Читаем Разработка пользовательского интерфейса на основе технологии Windows Presentation Foundation онлайн бесплатно

Книга знакомит читателя с основными приемами разработки пользовательского интерфейса на основе системы Windows Presentation Foundation (WPF), входящей в платформу .NET, начиная с версии 3.0. Данная система была создана с целью снять ряд серьезных ограничений, имевшихся у ее предшественницы – системы разработки интерфейса Windows Forms, изначально входившей в состав платформы .NET. При этом наряду с сохранением концепций, лежащих в основе Windows Forms (в частности, механизма обработки событий), система WPF была дополнена новыми технологиями, позволяющими разрабатывать интерфейсы, имеющие существенно более широкие графические возможности и, что не менее важно в современном мире планшетов и смартфонов, допускающими автоматическую адаптацию к особенностям устройств, на которых запущено приложение.

Новой важной чертой системы WPF для разработчиков приложений стало явное разграничение программного кода и макета приложения, которое было обеспечено включением в состав проекта XML-файлов, позволяющих описывать визуальный интерфейс на особом декларативном языке разметки XAML (eXtensible Application Markup Language). Следует отметить, что в настоящее время подобный подход реализован в большинстве систем разработки интерфейсов.

Разработчики приложений на основе технологии WPF получили в свое распоряжение новые концепции, основанные на свойствах зависимостей, маршрутизируемых событиях и привязке данных. Созданные в рамках WPF иерархии классов и визуальных компонентов, в том числе компонентов с содержимым и группирующих компонентов, обеспечивающих динамическую компоновку своих дочерних элементов, позволили гибко комбинировать интерфейсные элементы, обеспечивая подходящее визуальное представление на экране любого размера.

Принципиально новой по сравнению с Windows Forms стала графическая подсистема, основанная на технологии DirectX и позволяющая реализовывать качественную и быструю двумерную и трехмерную графику и анимацию. Был осуществлен переход на аппаратно-независимую систему единиц измерения (вместо экранных пикселов), обеспечивший одинаковый внешний вид приложения на экране с любым разрешением.

Не последнее место в списке преимуществ технологии WPF занимает удобство разработки WPF-приложений, которое обеспечивается средствами среды программирования Microsoft Visual Studio (версии 2008–2015). Традиционные методы визуальной разработки интерфейса, имевшиеся уже в технологии Windows Forms, были дополнены методами, основанными на непосредственном редактировании xaml-файлов, определяющих макет графического приложения. Подобное редактирование (как и редактирование программного кода) существенно упрощается благодаря контекстным подсказкам, автоматической проверке синтаксиса, средствам автозавершения и другим средствам, встроенным в редакторы кода и xaml-файлов.

Учитывая перечисленные выше особенности системы WPF и принимая во внимание широкую распространенность технологий и языков программирования, основанных на платформе .NET, представляется вполне оправданным применение данной системы в качестве базовой при изучении приемов и методов разработки пользовательского интерфейса в рамках соответствующего университетского курса.

При этом, однако, возникают две проблемы. Первая обусловлена сложностью системы WPF и обширностью ее средств, которые невозможно охватить в рамках одного курса. Вторая проблема связана с недостатком учебной литературы. Если ограничиться изданиями, переведенными на русский язык, то можно отметить лишь [7–9] (при включении в рассмотрение английских книг их общее количество увеличится лишь в 2–3 раза). Из этих изданий на роль учебника может отчасти претендовать только книга Чарльза Петцольда [7], написанная с большим методическим мастерством (что характерно для всех работ этого автора) и содержащая много примеров законченных программ. Две другие книги являются, скорее, справочниками, включающими небольшие фрагменты иллюстративного кода.

Предлагаемая книга представляет собой попытку решения обеих проблем. С одной стороны, она посвящена лишь основным возможностям технологии WPF, которые вполне можно освоить за семестровый курс, а с другой – излагает материал в «практической» форме, упрощающей его усвоение. Изложение построено в виде подробного описания ряда законченных программных проектов, каждый из которых посвящен одному из аспектов технологии WPF. Многочисленные комментарии содержат дополнительные сведения, связанные с изучаемыми возможностями. Во многих случаях приводится сравнение рассматриваемых средств WPF с аналогичными средствами библиотеки Windows Forms. В процессе разработки проектов авторы намеренно допускают типичные ошибки, характерные для начинающих разработчиков интерфейсов, подробно объясняют их причины и приводят способы исправления. Подобный вариант изложения учебного материала «на примерах» ранее с успехом применялся авторами при чтении ими курсов по разработке пользовательских интерфейсов с использованием библиотеки VCL системы программирования Borland Delphi [1, 2] и предшественницы WPF – библиотеки Windows Forms платформы .NET [3].

Учебник состоит из описаний 19 проектов. Его содержимое можно разбить на три части. В первой части рассматриваются базовые возможности библиотеки WPF: создание проекта для WPF-приложения, работа с xaml-файлами, использование группирующих компонентов, управление программой посредством обработчиков событий (проект EVENTS), приемы работы с окнами в WPF-приложении, организация взаимодействия между окнами, особенности диалоговых окон (проект WINDOWS), совместное использование обработчиков событий, события клавиатуры (проект CALC), таймеры в WPF-приложении (проект CLOCK), возможности полей ввода, организация проверки правильности введенных данных (проект TEXTBOXES), события мыши (проект MOUSE), механизм перетаскивания Drag & Drop (проект ZOO), работа с курсорами и иконками, создание ресурсов приложения, совместное использование средств WPF и Windows Forms (проект CURSORS).

Вторая часть содержит описание разработки одного большого проекта TEXTEDIT, разбитое на 5 этапов (версий проекта). В ней основное внимание уделяется особенностям тех стандартных интерфейсных элементов, без которых не обходится практически ни одно приложение: меню и различных видов его команд (версии 1 и 2), контекстных меню (версия 3), панели инструментов (версия 4), статусной панели (версия 5). Кроме того, в версии 1 подробно рассматриваются особенности организации работы с файлами (открытие, сохранение, контроль за сохранением внесенных изменений), а также описываются приемы работы с командами WPF; в версии 2 рассказывается о том, как создавать новые команды WPF; в версии 3 рассматриваются особенности реализации команд редактирования; а в версиях 4 и 5 особое внимание уделяется различным аспектам механизма привязки компонентов и, кроме того, описываются действия по созданию новых свойств зависимости.

Третья часть содержит проекты, связанные с дополнительными возможностями WPF – работа с цветами и кистями и использование компонентов TrackBar (проект COLORS), работа со списками и использование стилей при определении макета приложения (проект LISTBOXES), работа с флажками и наборами флажков (проект CHECKBOXES), работа с иерархическими списками, реализация дерева каталогов и списка файлов, использование компонентов GridSplitter и Image, применение реестра Windows для хранения настроек приложения (проект IMGVIEW), работа с табличными списками и использование заставок и градиентных кистей (проект TRIGFUNC), создание компонентов во время выполнения программы (проект HTOWERS).

Завершает книгу раздел с 48 учебными заданиями, разбитыми на 5 групп. Каждая группа содержит однотипные задания; первая группа включает задания на организацию взаимодействия между окнами приложения, вторая – на синхронизацию компонентов и совместное использование обработчиков событий, третья – на реализацию режима перетаскивания Drag & Drop, четвертая – на создание программ, управляемых таймером, пятая – на использование стандартных диалоговых окон и работу с реестром. Большое количество заданий позволяет легко формировать из них наборы индивидуальных заданий одинакового уровня сложности.

За рамками настоящей книги осталось большинство возможностей библиотеки WPF, связанных с ее графической подсистемой, поскольку детальное изучение этих возможностей более естественно отнести к курсу по компьютерной графике.

Предполагается, что читатель книги уже изучил базовый курс по программированию. Знание основ языка C#, а также языка XML, является желательным, но не обязательным, так как ознакомиться с конструкциями этих языков можно в процессе чтения книги. Тем не менее полезной может оказаться книга [5], освещающая практически все аспекты языка C# и стандартных библиотек платформы .NET, а также книга [4], содержащая описание основных типов стандартной библиотеки (в том числе классов, связанных с обработкой строк и файлов), объектной модели языка C# и технологии LINQ, в том числе интерфейса LINQ to XML.

В качестве среды программирования используется Microsoft Visual Studio 2015, однако все проекты можно реализовать и в более ранних версиях этой среды (начиная с версии 2008). Применение новых возможностей языка C#, появившихся в его версии 6.0 и доступных только в Visual Studio версий 2015 и выше, всегда особо отмечается и сопровождается альтернативными вариантами кода для предыдущих версий.

Соглашения по оформлению фрагментов программного кода и xaml-файлов приводятся в первом проекте EVENTS. В нем же описываются основные действия по созданию и редактированию проекта для WPF-приложения.

Рис. 1. Окно приложения EVENTS

Для того чтобы создать проект в среде программирования Visual Studio, выполните команду File | New | Project (Ctrl+Shift+N), в появившемся окне New Project выберите в левой части вариант Visual C#, а в правой части – вариант WPF Application, в поле ввода Name укажите имя проекта (в нашем случае EVENTS), а в поле ввода Location укажите каталог, в котором будет создан каталог проекта. Желательно снять флажок Create directory for solution, чтобы не создавался промежуточный каталог для решения (каталог для решения удобно использовать в ситуации, когда решение содержит несколько проектов; в нашем случае решение всегда будет содержать единственный проект). После указания всех настроек нажмите кнопку «OK».

В результате будет создан каталог EVENTS, содержащий все файлы одноименного проекта, в том числе файл решения EVENTS.sln, файл проекта EVENTS.csproj, а также файлы для двух основных классов проекта, созданных автоматически: класса MainWindow, представляющего главное окно программы, и класса App, обеспечивающего запуск программы, в ходе которого создается и отображается на экране экземпляр главного окна.

Для каждого класса создаются два файла: с расширением xaml, котрый содержит часть определения класса в специальном формате, и с расширением cs (перед которым тоже содержится текст xaml), содержащий часть определения класса на языке C#. Файл с расширением xaml (xaml-файл) имеет формат XML (eXtensible Markup Language – расширяемый язык разметки). Аббревиатура XAML (произносится «зэмл» или «замл») означает, что используется специализированный вариант языка XML: eXtensible Application Markup Language – расширяемый язык разметки для приложений.

Приведем содержимое файлов, связанных с классом App и созданных в Visual Studio 2015.

App.xaml:

App.xaml.cs:

Анализ этих файлов показывает, что класс App наследуется от стандартного класса Application, а также что в cs-файле никакой новой функциональности в класс App не добавляется (обратите внимание на то, что при определении класса App в cs-файле указывается модификатор partial, означающий, что часть определения этого класса содержится в другом файле). Созданный класс (как и другие классы проекта, создаваемые автоматически) связывается с пространством имен EVENTS, совпадающим с именем проекта.