WPF学习笔记二依赖属性实现原理及性能分析

2022-12-28 07:27:54

　在这里讨论依赖属性实现原理，目的只是学习WPF是怎么设计依赖属性的，同时更好的使用依赖属性。

　　首先我们来思考一个简单的问题：我们希望能验证属性的值是否有效，属性变更时进行自己的处理。回顾一下.net的处理方式

Public Class MyClass{
        private int index;
        Public int Index{
            get{
                return index;
             }
            set{
               if(属性变更时){
                  //有效性检查
                      //处理或激发事件通知外部处理
                   }
            }
      }
}

现在，我们希望设计一套属性系统，能验证属性的值是否有效，属性变更时能进行处理（WPF属性系统肯定不是为这个设计的，但它支持这种功能）。我希望读者在这里思考一下，你会怎么做，最后看WPF怎么做。

我先提出第一种设计：设计一个基类，用来实现以上需求。当你定义一个属性，希望该属性能验证属性的值是否有效，属性变更时能进行处理时，让该属性从这个基类继承，就可以达到目的了。基类定义如下：

Public Class PropertyBase {
　　protected bool virtual IsValidValue(object value){
　　　　return true;
　　}
　　protected void virtualValueChangedHandler(Object sender, PropertyChangedEventArgs e){

　　}

}

但显然，WPF不会这么做。倒不是这种方法实现不了WPF属性系统的功能，而是这样做对WPF开发者来说真的是灾难。想想如果你定义一个简单的double型的依赖属性FontSize，却要去写一个类。从系统性能，内存乱费来说也是不能接受的。既然不能采用这种继承方式，那就定义一个类，所有依赖属性均声明为这个类的对象，让这个类来完成以上功能。WPF中这个类的名字叫DependencyProperty，依赖属性的声明如下：

public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;

我们知道.net属性一般有访问器，WPF也不例外，上面代码完善一下：

public class Control {
　　public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
　　publicdouble FontSize{
　　　　get{...};
　　　　set{...};

}
}

　　从内部来说，FontSizeProperty才是真正的依赖属性，FontSize只是外部访问FontSizeProperty的接口。很显然，上面的get/set必须和FontSizeProperty关联，所以WPF加入了一对访问函数SetValue/GetValue.至于怎么关联，那是SetValue/GetValue的实现问题。由于每一个依赖属性的访问要通过SetValue/GetValue，因此WPF定义了一个DependencyObject，来实现SetValue/GetValue，进一步完善以上代码：

public class Control :DependencyObject{

　　public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
　　public double FontSize{ 
     get { 
　　　　　return (double)GetValue(FontSizeProperty);
 　　}
     set { 
　　　　SetValue(FontSizeProperty, value);
　　 }  
　　}
}

还有一个问题，FontSizeProperty为什么定义为public static readonly ？
定义为public 是有原因的，WPF有一种特殊属性，叫附加属性，需要直接访问FontSizeProperty的方法才能实现，所以FontSizeProperty是public 的。至于static，和依赖属性的实现有关，也就是说，一个类，不管同一个依赖属性有多少个实例，均对应同一个DependencyProperty 。比如你创建100个Control ，每个Control 都有一个FontSize属性，但这100个FontSize均对应同一个FontSizeProperty实例。

接下来想知道的是：DependencyProperty怎么实现？
我们知道一个依赖属性可以是简单类型(如bool,int),也可以是复杂类型（如List,自定义类型），大家一定想到了一个东西，那就是泛类型技术，.net中就大量使用了泛类型技术，我们使用泛类型来定义依赖属性：

public class DependencyProperty<T> {
}

但事实上WPF的DependencyProperty不是泛类型！为什么？
原因很简单，WPF属性系统想知道的不仅仅依赖属性的类型，还有依赖属性名，所有者的类型，元数据，回调代理等，泛类型并不能解决这些问题，所以WPF使用了一个Register()函数，由该函数将所有信息提供给WPF属性系统。就这样，我们完成了定义一个依赖属性的完整定义。

public class Control :DependencyObject{

　　public static readonly DependencyProperty FontSizeProperty;
　　public double FontSize{ 
     get { 
　　　　　return (double)GetValue(FontSizeProperty);
 　　}
     set { 
　　　　SetValue(FontSizeProperty, value);
　　 }  
　　}

　　static Control () {

FontSizeProperty= DependencyProperty.Register(
                "FontSize", typeof(double), typeof(Control),
                new FrameworkPropertyMetadata()，null));
        }
}

　　这里也有人会问了：为什么使用Register()函数来传递数据，而不用构造函数来传递？如果在创建一个依赖属性时忘了调用Register()怎么办？此问题由于涉及到DependencyProperty的具体实现，稍后再说。

　　上面提到，100个Control实例会有100个FontSize，均对应同一个FontSizeProperty实例。读者一定会想，哦，那DependencyProperty中一定有一张表，来保存每个FontSize的值。开始我也这么想，但事实上不太一样。不过，DependencyProperty中确实有一张表，并且还是静态的！！

public sealed class DependencyProperty {    
 　　//全局的IDictionary用来储存所有的DependencyProperty
     internal static IDictionary<int, DependencyProperty> properties = 
　　　　　　　　　　new Dictionary<int, DependencyProperty>();
｝

那这张表里保存什么呢？就让Register（）函数来回答吧，这是创建DependencyProperty的入口。下面代码不全，但已能说明问题。

public sealed class DependencyProperty {
  //全局的IDictionary用来储存所有的DependencyProperty
  internal static IDictionary<int, DependencyProperty> properties = new Dictionary<int, DependencyProperty>();
  private static int globalIndex = 0;
  private int _index;

  //构造函数私有，保证外界不会对它进行实例化 
   private DependencyProperty(string name, Type propertyType, Type ownerType, PropertyMetadata defaultMetadata) {
     ...
  }
  public int Index { 
     get{ 
　　　　 return_index; 
　　　} 
　　　set{
　　　　_index =value;
　　　} 
　}
  //注册的公用方法，把这个依赖属性加入到IDictionary的键值集合中，GetHashCode为name和owner_type的GetHashCode取异，Value就是我们注册的DependencyProperty 
 public static DependencyProperty Register(stringname, Type propertyType, Type ownerType, PropertyMetadata defaultMetadata) {
 　　DependencyProperty property = new DependencyProperty(name, propertyType, ownerType, defaultMetadata);
    globalIndex++;
     property.Index =globalIndex;
    if(properties.ContainsKey(property.GetHashCode())) {
 　　  throw new InvalidOperationException("A property with the same name already exists");
    }
    //把刚实例化的DependencyProperty添加到这个全局的IDictionary
　　 properties.Add(property.GetHashCode(), property);
　　 returnproperty;
　}
}

　　由此可见，DependencyProperty的properties中保存的是所有依赖属性创建时的数据，也就是为什么WPF每个依赖属性都可以恢复到默认值，即使你改变了该依赖属性的值很多次。
　　这段代码也解释了另外一个问题：为什么使用Register()函数来传递数据，而不用构造函数来传递。因为DependencyProperty的构造函数是私有的。当然你也可以和WPF不一样，去掉Register()函数，把构造函数改为Public，并把Register（）中的其他功能移到构造函数中来。至于其中利弊你自己去衡量吧。

　　DependencyProperty的属性当然不止上面代码中的几个，我特意保留了一个Index，因为Index将关系到依赖属性值的真正访问。分析上面代码，得出结论：Index的值是和每一个依赖属性一一对应的，不管你现在开发的系统有多少个类，每个类有多少个依赖属性。同时，一个依赖属性不管有多少个实例，都只有一个Index值。上面提到的100个FontSize对应的也是同一个Index。

　　用户设定的依赖属性值到底保存在哪里？别忘了SetValue/GetValue，它们是DependencyObject的方法。到这里读者大概想到了用户设定的依赖属性值到底保存在哪里。没错，就在DependencyObject的_effectiveValues中。

public abstract class DependencyObject :  IDisposable{
　　private List<EffectiveValueEntry> _effectiveValues = new List<EffectiveValueEntry>();
　　public object GetValue(DependencyProperty dp)｛...｝
　　public void SetValue(DependencyProperty dp, objectvalue)｛...｝
｝

　　由于DependencyObject是依赖属性拥有者的基类，因此，每创建一个实例，就会创建一个List<EffectiveValueEntry>，以List的方式保存该实例的用户设定的依赖属性值。
绕了一圈，从终点又回到原点，WPF中属性的用户值和.net中一样，都保存在该实例中。只不过.net区分不了用户值和默认值，只有当前值，而WPF把默认值保存到了DependencyProperty中。

　　留一个问题给读者思考：依赖属性FontSize对应一个DependencyProperty的Index值，是FontSize在DependencyObject.List<EffectiveValueEntry>中的位置索引吗？

关于依赖属性的性能问题，就简单说一下：

　　1.所有依赖属性的默认值保存在DependencyProperty的属性表中，读取（不写）时通过属性的HashCode检索

2.每个实例也有一张属性表，保存该实例当前依赖属性的用户值，通过DependencyProperty的Index匹配。

因此依赖属性的性能由属性表的检索性能决定。不能说使用默认值比使用用户值快，但一个实例里，用户设定值太多肯定影响依赖属性访问速度。

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