Разработка пользовательского интерфейса на основе технологии Windows Presentation Foundation

М. Э. Абрамян

В учебнике рассмотрены основные приемы разработки пользовательского интерфейса на основе технологии Windows Presentation Foundation (WPF), входящей в состав платформы .NET, начиная с версии 3.0. Учебный материал излагается в форме подробного описания 19 проектов для среды программирования Microsoft Visual Studio 2015, демонстрирующих различные аспекты технологии WPF. Описание проектов сопровождается многочисленными комментариями. Завершающий раздел содержит 48 учебных заданий, предназначенных для закрепления изученного материала. Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки 02.03.02 «Фундаментальная информатика и информационные технологии».

Предисловие

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.