一站式WPF--依赖属性（DependencyProperty）一
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Windows Presentation Foundation (WPF) 提供了一组服务，这些服务可用于扩展公共语言运行时 (CLR) 属性的功能，这些服务通常统称为 WPF 属性系统。由 WPF 属性系统支持的属性称为依赖项属性。 这段是MSDN上对依赖属性（DependencyProperty）的描述。主要介绍了两个方面，WPF中提供了可用于扩展CLR属性的服务；被这个服务支持的属性称为依赖属性。 单看描述，云里雾里的，了解一个知识，首先要知道它产生的背景和为什么要有它，那么WPF引入依赖属性是为了解决什么问题呢？
从属性说起属性是我们很熟悉的，封装类的字段，表示类的状态，编译后被转化为get_，set_方法，可以被类或结构等使用。 一个常见的属性如下: 1:publicclassNormalObject 2:{
3:privatestring_unUsedField; 4: 5:privatestring_name; 6:publicstringName 7:{
8:get 9:{
10:return_name; 11:} 12:set 13:{
14:_name=value; 15:} 16:} 17:} 在面向对象的世界里，属性大量存在，比如Button，就大约定义了70-80个属性来描述其状态。那么属性的不足又在哪里呢？ 当然，所谓的不足，要针对具体环境来说。拿Button来讲，它的继承树是Button->ButtonBase->ContentControl->Control->FrameworkElement->UIElement->Visual->DependencyObject->… 每次继承，父类的私有字段都被继承下来。当然，这个继承是有意思的，不过以Button来说，大多数属性并没有被修改，仍然保持着父类定义时的默认值。通常情况，在整个Button对象的生命周期里，也只有少部分属性被修改，大多数属性一直保持着初始值。每个字段，都需要占用4K等不等的内存，这里，就出现了期望可以优化的地方：
依赖属性的原型根据前面提出的需求，依赖属性就应运而生了。一个简单的依赖属性的原型如下： DependencyProperty: 1:publicclassDependencyProperty 3:internalstaticDictionary<object,DependencyProperty>RegisteredDps=newDictionary<object,DependencyProperty>(); 4:internalstringName; 5:internalobjectValue; 6:internalobjectHashCode; 7: 8:privateDependencyProperty(stringname,TypepropertyName,TypeownerType,objectdefaultValue) 10:this.Name=name; 11:this.Value=defaultValue; 12:this.HashCode=name.GetHashCode()^ownerType.GetHashCode(); 13:} 14: 15:publicstaticDependencyPropertyRegister(stringname,TypepropertyType,244);">16:{
17:DependencyPropertydp=newDependencyProperty(name,propertyType,ownerType,defaultValue); 18:RegisteredDps.Add(dp.HashCode,dp); 19:returndp; 20:} 21:} 22: DependencyObject: 1:publicclassDependencyObject 5:publicstaticreadonlyDependencyPropertyNameProperty= 6:DependencyProperty.Register("Name",typeof(string),typeof(DependencyObject),string.Empty);
8:publicobjectGetValue(DependencyPropertydp) 10:returnDependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value; 12: 13:publicvoidSetValue(DependencyPropertydp,objectvalue) 14:{
15:DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value=value; 17: 18:publicstringName 19:{
20:get 21:{
22:return(string)GetValue(NameProperty); 23:} 24:set 25:{
26:SetValue(NameProperty,value); 27:} 28:} 29:} 30: 这里，首先定义了依赖属性DependencyProperty，它里面存储前面我们提到希望抽出来的字段。DP内部维护了一个全局的Map用来储存所有的DP，对外暴露了一个Register方法用来注册新的DP。当然，为了保证在Map中键值唯一，注册时需要根据传入的名字和注册类的的HashCode取异或来生成Key。这里最关键的就是最后一个参数，设置了这个DP的默认值。 然后定义了DependencyObject来使用DP。首先使用DependencyProperty.Register方法注册了一个新的DP（NameProperty)，然后提供了GetValue和SetValue两个方法来操作DP。最后，类似前面例子中的NormalObject，同样定义了一个属性Name，和NormalObject的区别是，实际的值不是用字段来保存在DependencyObject中的，而是保存在NameProperty这个DP中，通过GetValue和SetValue来完成属性的赋值取值操作。 当然，作为一个例子，为了简洁，很多情况没有考虑，现在来测试一下是否解决了前面的问题。 新建两个对象，NormalObject和DependencyObject，在VS下打开SOS查看： .loadsos extensionC:WINDOWSMicrosoft.NETFrameworkv2.0.50727sos.dllloaded !DumpHeap-stat-typeNormalObject total1objects Statistics: MTCountTotalSizeClassName 009e30d0116DPDemonstration.NormalObject Total1objects !DumpHeap-stat-typeDependencyObject total1objects Statistics: MTCountTotalSizeClassName 009e31a0112DPDemonstration.DependencyObject Total1objects
这里在对象中分别建立了一个_unUsedField的字段，.Net的GC要求对象的最小Size为12字节。如果对象的Size不足12字节，则会自动补齐。默认的Object对象占用8字节，Syncblk(4字节)以及TypeHandle（4字节），为了演示方便，加入了一个_unUsedField（4字节）来补齐。 这里，DependencyObject相比NormalObject，减少了_name的储存空间4字节。 再进一步 万里长征第一步，这个想法可以解决我们希望的问题，这个做法还不能让人接受。在这个实现中，所有DependencyObject共用一个DP，这个可以理解，但修改一个对象的属性后，所有对象的属性相当于都被修改了，这个就太可笑了。 所以对象属性一旦被修改，这个还是要维护在自己当中的，修改一下前面的DependencyObject，引入一个有效（Effective）的概念。 改进的DependencyObject，加入了_effectiveValues: 1:publicclassDependencyObject 2:{
3:privateList<EffectiveValueEntry>_effectiveValues=newList<EffectiveValueEntry>(); 4: 5:publicstaticreadonlyDependencyPropertyNameProperty= 7: 8:publicobjectGetValue(DependencyPropertydp) 9:{
10:EffectiveValueEntryeffectiveValue=_effectiveValues.FirstOrDefault((i)=>i.PropertyIndex==dp.Index); 11:if(effectiveValue.PropertyIndex!=0) 12:{
13:returneffectiveValue.Value; 14:} 15:else 16:{
17:returnDependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value; 18:} 19:} 20: 21:publicvoidSetValue(DependencyPropertydp,objectvalue) 22:{
23:EffectiveValueEntryeffectiveValue=_effectiveValues.FirstOrDefault((i)=>i.PropertyIndex==dp.Index); 24:if(effectiveValue.PropertyIndex!=0) 25:{
26:effectiveValue.Value=value; 27:} 28:else 29:{
30:effectiveValue=newEffectiveValueEntry(){PropertyIndex=dp.Index,Value=value};
31:_effectiveValues.Add(effectiveValue); 32:} 33:} 34: 35:publicstringName 36:{
37:get 38:{
39:return(string)GetValue(NameProperty); 40:} 41:set 42:{
43:SetValue(NameProperty,value); 44:} 45:} 46:} 新引进的EffectiveValueEntry： 1:internalstructEffectiveValueEntry 3:internalintPropertyIndex{get;set;}
5:internalobjectValue{get;set;}
6:} 改进的DependencyProperty，加入了ProperyIndex: 3:privatestaticintglobalIndex=0; 4:internalstaticDictionary<object,244);">5:internalstringName; 6:internalobjectValue; 7:internalintIndex; 8:internalobjectHashCode; 9: 10:privateDependencyProperty(stringname,244);">11:{
12:this.Name=name; 13:this.Value=defaultValue; 14:this.HashCode=name.GetHashCode()^ownerType.GetHashCode(); 16: 17:publicstaticDependencyPropertyRegister(stringname,244);">18:{
19:DependencyPropertydp=newDependencyProperty(name,244);">20:globalIndex++; 21:dp.Index=globalIndex; 22:RegisteredDps.Add(dp.HashCode,244);">23:returndp; 24:} 25:} 在DependencyObject加入了一个_effectiveValues，就是把所有修改过的DP都保存在EffectiveValueEntry里，这样，就可以达到只保存修改的属性，未修改过的属性仍然读取DP的默认值，优化了属性的储存。 更进一步的发展 到目前为止，从属性到依赖属性的改造一切顺利。但随着实际的使用，又一个问题暴露出来了。使用继承，子类可以重写父类的字段，换句话说，这个默认值应该是可以子类化的。那么怎么处理，子类重新注册一个DP，传入新的默认值？ 当然，不会实现的这么丑陋。同一个DP，要想支持不同的默认值，那么内部就要维护一个对应不同DependencyObjectType的一个List，可以根据传入的DependencyObject的类型来读取它对应的默认值。 DP内需要维护一个自描述的List，按照微软的命名规则，添加新的类型属性元数据（PropertyMetadata）： 1:publicclassPropertyMetadata 3:publicTypeType{get;set;}
4:publicobjectValue{get;set;}
5: 6:publicPropertyMetadata(objectdefaultValue) 8:this.Value=defaultValue; 9:} 10:} 对应修改DependencyProperty 1:publicclassDependencyProperty 3:privatestaticintglobalIndex=0; 5:internalstringName; 6:internalobjectValue; 7:internalintIndex; 8:internalobjectHashCode; 9:privateList<PropertyMetadata>_metadataMap=newList<PropertyMetadata>(); 10:privatePropertyMetadata_defaultMetadata; 11: 12:privateDependencyProperty(stringname,objectdefaultValue) 13:{
14:this.Name=name; 15:this.Value=defaultValue; 16:this.HashCode=name.GetHashCode()^ownerType.GetHashCode(); 17: 18:PropertyMetadatametadata=newPropertyMetadata(defaultValue){Type=ownerType};
19:_metadataMap.Add(metadata); 20:_defaultMetadata=metadata; 21:} 22: 23:publicstaticDependencyPropertyRegister(stringname,244);">24:{
25:DependencyPropertydp=newDependencyProperty(name,defaultValue); 26:globalIndex++; 27:dp.Index=globalIndex; 28:RegisteredDps.Add(dp.HashCode,dp); 29:returndp; 30:} 31: 32:publicvoidOverrideMetadata(TypeforType,PropertyMetadatametadata) 33:{
34:metadata.Type=forType; 35:_metadataMap.Add(metadata); 36:} 37: 38:publicPropertyMetadataGetMetadata(Typetype) 39:{
40:PropertyMetadatamedatata=_metadataMap.FirstOrDefault((i)=>i.Type==type)?? 41:_metadataMap.FirstOrDefault((i)=>type.IsSubclassOf(i.Type)); 42:if(medatata==null) 43:{
44:medatata=_defaultMetadata; 46:returnmedatata; 47:} 48:} 修改DenpendencyObject中的GetValue并更改_effectiveValues，为了简洁去掉了NameProperty以及SetValue. 3:privateList<EffectiveValueEntry>_effectiveValues=newList<EffectiveValueEntry>(); 5:publicobjectGetValue(DependencyPropertydp) 6:{
7:EffectiveValueEntryeffectiveValue=_effectiveValues.FirstOrDefault((i)=>i.PropertyIndex==dp.Index); 8:if(effectiveValue.PropertyIndex!=0) 10:returneffectiveValue.Value; 12:else 14:PropertyMetadatametadata; 15:metadata=DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].GetMetadata(this.GetType()); 16:returnmetadata.Value; 17:} 18:} 19:} 这样，就可以定义一个SubDependencyObject，调用OverrideMedata向DP的_metadataMap中加入新的Metadata。 1:publicclassSubDependencyObject:DependencyObject 3:staticSubDependencyObject() 4:{
5:NameProperty.OverrideMetadata(typeof(SubDependencyObject),newPropertyMetadata("SubName"));
6:} 7:} 创建一个DependencyObject以及SubDependencyObject，可以发现，Name的值已经被改为”SubName”了。当然，实际DP中对Metadata的操作比较繁琐，当子类调用OverrideMetadata时会涉及到Merge操作，把新的Metadata与父类的合二为一。并且在GetMetadata中，要取得自己或者是与它最近的父类的Metadata，为了可以获得最近的父类，WPF引入了一个DependencyObjectType的类，在构造时传入BaseType=this.base.GetType()，这里为了简单，忽略不计。 WPF对依赖属性的扩展 前面的例子里，依据优化储存的思想，我们打造了一个DependencyProperty。当然，有了这样一门利器，不好好打磨打磨真是对不起它，WPF在这个基础上对DP进行了扩展，使其更加的强大。 对通常的CLR属性来说，在Set中加入一些逻辑判断是很正常的，当然也可以在Set中发出一些事件或者更改其他一些属性。那么依赖属性，它对此又有什么支持呢？ 顺水推舟，WPF在DP的PropertyMedata中加入了PropertyChangedCallback以及CoerceValueCallback等。这些Delegate可以在构造PropertyMetadata时传入，在SetValue过程中，会取得对应的PropertyMetadata，然后回调PropertyChangedCallback。这个PropertyMetadata可以在构建DP时传入，也可以在子类调用OverrideMetadata时传入，这就保证了同一个DP不同的DependencyObject可以有不同的应用。WPF对此进行了很多扩展，定义了一套属性赋值的规则，包括计算（calculate）、限制（Coerce）、验证（Validate）等等。 当然，这些扩展说开了会很多，WPF对此也进行了精巧的设计，这也就是我们开篇提到的WPF提供了一组服务，用于扩展CLR属性。 多属性值 发展都是由需求来推动的，在WPF的实现过程中，又产生了这样一个需要： WPF是原生支持动画的，一个DP属性，比如Button的Width，你可以加入动画使他在1秒内由100变为200，在动画结束后，又希望它能恢复原来的属性值。同理，你可以在XAML表达式中对属性进行赋值，当表达式失效时同样期望他恢复成原来的属性值。这个需求来自于，对同一个属性的赋值可能发生在不同的场合，当对象状态改变时属性也要发生相应的变化，这里就产生了两个需要：
同一个属性有多个值，这个对CLR属性来说有些难为它了。但是对DP来说却很简单，本来DP的值就是保存在我们定义的EffectiveValueEntry中的，以前是保存一个Value，现在定义多个值就可以了。 3:privateobject_value; 5:internalintPropertyIndex{get;set;}
6: 7:internalobjectValue 8:{
9:get 10:{
11:return_value; 12:} 13:set 15:_value=value; 18: 19:internalModifiedValueModifiedValue 20:{
21:get 22:{
23:if(this._value!=null) 24:{
25:return(this._valueasModifiedValue); 26:} 27:returnnull; 30:} 对应的ModifiedValue： 1:internalclassModifiedValue 3:internalobjectAnimatedValue{get;set;}
4:internalobjectBaseValue{get;set;}
5:internalobjectCoercedValue{get;set;}
6:internalobjectExpressionValue{get;set;}
当属性没有被修改过，ModifiedValue为空，当修改过后，ModifiedValue被赋值。这里EffectiveValueEntry定义了很多方法如SetExpressionValue(object value),SetAnimatedValue(object value)等来向ModifiedValue中写入对应值；并且EffectiveValueEntry提供了IsAnimated，IsExpression等属性来表示当前的状态。当然，这个赋值的操作比较复杂，这个优先级分两大类：一 ModifiedValue中各属性的优先级；二 对于ExpressionValue来说，它又有自己的优先级，Local>Style>Template…这里就不详细解释了。
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