[UWP]不怎么实用的Shape指南：自定义Shape

1. 前言

这篇文章介绍了继承并自定义Shape的方法，不过，恐怕，事实上，100个xaml的程序员99个都不会用到。写出来是因为反正都学了，当作写个笔记。

通过这篇文章，你可以学到如下知识点：

• 自定义Shape。
• DeferRefresh模式。
• InvalidateArrange的应用。

2. 从Path派生

UWP中的Shape大部分都是密封类--除了Path。所以要自定义Shape只能从Path派生。Template10给出了这个例子：RingSegment 。

从这个类中可以看到，自定义Shape只需要简单地在每个自定义属性的属性值改变时或SizeChanged时调用private void UpdatePath()为Path.Data赋值就完成了，很简单吧。

RingSegment.StartAngle = 30;
RingSegment.EndAngle = 330;
RingSegment.Radius = 50;
RingSegment.InnerRadius = 30;

3. BeginUpdate、EndUpdate与DeferRefresh

这段代码会产生一个问题：每更改一个属性的值后都会调用UpdatePath()，那不就会重复调用四次？

事实上真的会，显然这个类的作者也考虑过这个问题，所以提供了public void BeginUpdate()和public void EndUpdate()函数。

/// <summary>
/// Suspends path updates until EndUpdate is called;
/// </summary>
public void BeginUpdate()
{
    _isUpdating = true;
}

/// <summary>
/// Resumes immediate path updates every time a component property value changes. Updates the path.
/// </summary>
public void EndUpdate()
{
    _isUpdating = false;
    UpdatePath();
}

使用这两个方法重新写上面那段代码，就是这样：

try
{
    RingSegment.BeginUpdate();
    RingSegment.StartAngle = 30;
    RingSegment.EndAngle = 330;
    RingSegment.Radius = 100;
    RingSegment.InnerRadius = 80;
}
finally
{
    RingSegment.EndUpdate();
}

这样就保证了只有在调用EndUpdate()时才执行UpdatePath()，而且只执行一次。

在WPF中，DeferRefresh是一种更成熟的方案。相信很多开发者在用DataGrid时多多少少有用过(主要是通过CollectionView或CollectionViewSource)。典型的实现方式可以参考DataSourceProvider。在UWPCommunityToolkit中也通过AdvancedCollectionView实现了这种方式。

在RingSegment中添加实现如下：

private int _deferLevel;

public virtual IDisposable DeferRefresh()
{
    ++_deferLevel;
    return new DeferHelper(this);
}

private void EndDefer()
{
    Debug.Assert(_deferLevel > 0);
    --_deferLevel;
    if (_deferLevel == 0)
    {
        UpdatePath();
    }
}

private class DeferHelper : IDisposable
{
    public DeferHelper(RingSegment source)
    {
        _source = source;
    }

    private RingSegment _source;

    public void Dispose()
    {
        GC.SuppressFinalize(this);
        if (_source != null)
        {
            _source.EndDefer();
            _source = null;
        }
    }
}

使用如下：

using (RingSegment.DeferRefresh())
{
    RingSegment.StartAngle = 30;
    RingSegment.EndAngle = 330;
    RingSegment.Radius = 100;
    RingSegment.InnerRadius = 80;
}

使用DeferRefresh模式有两个好处：

• 调用代码比较简单
• 通过_deferLevel判断是否需要UpdatePath()，这样即使多次调用DeferRefresh()也只会执行一次UpdatePath()。譬如以下的调用方式：

using (RingSegment.DeferRefresh())
{
    RingSegment.StartAngle = 30;
    RingSegment.EndAngle = 330;
    RingSegment.Radius = 50;
    RingSegment.InnerRadius = 30;
    using (RingSegment.DeferRefresh())
    {
        RingSegment.Radius = 51;
        RingSegment.InnerRadius = 31;
    }
}

也许你会觉得一般人不会写得这么复杂，但在复杂的场景DeferRefresh模式是有存在意义的。假设现在要更新一个复杂的UI，这个UI由很多个代码模块驱动，但不清楚其它地方有没有对需要更新的UI调用过DeferRefresh()，而创建一个DeferHelper 的消耗比起更新一次复杂UI的消耗低太多，所以执行一次DeferRefresh()是个很合理的选择。

看到++_deferLevel这句代码条件反射就会考虑到线程安全问题，但其实是过虑了。UWP要求操作UI的代码都只能在UI线程中执行，所以理论上来说所有UIElement及它的所有操作都是线程安全的。

4. InvalidateArrange

每次更改属性都要调用DeferRefresh显然不是一个聪明的做法，而且在XAML中也不可能做到。另一种延迟执行的机制是利用CoreDispatcher的public IAsyncAction RunAsync(CoreDispatcherPriority priority, DispatchedHandler agileCallback)函数异步地执行工作项。要详细解释RunAsync可能需要一整篇文章的篇幅，简单来说RunAsync的作用就是将工作项发送到一个队列，UI线程有空的时候会从这个队列获取工作项并执行。InvalidateArrange就是利用这种机制的典型例子。MSDN上对InvalidateArrange的解释是：

使 UIElement 的排列状态（布局）无效。失效后，UIElement 将以异步方式更新其布局。

将InvalidateArrange的逻辑简化后大概如下：

protected bool ArrangeDirty { get; set; }

public void InvalidateArrange()
{
    if (ArrangeDirty == true)
        return;

    ArrangeDirty = true;
    Dispatcher.RunAsync(Windows.UI.Core.CoreDispatcherPriority.Normal, () =>
    {
        ArrangeDirty = false;
        lock (this)
        {
            //Measure
            //Arrange
        }
    });
}

调用InvalidateArrange后将ArrangeDirty标记为True，然后异步执行Measure及Arrange代码进行布局。多次调用InvalidateArrange会检查ArrangeDirty的状态以免重复执行。利用InvalidateArrange，我们可以在RingSegment的自定义属性值改变事件中调用InvalidateArrange，异步地触发LayoutUpdated并在其中改变Path.Data。
修改后的代码如下：

private bool _realizeGeometryScheduled;
private Size _orginalSize;
private Direction _orginalDirection;

private void OnStartAngleChanged(double oldStartAngle, double newStartAngle)
{
    InvalidateGeometry();
}

private void OnEndAngleChanged(double oldEndAngle, double newEndAngle)
{
    InvalidateGeometry();
}

private void OnRadiusChanged(double oldRadius, double newRadius)
{
    this.Width = this.Height = 2 * Radius;
    InvalidateGeometry();
}

private void OnInnerRadiusChanged(double oldInnerRadius, double newInnerRadius)
{
    if (newInnerRadius < 0)
    {
        throw new ArgumentException("InnerRadius can't be a negative value.", "InnerRadius");
    }

    InvalidateGeometry();
}

private void OnCenterChanged(Point? oldCenter, Point? newCenter)
{
    InvalidateGeometry();
}


protected override Size ArrangeOverride(Size finalSize)
{
    if (_realizeGeometryScheduled == false && _orginalSize != finalSize)
    {
        _realizeGeometryScheduled = true;
        LayoutUpdated += OnTriangleLayoutUpdated;
        _orginalSize = finalSize;
    }
    base.ArrangeOverride(finalSize);
    return finalSize;
}

protected override Size MeasureOverride(Size availableSize)
{
     return new Size(base.StrokeThickness, base.StrokeThickness);
}

public void InvalidateGeometry()
{
    InvalidateArrange();
    if (_realizeGeometryScheduled == false )
    {
        _realizeGeometryScheduled = true;
        LayoutUpdated += OnTriangleLayoutUpdated;
    }
}

private void OnTriangleLayoutUpdated(object sender, object e)
{
    _realizeGeometryScheduled = false;
    LayoutUpdated -= OnTriangleLayoutUpdated;
    RealizeGeometry();
}


private void RealizeGeometry()
{
    //other code here

    Data = pathGeometry;
}

这些代码参考了ExpressionSDK的Silverlight版本。ExpressionSDK提供了一些Shape可以用作参考。（安装Blend后通常可以在这个位置找到它：C:Program Files (x86)Microsoft SDKsExpressionBlendSilverlightv5.0LibrariesMicrosoft.Expression.Drawing.dll）由于比起WPF，Silverlight更接近UWP，所以Silverlight的很多代码及经验更有参考价值，遇到难题不妨找些Silverlight代码来作参考。

InvalidateArrange属于比较核心的API，文档中也充斥着“通常不建议“、”通常是不必要的”、“慎重地使用它”等字句，所以平时使用最好要谨慎。如果不是性能十分敏感的场合还是建议使用Template10的方式实现。

5. 使用TemplatedControl实现

除了从Path派生，自定义Shape的功能也可以用TemplatedControl实现，一般来说这种方式应该是最简单最通用的方式。下面的代码使用TemplatedControl实现了一个三角形：

[TemplatePart(Name = PathElementName,Type =typeof(Path))]
[StyleTypedProperty(Property = nameof(PathElementStyle), StyleTargetType =typeof(Path))]
public class TriangleControl : Control
    {
        private const string PathElementName = "PathElement";
    

        public TriangleControl()
        {
            this.DefaultStyleKey = typeof(TriangleControl);
            this.SizeChanged += OnTriangleControlSizeChanged;
        }
     

        /// <summary>
        ///     标识 Direction 依赖属性。
        /// </summary>
        public static readonly DependencyProperty DirectionProperty =
            DependencyProperty.Register("Direction", typeof(Direction), typeof(TriangleControl), new PropertyMetadata(Direction.Up, OnDirectionChanged));

        /// <summary>
        ///     获取或设置Direction的值
        /// </summary>
        public Direction Direction
        {
            get { return (Direction)GetValue(DirectionProperty); }
            set { SetValue(DirectionProperty, value); }
        }

        private static void OnDirectionChanged(DependencyObject obj, DependencyPropertyChangedEventArgs args)
        {
            var target = obj as TriangleControl;
            var oldValue = (Direction)args.OldValue;
            var newValue = (Direction)args.NewValue;
            if (oldValue != newValue)
                target.OnDirectionChanged(oldValue, newValue);
        }

        protected virtual void OnDirectionChanged(Direction oldValue, Direction newValue)
        {
            UpdateShape();
        }

        /// <summary>
        /// 获取或设置PathElementStyle的值
        /// </summary>  
        public Style PathElementStyle
        {
            get { return (Style)GetValue(PathElementStyleProperty); }
            set { SetValue(PathElementStyleProperty, value); }
        }

        /// <summary>
        /// 标识 PathElementStyle 依赖属性。
        /// </summary>
        public static readonly DependencyProperty PathElementStyleProperty =
            DependencyProperty.Register("PathElementStyle", typeof(Style), typeof(TriangleControl), new PropertyMetadata(null));


        private Path _pathElement;

        public override void OnApplyTemplate()
        {
            base.OnApplyTemplate();
            _pathElement = GetTemplateChild("PathElement") as Path;
        }


        private void OnTriangleControlSizeChanged(object sender, SizeChangedEventArgs e)
        {
            UpdateShape();
        }

        private void UpdateShape()
        {
            var geometry = new PathGeometry();
            var figure = new PathFigure { IsClosed = true };
            geometry.Figures.Add(figure);
            switch (Direction)
            {
                case Direction.Left:
                    figure.StartPoint = new Point(ActualWidth, 0);
                    var segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth, ActualHeight) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(0, ActualHeight / 2) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    break;
                case Direction.Up:
                    figure.StartPoint = new Point(0, ActualHeight);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth / 2, 0) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth, ActualHeight) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    break;
                case Direction.Right:
                    figure.StartPoint = new Point(0, 0);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth, ActualHeight / 2) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(0, ActualHeight) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    break;
                case Direction.Down:
                    figure.StartPoint = new Point(0, 0);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth, 0) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    segment = new LineSegment { Point = new Point(ActualWidth / 2, ActualHeight) };
                    figure.Segments.Add(segment);
                    break;
            }
            _pathElement.Data = geometry;
        }
    }

<Style TargetType="Path"
       x:Key="PathElementStyle">
    <Setter Property="Stroke"
            Value="RoyalBlue" />
    <Setter Property="StrokeThickness"
            Value="10" />
    <Setter Property="Stretch"
            Value="Fill" />
</Style>

<Style TargetType="local:TriangleControl">
    <Setter Property="PathElementStyle"
            Value="{StaticResource PathElementStyle}" />
    <Setter Property="Template">
        <Setter.Value>
            <ControlTemplate TargetType="local:TriangleControl">
                <Border Background="{TemplateBinding Background}"
                        BorderBrush="{TemplateBinding BorderBrush}"
                        BorderThickness="{TemplateBinding BorderThickness}">
                    <Path x:Name="PathElement"
                          Style="{TemplateBinding PathElementStyle}" />
                </Border>
            </ControlTemplate>
        </Setter.Value>
    </Setter>
</Style>

这种方式的好处是容易实现，而且兼容WPF和UWP。缺点是只能通过PathElementStyle修改Path的外观，毕竟它不是Shape，而且增加了VisualTree的层次，不适合于性能敏感的场合。

6. 结语

自定义Shape真的很少用到，网上也没有多少这方面的资料，如果你真的用到的话希望这篇文章对你有帮助。
其次，希望其它的知识点，例如DeferRefresh模式、InvalidateArrange的应用等也对你有帮助。

7. 参考

UIElement.InvalidateArrange Method
Template10.Controls.RingSegment