自定义行和列并通过行列的数量、行高和列宽来调整控件的布局，近似于HTML中的Table。
• StackPanel：栈式面板，可将包含的元素在竖直或水平方向上排成一条直线，移除元素时后面的元素会自动向前移动填充空缺。
• Canvas：画布，内部元素可以使用以像素为单位的绝对坐标进行定位，类似于Windows Form编程的布局方式。
• DockPanel：泊靠式面板，内部元素可以选择泊靠方向，类似于在Windows Form编程中设置控件的Dock属性。
• WrapPanel：自动折行面板，内部元素在排满一行后能够自动折行，类似于HTML中的流式布局。

Grid

Grid元素会以网格的形式对内容元素们（即它的Children）进行布局。
Grid的特点如下：

• 可以定义任意数量的行和列，非常灵活。
• 行的高度和列的宽度可以使用绝对数值、相对比例或自动调整的方式进行精确设定，并可设置最大和最小值。
• 内部元素可以设置自己的所在的行和列，还可以设置自己纵向跨几行、横向跨几列。
• 可以设置Children元素的对齐方向。

Grid适用的场合有：

• UI布局的大框架设计。
• 大量UI元素需要成行或者成列对齐的情况。
• UI整体尺寸改变时，元素需要保持固有的高度和宽度比例。
• UI后期可能有较大变更或扩展。

定义Grid的行与列

Grid类具有ColumnDefinitions和RowDefinitions两个属性，分别是ColumnDefinition和RowDefinition的集合，表示Grid定义了多少列、多少行。
XAML代码如下：

<Grid>     <Grid.ColumnDefinitions>         <ColumnDefinition/>         <ColumnDefinition/>                 </Grid.ColumnDefinitions>     <Grid.RowDefinitions>         <RowDefinition/>         <RowDefinition/>     </Grid.RowDefinitions> </Grid> 

C#代码如下：

//添加列 grid.ColumnDefinitions.Add(new ColumnDefinition()); grid.ColumnDefinitions.Add(new ColumnDefinition()); //添加行 grid.RowDefinitions.Add(new RowDefinition()); grid.RowDefinitions.Add(new RowDefinition()); 

行高和列宽的单位

计算机图形设计的标准单位是像素（Pixel），所以Grid的宽度和高度单位就是像素。此外，Grid还接受英寸（Inch）、厘米（Centimeter）和点（Point），如下表所示：

英文名称	中文名称	简写	换算
Pixel	像素	px（默认单位，可省略）	图形基本单位
Inch	英寸	in	1inch=96pixel
Centimeter	厘米	cm	1cm=（96/2.54）pixel
Point	点	pt	1pt=（96/72）pixel

实际使用如下所示：

<Grid>     <Grid.RowDefinitions>         <RowDefinition Height="30px"/>         <RowDefinition Height="30"/>         <RowDefinition Height="0.5in"/>         <RowDefinition Height="1cm"/>         <RowDefinition Height="30pt"/>     </Grid.RowDefinitions> </Grid> 

• 属性的值为double类型。
• 因为像素是默认单位，所以px可以省略。
• 其他单位也会被转换成像素并显示在Grid的边缘处。

行高和列宽的取值

对于Grid的行高和列宽，可以设置三类值：

• 绝对值：double数值加单位后缀（如上例），一经设定就不会再改变，又称固定值，适用于当控件的宽度和高度不需要改变或者使用空行、空列作为控件间隔时。
• 比例值：double数值后加一个星号（“*”），比例值的最终像素数=比例值的数值/所有比例值的数值和*未被占用空间的像素数，当改变容器的尺寸时使用比例值的行高会保持固有比例，行高和列宽的默认形式就是比例值，没有显式指定行高或列宽时默认值就是1*（1*又可以简写为*）。
• 自动值：字符串Auto，行高或列宽的实际值将由行列内控件的高度和宽度决定，控件会把行列“撑”到合适的宽度和高度，行列中没有控件时行高和列宽均为0。

为控件指定行和列遵循的规则

• 行和列都是从0开始计数。
• 指定一个控件在某行，就为这个控件的标签添加Grid.Row=“行编号“这样一个Attribute，若行编号为0（即控件处于首行）则可省略这个Attribute。
• 指定一个控件在某列，就为此控件添加Grid.Column=”列编号”这样的Attribute，若列编号为0则Attribute可以者略不写。
• 若控件需要跨多个行或列，请使用Grid.RowSpan=“行数“和Grid.ColumnSpan=“列数“两个Atribute。

StackPanel

StackPanel可以把内部元素在纵向或横向上紧凑排列、形成栈式布局，StackPanel适合的场合有：

• 同类元素需要紧凑排列（如制作菜单或者列表）。
• 移除其中的元素后能够自动补缺的布局或者动画。

StackPanel使用Orientation、HorizontalAlignment和VerticalAlignment这3个属性来控制内部元素的布局，如下所示：

属性名称	可取值	描述
Orientation	Horizontal Vertical	决定内部元素是横向累积还是纵向累积
HorizontalAlignment	Left Center Right Stretch	决定内部元素水平方向上的对齐方式
VerticalAlignment	Top Center Bottom Stretch	决定内部元素竖直方向上的对齐方式

Canvas

Canvas译成中文就是“画布”，在Canvas里布局就像在画布上画控件一样。使用Canvas布局与在Windows Form窗体上布局基本上是一样的，只是WPF的控件没有Left和Top等属性，当控件被放置在Canvas里时就会被附加上Canvas.X和Canvas.Y属性。

Canvas适用的场合包括：

• 一经设计基本上不会再有改动的小型布局（如图标）。
• 艺术性比较强的布局。
• 需要大量使用横纵坐标进行绝对点定位的布局。

<Canvas>     <TextBlock Text="用户名：" Canvas.Left="12" Canvas.Top="12"/>     <TextBox Height="23" Width="200" BorderBrush="Black" Canvas.Left="66" Canvas.Top="19"/>     <TextBlock Text="密码：" Canvas.Left="12" Canvas.Top="40.72" Height="16" Width="36"/>     <TextBox Height="23" Width="200" BorderBrush="Black" Canvas.Left="66" Canvas.Top="38"/>     <Button Content="确定" Width="80" Height="22" Canvas.Left="100" Canvas.Top="67"/>     <Button Content="清除" Width="80" Height="22" Canvas.Left="186" Canvas.Top="67"/> </Canvas> 

除非你确定这个窗口的布局以后不会改变而且窗体尺寸固定，不然还是用Grid进行布局弹性会更好。

DockPanel

DockPanel内的元素会被附加上DockPanel.Dock这个属性，这个属性的数据类型为Dock枚举（可取Left、Top、Right和Bottom四个值）。根据Dock属性值，DockPanel内的元素会向指定方向累积、切分DockPanel内部的剩余可用空间。

DockPanel还有一个重要属性——bool类型的LastChildFill（默认值是True），当LastChildFill属性的值为True时，DockPanel内最后一个元素的DockPanel.Dock属性值会被忽略，这个元素会把 DockPanel内部所有剩余空间充满。

实际使用如下：

<Grid>     <DockPanel>         <TextBox DockPanel.Dock="Top" Height="25" BorderBrush="Black" />         <TextBox DockPanel.Dock="Left" Width="150" BorderBrush="Black"/>         <TextBox BorderBrush="Black"/>     </DockPanel> </Grid> 

WrapPanel

WrapPanel内部采用的是流式布局，使用Orientation属性来控制流延伸的方向，使用HorizontalAlignment和VerticalAlignment 两个属性控制内部控件的对齐。在流延伸的方向上，WrapPanel会排列尽可能多的控件，排不下的控件将会新起一行或一列继续排列。
实际使用如下：

<WrapPanel>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/>     <Button Width="50" Height="50" Content="OK"/> </WrapPanel> 

总结

形而上者谓之道，形而下者谓之器。WPF的内部机理可以说是WPF的“道”，动手实践写程序可以说是WPF的“器”。

参考资料

WPF控件和布局
控件与布局(WPF)
WPF学习二：TextBlock和Label的区别