依耐项属性- 在需要使用的情况下添加

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. public class NormalObject
3.    {
5.         private string _unUsedField;
7.      
9.         private string _name;
11.         public string Name
13.         {
15.             get
17.             {
19.                return _name;
21.            }
23.            set
25.            {
27.                _name = value;
29.            }
31.        }   
33.    }

复制代码

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：

    * 因继承而带来的对象膨胀。每次继承，父类的字段都被继承，这样，继承树的低端对象不可避免的膨胀。
    * 大多数字段并没有被修改，一直保持着构造时的默认值，可否把这些字段从对象中剥离开来，减少对象的体积。

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.   public class DependencyProperty
3.     {
5.         internal static Dictionary<object, DependencyProperty> RegisteredDps = new Dictionary<object, DependencyProperty>();
7.         internal string Name;
9.         internal object Value;
11.         internal object HashCode;
13.      
15.      private DependencyProperty(string name, Type propertyName, Type ownerType, object defaultValue)
17.       {
19.            this.Name = name;
21.            this.Value = defaultValue;
23.            this.HashCode = name.GetHashCode() ^ ownerType.GetHashCode();
25.        }
27.     
29.        public static DependencyProperty Register(string name, Type propertyType, Type ownerType, object defaultValue)
31.        {
33.            DependencyProperty dp = new DependencyProperty(name, propertyType, ownerType, defaultValue);
35.            RegisteredDps.Add(dp.HashCode, dp);
37.            return dp;
39.        }
41.    }

复制代码

DependencyObject:

1. public class DependencyObject
3.     {
5.         private string _unUsedField;
7.      
9.         public static readonly DependencyProperty NameProperty = 
11.     DependencyProperty.Register("Name", typeof(string), typeof(DependencyObject), string.Empty);
13.      
15.         public object GetValue(DependencyProperty dp)
17.         {
19.            return DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value;
21.        }
23.     
25.        public void SetValue(DependencyProperty dp, object value)
27.        {
29.            DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value = value;
31.        }
33.     
35.        public string Name
37.        {
39.            get
41.            {
43.                return (string)GetValue(NameProperty);
45.            }
47.            set
49.            {
51.                SetValue(NameProperty, value);
53.            }
55.        }
57.    }

复制代码

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：

.load sos
extension C:WINDOWSMicrosoft.NETFrameworkv2.0.50727sos.dll loaded
!DumpHeap -stat -type NormalObject
total 1 objects
Statistics:
MT    Count    TotalSize Class Name
009e30d0        1           16 DPDemonstration.NormalObject
Total 1 objects
!DumpHeap -stat -type DependencyObject
total 1 objects
Statistics:
MT    Count    TotalSize Class Name
009e31a0        1           12 DPDemonstration.DependencyObject
Total 1 objects

　　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. public class DependencyObject
3.     {
5.         private List<EffectiveValueEntry> _effectiveValues = new List<EffectiveValueEntry>();
7.      
9.         public static readonly DependencyProperty NameProperty = 
11.     DependencyProperty.Register("Name", typeof(string), typeof(DependencyObject), string.Empty);
13.      
15.         public object GetValue(DependencyProperty dp)
17.         {
19.            EffectiveValueEntry effectiveValue = _effectiveValues.FirstOrDefault((i) => i.PropertyIndex == dp.Index);
21.            if (effectiveValue.PropertyIndex != 0)
23.            {
25.                return effectiveValue.Value;
27.            }
29.            else
31.            {
33.                return DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].Value;
35.            }
37.        }
39.     
41.        public void SetValue(DependencyProperty dp, object value)
43.        {
45.            EffectiveValueEntry effectiveValue = _effectiveValues.FirstOrDefault((i) => i.PropertyIndex == dp.Index);
47.            if (effectiveValue.PropertyIndex != 0)
49.            {
51.                effectiveValue.Value = value;
53.            }
55.            else
57.            {
59.                effectiveValue = new EffectiveValueEntry() { PropertyIndex = dp.Index, Value = value };
61.                _effectiveValues.Add(effectiveValue);
63.            }
65.        }
67.     
69.        public string Name
71.        {
73.            get
75.            {
77.                return (string)GetValue(NameProperty);
79.            }
81.            set
83.            {
85.                SetValue(NameProperty, value);
87.            }
89.        }
91.    }

复制代码

新引进的EffectiveValueEntry：

1.   internal struct EffectiveValueEntry
3.     {
5.         internal int PropertyIndex { get; set; }
7.      
9.         internal object Value { get; set; }
11.     }

复制代码

改进的DependencyProperty，加入了ProperyIndex:

1. public class DependencyProperty
3.     {
5.         private static int globalIndex = 0;
7.         internal static Dictionary<object, DependencyProperty> RegisteredDps = new Dictionary<object, DependencyProperty>();
9.         internal string Name;
11.         internal object Value;
13.         internal int Index;
15.         internal object HashCode;
17.      
19.        private DependencyProperty(string name, Type propertyName, Type ownerType, object defaultValue)
21.        {
23.            this.Name = name;
25.            this.Value = defaultValue;
27.            this.HashCode = name.GetHashCode() ^ ownerType.GetHashCode();
29.        }
31.     
33.        public static DependencyProperty Register(string name, Type propertyType, Type ownerType, object defaultValue)
35.        {
37.            DependencyProperty dp = new DependencyProperty(name, propertyType, ownerType, defaultValue);
39.            globalIndex++;
41.            dp.Index = globalIndex;
43.            RegisteredDps.Add(dp.HashCode, dp);
45.            return dp;
47.        }
49.    }

复制代码

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.     public class PropertyMetadata
3.     {
5.         public Type Type { get; set; }
7.         public object Value { get; set; }
9.      
11.         public PropertyMetadata(object defaultValue)
13.         {
15.             this.Value = defaultValue;
17.         }
19.    }

复制代码

对应修改DependencyProperty

1.   public class DependencyProperty
3.     {
5.         private static int globalIndex = 0;
7.         internal static Dictionary<object, DependencyProperty> RegisteredDps = new Dictionary<object, DependencyProperty>();
9.         internal string Name;
11.         internal object Value;
13.         internal int Index;
15.         internal object HashCode;
17.         private List<PropertyMetadata> _metadataMap = new List<PropertyMetadata>();
19.        private PropertyMetadata _defaultMetadata;
21.     
23.        private DependencyProperty(string name, Type propertyName, Type ownerType, object defaultValue)
25.        {
27.            this.Name = name;
29.            this.Value = defaultValue;
31.            this.HashCode = name.GetHashCode() ^ ownerType.GetHashCode();
33.     
35.            PropertyMetadata metadata = new PropertyMetadata(defaultValue) { Type = ownerType };
37.            _metadataMap.Add(metadata);
39.            _defaultMetadata = metadata;
41.        }
43.     
45.        public static DependencyProperty Register(string name, Type propertyType, Type ownerType, object defaultValue)
47.        {
49.            DependencyProperty dp = new DependencyProperty(name, propertyType, ownerType, defaultValue);
51.            globalIndex++;
53.            dp.Index = globalIndex;
55.            RegisteredDps.Add(dp.HashCode, dp);
57.            return dp;
59.        }
61.     
63.        public void OverrideMetadata(Type forType, PropertyMetadata metadata)
65.        {
67.            metadata.Type = forType;
69.            _metadataMap.Add(metadata);
71.        }
73.     
75.        public PropertyMetadata GetMetadata(Type type)
77.        {
79.            PropertyMetadata medatata = _metadataMap.FirstOrDefault((i) => i.Type == type) ??
81.                _metadataMap.FirstOrDefault((i) => type.IsSubclassOf(i.Type));
83.            if (medatata == null)
85.            {
87.                medatata = _defaultMetadata;
89.            }
91.            return medatata;
93.        }
95.    }

复制代码

修改DenpendencyObject中的GetValue并更改_effectiveValues，为了简洁去掉了NameProperty以及SetValue.

1.    public class DependencyObject
3.     {
5.        private List<EffectiveValueEntry> _effectiveValues = new List<EffectiveValueEntry>();
7.      
9.        public object GetValue(DependencyProperty dp)
11.        {
13.            EffectiveValueEntry effectiveValue = _effectiveValues.FirstOrDefault((i) => i.PropertyIndex == dp.Index);
15.            if (effectiveValue.PropertyIndex != 0)
17.            {
19.               return effectiveValue.Value;
21.           }
23.           else
25.           {
27.               PropertyMetadata metadata;
29.               metadata = DependencyProperty.RegisteredDps[dp.HashCode].GetMetadata(this.GetType());
31.               return metadata.Value;
33.           }
35.       }
37.    }

复制代码

这样，就可以定义一个SubDependencyObject，调用OverrideMedata向DP的_metadataMap中加入新的Metadata。

1.     public class SubDependencyObject : DependencyObject
3.     {
5.         static SubDependencyObject()
7.         {
9.             NameProperty.OverrideMetadata(typeof(SubDependencyObject), new PropertyMetadata("SubName"));
11.         }
13.     }

复制代码

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：

    * 属性对外暴露一个值，但内部可以存放多个值，根据状态（条件）的改变来确定当前值。
    * 这些状态（条件）要定义优先级，根据优先级来判断当前应取哪个值。

　　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。

1.   internal struct EffectiveValueEntry
3.     {
5.         private object _value;
7.      
9.         internal int PropertyIndex { get; set; }
11.      
13.         internal object Value 
15.         {
17.             get
19.            {
21.                return _value;
23.            }
25.            set
27.            {
29.                _value = value;
31.            }
33.        }
35.     
37.        internal ModifiedValue ModifiedValue 
39.        {
41.            get
43.            {
45.                if (this._value != null)
47.                {
49.                    return (this._value as ModifiedValue);
51.                }
53.                return null;
55.            }
57.        }
59.    }

复制代码

对应的ModifiedValue：

1.    internal class ModifiedValue
3.     {
5.         internal object AnimatedValue { get; set; }
7.         internal object BaseValue { get; set; }
9.         internal object CoercedValue { get; set; }
11.         internal object ExpressionValue { get; set; }
13.     }

复制代码

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。

依赖属性的优点

回过头来，总结一下依赖属性的优点：

    * 优化了属性的储存，减少了不必要的内存使用。
    * 加入了属性变化通知，限制、验证等，

    * 可以储存多个值，配合Expression以及Animation等，打造出更灵活的使用方式